冷卻水管理與空調主機能源效率關係 - 新湧科技股份有限公司
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節能技術手冊. ... 統計空調主機EER值下降幅度超過30%,並進一步證實80~90%的個案多因為結垢所造成,只有少數有冷卻水塔安裝不良,導致進風量過低等其他因素。
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教育訓練及技轉閱讀
>發表於2021/12/12
[IT技能]
節能技術手冊.五、水質管理(8)
工程技術/商機技術/奪標技術 大綱 內容
節能技術手冊.五、水質管理 (8)三-7~三-9
冷卻水管理與空調主機能源效率關係
節能技術手冊.五、水質管理—(主索引)、(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)
總彙系列:1.CNS/EER/積垢/熱傳熱力綜合系列、2.CNS/EER系列/應用、3.總彙.水處理化工技術、4.總彙.水處理術語、5.EER工程.文章總彙、6.E平台-水處理技術
水處理技術系列:1.空調水質污染計算、2.EER問題與改善方法.原理、3.化工技術解說(1)、4.化工技術解說(2)、5.空調技師-水處理設計技術、6.水處理.實用技術及市場狀況
CNS系列檔案:CNS、AHRI技術、CNS、AHRI技術要點、EER節能技術90%、空調主機EER量測驗析實務技術、EER全年確效技術、冰機EER.基準值技術及運用SOP
EER與積垢浪費檔案:EER訪測.經濟部、綠基會實測、費用展開表、LCC20年比較表、積垢與LMTD公式演算、積垢熱傳熱力分析、LMTD公式演算筆記、節能術語解釋及技能說明
工程效益系列:費用展開表、工程經濟效益評比、偷工減料、損害業主權益
EER改善成效檢驗系列:懶人包(0)、(1)、(2)、穩態EER技術(1)、(2)、(3)
成效驗析實務系列:EER驗證分析實務(1)、(2)、EER驗證分析系統畫面
趨近溫度系列:趨近溫度的謬思(1)、(2)、(3)原來一直都錯了、(4)謬思的實證
防蝕效益系列:1. 冷卻水處理腐蝕率標準、2. 水處理防蝕經濟效益技術
腐蝕系列:1.腐蝕測試.SOP、2.腐蝕試片、3.腐蝕照片
法令系列:1水處理採購與法令、2水處理與能源管理法、3水處理與技師法、4.EER工程帶動空調產業發展、5.ESCO產業發展的契機、6水處理與偽造文書、7承商水處理技術
業主系列:1主機EER改善.第一步、2業主進階技術、3基本功、4.CUS/EUS發包範例.解說、5業主再進階技術、6運轉EER改善專案、7精明購買家.知識經濟、8水處理送審範例解說
監造系列:搶標下.業主監造技術(1)、(2)、(3)
【大綱】 在假貨充斥空調水處理業中,新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
三-7. 冷卻水管理與空調主機能源效率關係
7.1.空調主機能源效率 7.2. 鹽垢層之熱傳係數 7.3. 空調冰水主機能效標準
三-8. 大樓空調冷卻水管理與電費關係
8.1. 大樓耗能之分類分項剖析 8.2. 大樓浪費能源分析及其依據 8.3. 投資效益
三-9. 冷卻塔設計用資料 9.1. 冷卻塔負荷值 9.2. 冷卻塔相關設計數值
【內文】 在假貨充斥空調水處理業中,新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
30~40年來空調業界的雙重困擾之處,尤其是施工採購送審未達CNS12575防垢成效標準卻假冒者,就是不真、就是假貨,充斥在空調水處理業中,毋庸贅述。
三-7. 冷卻水管理與空調主機能源效率關係
7.1.空調主機能源效率
民國80、81年中技社能源技術服務中心接受經濟部能源局委託,訪測國內約600個案例,統計空調主機EER值下降幅度超過30%,並進一步證實80~90%的個案多因為結垢所造成,只有少數有冷卻水塔安裝不良,導致進風量過低等其他因素。
事實上,國人亦常見到冷凝器酸洗過後,冰機效率立即大幅度改善的現象。
圖6為中技社一連整年訪測的結果,顯示出許多空調主機效率並不理想,雖然EER效率值有些和機型型式有關,但換算各該機型新機的效率值,其衰退的百分比卻都有共通的模式關係,其中水系統操作管理不當即是最主要的因素。
這點已經在隨後第二年的訪測中證實。
此點亦可利用熱傳、熱力學進一步確認。
大綱 TOP BOTTOM
7.2.鹽垢層之熱傳係數
鹽垢層之熱傳係數如表81所列示之內容,由本表可知碳酸鈣熱傳係數大約只有鋼的1/35,銅的1/300。
表81 鹽垢層之熱傳係數值
鹽垢種類
熱傳係數 W/m2.K
鹽垢種類
熱傳係數 W/m2.K
碳酸鈣
0.05
四氧化三鐵銹層
0.11
磷酸鈣
0.13
矽酸鹽垢
0.0034
硫酸鈣
0.091
鍋爐鋼(用以比對)
1.76
磷酸鎂
0.085
銅(用以比對)
14.87
7.3. 空調冰水主機能源效率標準
經濟部能源局於民國九十年九月公告「空調系統冰水主機能源效率標準」(見表82),並訂第一階段於民國九十二年一月一日實施,第二階段於民國九十四年一月一日實施。
能源局另訂定「政府機關辦公室節約能源措施」,其中規定空調系統應定期清洗主機熱交換器,也就是說運轉應維持在表82所述之高效率狀態。
表82 空調冰水主機能源效率標準 大綱 TOP BOTTOM
執行階段
第一階段
施行日期
九十二年一月
型式
冷卻能力等級
能源效率比值
(EER)
kcal/h-W
性能係數(COP)
水冷式
容積式
壓縮機
<150RT
3.50
4.07
≧150RT
≦500RT
3.60
4.19
>500RT
4.00
4.65
離心式
壓縮機
<150RT
4.30
5.00
≧150RT
<300RT
4.77
5.55
≧300RT
4.77
5.55
氣冷式
全機種
2.40
2.79
執行階段
第二階段
施行日期
九十四年一月
型式
冷卻能力等級
能源效率比值
(EER)
kcal/h-W
性能係數(COP)
TOP BOTTOM
水冷式
容積式
壓縮機
<150RT
3.83
4.45
≧150RT
≦500RT
4.21
4.90
>500RT
4.73
5.50
離心式
壓縮機
<150RT
4.30
5.00
≧150RT
<300RT
4.77
5.55
≧300RT
5.25
6.10
氣冷式
全機種
2.40
2.79
註:
(1) 冰水機能源效率比值(EER)依CNS12575容積式冰水機組及CNS12812離心式冰水機組規定試驗之冷卻能力(kcal/h)除以規定試驗之冷卻消耗電功率(W),測試所得能源效率比值不得小於上表標準值,另廠商於產品上之標示值與測試值誤差應在5%以內。
(2) 性能係數(COP)= 冷卻能力(W)÷冷卻消耗電功率(W)=1.163EER。
1RT(冷凍噸)=3,024kcal/h。
大綱 TOP BOTTOM
三-8. 大樓空調冷卻水管理與電費關係
大樓空調冰機由於耗能龐大,也相對具有高度的節能潛力,特別節能改善與水質管理息息相關,節能改善的投資效益相當高,進一步分析於下。
8.1.大樓耗能之分類分項剖析
空調耗能佔大樓用電總量比例最高,約50~60%(參見圖7)。
其中又以空調主機佔空調系統比例最高,約55~65%(參見圖8)。
因此對空調主機進行節能改善可以收到事半功倍的好處。
進一步分析耗能及結垢造成浪費,依照中技社實測統計結果,此浪費平均超過30%,再按照各大樓使用特性分別如下節所述。
8.1.1. 百貨大樓耗能分析
以1,000RT的百貨大樓為例,營業時間10:00~22:00,一年開機365天,夏天平均90%,冬天平均30%,全年平均60%,一年間正常的主機耗能應為
1,000RT×0.7kW/RT×60%×12hr/D×365D/年
=1,839,600kWh/年=5,518,800元/年(3元=1kWh)
但實際上卻因為結垢浪費了30%的電能及電費,約為1,655,640元/年。
大綱 TOP BOTTOM
圖7 各類大樓的消耗電能分析表,其中以空調系統耗能佔大樓總量比例最高。
大樓類型依次由左上至右下為醫院大樓、飯店大樓、辦公大樓、百貨大樓。
大綱 TOP BOTTOM
8.1.2. 醫院大樓耗能分析
以1,000RT的醫院大樓為例,開機時間每日24小時,一年開機365天,夏天平均90%,冬天平均30%,全年平均55%,一年間正常的主機耗能應為
1,000RT×0.7kW/RT×55%×24hr/D×365D/年
=3,372,600kWh/年=8,431,500 元/年(2.5元=1kWh)
但實際上卻因為結垢浪費了30%的電能及電費,約為2,529,450元/年。
8.1.3 飯店大樓耗能分析
以1,000RT的飯店大樓為例,開機時間每日24小時,一年開機365天,夏天平均90%,冬天平均30%,全年平均50%,一年間正常的主機耗能應為
1,000RT×0.7kW/RT×50%×24hr/D×365D/年
=3,066,000kWh/年=7,665,000元/年(2.5元=1kWh)
但實際上卻因為結垢浪費了30%的電能及電費,約為2,299,500元/年。
8.1.4. 辦公大樓耗能分析
以1,000RT的辦公大樓為例,開機時間每日12小時,一年開機260天,夏天平均90%,冬天平均30%,全年平均70%,一年間正常的主機耗能應為
1,000RT×0.7kW/RT×70%×12hr/D×260D/年
=1,528,800kWh/年=4,586,400元/年(3元=1kWh)
但實際上卻因為結垢浪費了30%的電能及電費,約為1,375,920元/年。
大綱 TOP BOTTOM
8.1.5. 大樓耗能綜合分析
上述大樓依照其類型及消耗的電力列表如下,表中最右側數值為結垢造成浪費的節能空間,為節能的投資效益潛力最大之處。
大樓類型
消耗電能
支出電費
浪費電費
百貨大樓
1,839,600kWh/年
5,518,800元/年
1,655,640元/年
醫院大樓
3,372,600kWh/年
8,431,500元/年
2,529,450元/年
飯店大樓
3,066,000kWh/年
7,665,000元/年
2,299,500元/年
辦公大樓
1,528,800kWh/年
4,586,400元/年
1,375,920元/年
8.2.大樓浪費能源分析及其依據
根據調查蒐集及研究結果,下述三方面都互相吻合,其可靠度值得信賴。
8.2.1. 根據中技社實地訪測結果
根據中技社經過80~81年二年訪測全國600多家大樓空調主機之後發現:空調主機平均較當時各該主機出廠之EER浪費了30%以上,且結垢佔了所有因素的90~95%,少數案例為冷卻塔安裝不當及噸數不足造成水溫過高。
其詳細統計曲線如圖6所示。
上述實測結果換算的百分比也同樣適用於新機型。
其學理依據如下段熱傳熱力學所分析。
大綱 TOP BOTTOM
8.2.2. 根據冷凍空調的熱傳熱力學原理分析結果
由熱傳學理分析,結垢造成熱傳阻抗增加,因此熱交換率大幅降低,難以立即帶走壓縮機傳送過來的冷媒熱量,冷凝溫度和壓力隨之升高,冷凍能力降低。
為了維持相同的冷凍能力,以便達到設定之溫度濕度等空調條件,冰機的自動控制模式就自動加載,因此耗電當然大幅增加。
再由熱力學的Mollier曲線的熱焓值來推算,結垢導致冷凍能力降低極為明顯,又增加電力耗損及電流值。
8.2.3. 根據業界實務經驗
每一個空調主機的操作工程師實際經驗都發現:主機經過年度保養酸洗之後,第二天開機後相同運轉下負載都大幅降低,加上電流值也降低,二者合併降低高達30%以上。
8.3.投資效益
8.3.1. 提高主機運轉效率的效益
依照上述分析,空調節能潛力高達90~95%以上,空調冰機的節能技術又加上電腦EER節能專家管理系統,可以立即且隨時顯示電能運轉狀況及電力節省狀況,並且建立資料庫提供日後的追蹤考核及分析,是業主不可多得的節能專家等級之幫手。
每年的效益如下表所示。
大樓類型
浪費電費
節約95%效益
節約90%效益
百貨大樓
1,655,640元/年
1,572,858元/年
1,490,076元/年
醫院大樓
2,529,450元/年
2,402,978元/年
2,276,505元/年
飯店大樓
2,299,500元/年
2,184,525元/年
2,069,550元/年
辦公大樓
1,375,920元/年
1,307,124元/年
1,238,328元/年
大綱 TOP BOTTOM
8.3.2. 延長空調設備壽命的效益
空調工程的壽命以可靠度為標準,大都工程公司只承認10~15年,事實上許多空調系統運轉5~7年之後,就有經常因腐蝕問題造成維修零組件的大筆花費。
一般節能專家技術可以延長為20年以上,如果以1,000RT空調工程4,000萬元的公認估價計算,每年的折舊費用可以由400萬元(4,000萬元÷10年=400萬元/年)大幅降低為200萬元(4,000萬元÷20年=200萬元/年)。
此部分的經濟效益高達400萬元/年-200萬元/年=200萬元/年。
8.3.3. 水質管理節能改善之綜合效益
有形經濟效益
綜合上述節能效益高達120~240萬元/年,折舊效益200萬元/年,合計有形經濟效益高達320~440萬元/年,或20年累計達6,400~8,800萬元。
其他無形經濟效益
因為跳機或不冷造成自用的營業損失、辦公效率不彰,或出租時房東與房客因電費高低的爭執、影響樓宇出租的業務或管理,甚至因為需彌補此空調能力的結垢損失而增加空調工程投資費用,在邁入微利時代自用或承租戶都會精打細算的年代,凡此種種都屬於無形效益。
三-9. 冷卻水塔設計用資料
9.1.冷卻水塔負荷值
表79 熱交換設備冷卻水塔負荷一覽表 大綱 TOP BOTTOM
裝置種類
負荷值
(kcal/Ton)
裝置種類
火力發電設備(kW/hH)
負荷值
(kcal/Ton)
往復式製冷機
3,750
1,000
2,700
離心式製冷機
3,750
5,000
2,000
吸收式製冷機
8,200
10,000
1,750
蒸汽噴注式製冷機
8,2000
狄賽爾引擎
700
9.2.冷卻水塔相關設計數值
9.2.1. 冷卻水塔設計選用的溫度值
冷凍空調用冷卻水塔出入水溫差(△tw)通常約設計在5(CNS12812、12575)~5.5(ARI-550)℃,外氣濕球溫度與出水溫度(稱為冷卻水塔趨近溫度)約在3(先進國家高級機種)~5(國內機種)℃以下。
9.2.2. 冷卻水塔之氣水比
冷卻水塔之氣水比(λ=L/G)約在0.7~1.5
表80 出入水溫差與氣水比 大綱 TOP BOTTOM
出入水溫差,℃
3
5
10
15
氣水比,λ
0.3~0.7
0.5~0.9
0.9~1.2
1.2~2.1
9.2.3. 冷卻水塔橫截面積
(1)L/A值介於2,500~17,000kg/m2;h值在冷卻範圍小且趨近溫差大時,取大值,冷卻範圍大而趨近溫差小時,則取小值。
(2)G/AG值較經濟實用者約9,500kg/m2;h,塔內風速2.5m/s以上。
(3)工業用冷卻水塔L/A值約在7,000~10,000kg/m2;h,空調用約10,000~12,000kg/m2.h。
9.2.4. 冷卻水塔風壓損:
(1)空調用逆向流型約10mmAq,直交流型約6~8mmAq。
(2)工業用大型冷卻水塔約10~16mmAq或以上。
(未完待續)
(本章結束) 大綱 TOP BOTTOM
節能技術手冊.五、水質管理—0介紹與主索引、1水質管理判斷基準、2鍋爐用水、3鍋爐水管理與節能關係、4高壓鍋爐給水之水質標準、5鍋爐用水處理相關規定、6冷卻水水質管理、7常用藥劑、8冷卻水管理與空調主機能源效率關係、9常見工業用水水質要求
大綱 TOP BOTTOM
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