冷冻空调变频节能控制-国立勤益科技大学.ppt

冷凍空調變頻節能控制 授課老師：蔡貴義 老師 目錄 1.中央空調系統附屬設備之變頻節能控制 2.中央空調系統協調控制 3.變頻螺旋式冰水機組控制方案 4.冷凍空調變頻節能控制QA 1.中央空調系統附屬設備之變頻節能控制 1-1前言 1-2中央空調系統架構 1-3附屬設備變頻節能控制 1-4變頻節能效果之評估計算 1-5結論 1-1前言 綜觀本年度節能績優廠商選拔活動各參選廠商之節能報告書，在空調系統節能方面，一般空調用戶對中央空調冰水主機之節能及對變頻器在節能方面之使用，已具備基本之知識與方法，對節約能源已有相當程度之認知，然而對空調系統附屬設備之冰水循環系統、散熱冷卻系統及空氣循環系統則少有良好有效的節能措施，尤其對空調系統整體之協調省能控制方面以及多機系統節能協調控制方面，鮮少有業者提出省能方案。 台灣有近98 %能源仰賴進口，但由於生活水準日漸提高，產業也不斷擴充與升級，例如許多高科技產業像光電、電子、資訊、生物技術、醫藥等產業，造成空調需求愈來愈高，耗電量也愈來愈多，因此不管就企業降低成本以提升利潤或整體社會資源之使用而言，如何在不降低空調品質的條件下，進一步節約耗電量可說是個很重要的課題 。 1-1前言(續) 當我們討論空調系統電力節能策略時，一般只注意所謂的主要設備( Primary Equipment ) 如冰水主機、鍋爐等，而送風機、泵浦等負責傳送冷/熱的支援性設備則經常在節能考量中被忽略。一般空調系統可能使用到的附屬輔助設備相當多，例如送風與回風風機、排風機、冷熱水泵浦、冷凝器散熱風扇、冷卻水塔風扇、冰水泵浦等，都是需要長時間運轉而且數量相當多，因此耗能亦相當可觀。依2000年美國能源部出版的報告顯示，空調系統附屬設備每年使用掉約1.5千兆BTU的能量，大概相當於二千三百萬輛汽車每年所消耗的能源[1]。 1-1前言(續) 觀察一些傳統空調系統，由於考慮到未來需求擴充，因此所設計需量往往比當時需求大很多，也因此100﹪全負載運轉的時間並不常見，大部份時間在部份負載(Partial Load)下運轉，運轉效率較低，因此改善低負載運轉時的效率，其省能效果是可以預期的。此外在傳統空調系統應用中，附屬輔助設備之驅動馬達通常以全速連續運轉，而以導風板(Vane)和節流閥(Throttle)來調節風量及水量，如果利用變頻器以調控馬達的轉速來調節風量及水量，則將遠較以馬達全速運轉而以節流裝置減少風量及水量更為有效率。 1-1前言(續) 增加泵浦或風扇之轉速，其輸入功率理論上是隨著轉速的三次方增加，此表示如果風量或水量增加二倍時，輸入功率需增加為八倍，因此假設空調系統實際需求之風量及水量不需要那麼高時，則降低風量及水量至實際需求量即可減少甚多耗能。例如風量降低20%，則由80%風量的三次方為51%，亦即僅需51%能源，約可減少一半的耗能，這也就是為什麼政府部門大力推廣使用變頻器藉以方便調控馬達轉速，以獲得實際需要的風量及水量達到節能效果。空調系統附屬設備在以往的節能策略中往往被忽略，大多集中在研究主要的設備如冰水主機之壓縮機的節能，以致造成主要設備的能源效率雖然大幅改善，但輔助設備的耗能卻仍持續在增加。 1-2中央空調系統架構 (一)系統架構 中央空調系統係由驅動流體流動的機械和各種型式的熱交換器所組合而成，基本上可分為下列五個循環系統，即如圖一所示之(1)室內空氣循環系統(2)冰水循環系統(3)冷媒循環系統(4)冷卻水循環系統(5)冷卻水塔外氣系統。 (二) 主要設備及附屬設備 圖一所示之五個循環系統一環連著一環，環環相扣，其中熱交換器是進行高、低溫流體能量交換的設備，如圖中之冰水盤管、蒸發器、冷凝器及冷卻水塔，流體機械則是驅動流體循環的動力源，如圖中之風扇、冰水泵浦、壓縮機及冷卻水泵浦等。而上述五個循環系統中，需要使用到馬達的設備依序分別為風扇(風車)、泵浦、壓縮機，這五個循環系統若皆以單體而言，主要以冷媒循環系統之設備耗能最多，為主要設備(Primary Equipment)，如壓縮機是空調系統中最為耗能之主要設備，而其他四個循環系統之設備為負責傳送冷/熱的支援性設備，稱為附屬設備(Auxiliary Equipment)，如泵浦、風扇(風車)等設備。 1-2中央空調系統架構(續) 1-2中央空調系統架構(續) 附屬設備中風扇(風車)與泵浦等流體機械的耗能，大致可以用下列數學式表示︰ KWH是流體機械的耗用電能，耗能的多寡決定於設備的運轉時數Hr、流體的流量Q、流體循環所需之揚程P以及效率η，其中效率η包括流體機械效率、機械效率以及馬達效率等。 1-2中央空調系統架構(續) 空調節能並非鼓勵大家停止使用空調系統，而是當用則用，當省則省。欲降低耗用電能，首先由式(1)中考慮如何降低運轉時數（Hr），此有賴於