2016年4月21日 星期四

如何選散熱冷卻水塔

冷卻水塔的選擇非常的重要,在整個熱力循環中,冷卻水塔是總熱的出口,所以到底如何選擇一台優良的散熱水塔是系統設計的時候必須多加考慮的.

現在台灣面臨能源缺乏的危機很大,主要是廢核的問題,沒有核能的基載要靠再生能源去補足是很困難的事情,所以節能變的非常的重要.而在整個系統中,冷卻水塔散熱的效率變的非常的重要.

冷卻水塔的散熱是靠水的蒸發來完成的,而水的蒸發則是來自熱量的差.簡單講,空氣跟水接觸,水蒸發將熱量帶到空氣中,空氣將熱排放到大氣中.因此熱就從熱的負載端移到大氣中.

那麼如何選購一台正確的冷卻水塔?熱力的考量是最重要的,選錯了,電費絕對降不下來,所以先從排熱多少算起.一個冷凍噸是3024Kcal/hr,一個冷卻噸是3900Kcal/hr,計算機算一下就是1.289,抓1.3倍,所以若是主機是100噸,則照算應該選130噸水塔,可是市面上沒有賣130噸的,只有125跟150噸的,理所當然就選150噸的.其他依此類推.

重點來了,水塔的效率好不好到底怎麼看?用最笨的方法來選要怎麼選?拿一個數字做說明,我們在冷卻水塔銘牌上常可以看到一個數字37/32/27,這個數字分別是冷卻水塔進水溫度,冷卻水塔出水溫度,大氣濕球溫度.

簡單解釋一下,在額定的水量之下,額定的風量之下,大氣條件是濕球溫度27度的狀況之下,如果冷卻塔進水溫度是37度,則這台水塔在這樣的條件之下可以把水溫降成32度再送出去.

但是實際上根本不是這樣,為什麼?因為冷卻水塔的熱平衡是水側的熱量會等於風側的熱量,水側的熱量是流量乘以進出口的溫差,風側的熱量是風量乘以進出口的焓差.那麼進冷卻水塔的水量分布是否均勻?風量是否均勻?水量是否足夠?風量是否足夠都是問號.受限於現場條件的限制,水管路在配管的時候很難確保每一個單元水量分布都是均勻的,風量也一樣,因為面對的是開放式的環境,所以風量也會變,至於現場的大氣條件更不可能穩定,因此銘牌只是參考用而已.

簡單講,如果我的水塔標稱是300噸,那如果實際散熱的能力只有270噸,那麼水塔並不會產生什麼故障,只是做出來的水溫高一點而已,讓主機多耗電,這種情況在現場很多,水塔這個東西不能只談他的標稱能力,如果水量不夠,水塔再怎麼放大也沒用,現場用的閥,配管後水量分布是否均勻,風量是否均勻,控制的模式對不對,都會影響水塔的效能.

所以長久以來,我一直認為冷卻水泵,水塔風車在台灣的環境之下完全不適合裝變頻,原因當然很多,用熱平衡的概念來看,只有氣溫降到很低,大概濕球溫度掉到10度11度的狀況下,太低的水溫會造成主機跳機的時候才有變頻可以發揮的機會,可是很不幸的,一堆業主還是裝了,當然,就我前面講的,散熱要好配合的條件很多,放大是一般人會做的事情,但是如果其他的搭配不好,盲目地放大只是多花錢而已.

總而言之,買一台水塔很容易,要散熱好放大就可以了,但重點是還要跟水量,風量以及控制互相搭配,這三者必須互相配合,好好計算,整個系統才能達到好的效率,不幸的是,冷卻水塔的效率測試一項是非常麻煩的工作,也是一個很容易得罪人的工作,如果標稱300噸的散熱能力,但實測只有7折,難不成冷卻水塔要拆回去,還是說做好了不用付錢?

一台冷卻水塔的調整很重要,但執行起來很麻煩,要把冷卻系統調整到最佳化是一項曠日廢時的工作,大部分的業主不可能有這個能力,廠商這邊要去幫業主做這些工作,業主也不見得付得起錢,所以大家就得過且過,主機不跳機就好了.

小弟六七年前就寫了一套冷卻水塔最佳化的控制程式,但從來沒賣出去過,原因很簡單,如何驗證這套程式對系統是有用的,費用要多少?用控制的概念來看,連工帶料幾十萬就很多了,但是周邊驗證的系統要花好幾倍的錢才能得到數據,所以當然賣不出去,更何況你用一套簡單的控制邏輯就把人家幾百萬做的系統打垮了,很多人會沒工作的,損人不利己,何苦?

所以啊,我看很多教授,技師寫的文章都是沒有實際經驗搞出來的東西,很多人聽了就照做,然後說誰誰誰講的,那真正按照學者教授講的做事情能解決最好,可是往往卻是越搞越糟,不然市面上也不會有我講的那些現象了.

因此,不要太執著於目標的達成,而是應思考要達到整體節能的目標,每個系統的元件功能應該是如何?不同的元件功能之間要如何互相搭配跟應用才是好的,這樣才能做出最好的判斷跟決定.