2013年9月14日 星期六

變頻省的是揚程的改變不是流量

管路系統的揚程變化是非常複雜的,但是熱量的變化卻是簡單的,對水來講,交換的熱量等於流量乘以溫差乘以比熱,對風來講則是流量乘以進出風焓差,所以說假設流量減少,那麼在熱負載不變得情況下,流量減少代表溫差會變大.進而達成熱平衡.

但是對管路來講可不就是這麼一回事,閥的開度越大管路的阻抗就越小,而閥的開度影響管路阻抗的大小,舉例來講,如果一個系統的熱負載為0,那麼用熱平衡的概念來看就是流量等於0,對於管路阻抗來講,流量0代表死水,也就是雖然閥全關,但是如果管路的分支大於一定的數目,系統中其他的閥仍在作動,那麼這個閥雖然關閉,但是從整個系統面來看,代表整體揚程的減少,因此泵浦或是風車並不需要以最大設計的揚程來跑,在熱負荷變小並且揚程變小的情況下,泵浦或是風車可以用較低的頻率來運轉,又因為功率與頻率的關係是3次方,所以可以有效的減少耗電量.

前面的假設是熱負荷減少跟揚程減小,但是假設熱負荷並沒有減少,那麼降低流量的結果就是溫差或是焓差變大,泵浦或是風車當然省了,可是整體的電費並不會減少,因為降低流量並不是因為某處不再需要揚程,所以某個地方省下的電費就會由別的地方補償回來,安裝變頻器的泵浦跟風車電量的減少只會是假像.原因很簡單,沒有揚程減少的條件.

舉例來講,冰水系統管路因為末端往往都有非常多的送風機,空調箱,當某一個區域不再需要制冷或制熱,控制器基本上就會把閥關閉,因為那代表溫度到達或是濕度到達.因此流經那邊的水或風呈現停滯狀態,不需要流量.

可是在冷卻水端的控制不是如此,閥幾乎都全開,從冰機過來的熱不會影響閥的動作,最簡單的邏輯就是開一台冰機就開一顆冷卻水泵,末端就是一座水塔,中間幾個閥而已,所以當冰機過來的熱不變,把風車或或是冷卻水變少的結果就是主機高壓升高,冷卻水溫溫差變大,主機的耗電因此而增加.

但是對主機來講什麼樣的點就省電,效率最好?大型主機的冷媒流量控制取決於負載大小,因為進出壓縮機冷媒的焓差乘以流量就是冷凍噸,因此當負載減小,冰機的流量控制機制(扇門,滑塊,或是膨脹閥)就會變小,對壓縮機的流量造成揚程損失,這樣子壓縮機的效率就會變差,耗電因此增加.所以說對壓縮機而言,閥門全開的狀況下壓縮機效率最好,但是現實是因為熱負載的變動無法控制,所以大部分的冰機會運作在部分負載狀態,效率因此而損失.

變頻並不是省電的萬靈丹,搭配變頻器必須考慮每個設備的揚程跟流量變化才能得到最好的效果,也就是說讓每個會造成揚程損失的閥可以接近最低阻抗的狀態,那樣子就可以得到最理想的省電效果,至於說要怎麼去調整每個設備的閥可以在接近全開的狀態,還是需要一些參考點來設定,看設備的特性來調教,而這些就有賴於廠商的專業跟知識了.