冷凍空調系統節能说成功案例分析.pps

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1、1,冷凍空調系統節能技術與節能效益驗證實務 冷凍空調系統節能成功案例分析 主講人：江沅晉 助理教授 時間：中華民國96年8月29日,2,大綱,中央空調冰水系統節能成功案例 中央空調冰水系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析 PCB鑽孔機冷卻系統節能成功案例 PCB鑽孔機冷卻系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析,3,前言,目前台灣地區空調用電佔全部用電量的30%，夏季尖峰時段更高達40%，因此空調系統的節約能源是非常重要的課題。 傳統的水路系統設計方法往往設計出過大(over size)之系統，且在設計階段未能考慮到系統負荷變化之實際運轉情形，往往造成了浪費能源的情形。 因此若

2、能在設計階段即能針對系統的負載情形與操作策略上做一縝密的規劃，並據此選擇及設計出適當的水路系統，不但可節省泵浦運轉之耗電量外，更可使冰水主機之運轉效率提高，進而達到節約能源之目的。,4,中央空調系統介紹,5,中央空調系統介紹,6,定流量系統,定流量系統之缺點 使總流量增加 會搶奪其他盤管的冰水量 較低的回水溫度 冰水主機的性能降低,三通閥之特性曲線,7,變流量系統,Common pipe,T1,T2,T3,共通管路(Common pipe)流動情形,8,變流量系統配置圖,系統之性能曲線,變流量系統- 二通閥控制,變流量的設計 使用二通閥 小壓降之共用管路 加裝二次側泵浦,變流量的優點 節約能源

3、 將系統分成兩個獨立的迴路,9,變流量系統- 變頻變流量控制,系統運轉配置圖,泵浦變頻控制曲線圖,10,泵浦相似定律,其中 Q：流量 , N：轉速 P：壓力 , D：葉片直徑 W：功率,11,變頻泵浦節能效益,變頻泵浦節能效益,12,變頻控制與二通閥控制節能效益比較,變頻控制與二通閥控制節能效益比較,13,壓差感測器安裝位置,壓差感測器的安裝位置,不同感測器安裝位置的節能效益,14,一次側變流量系統,系統運轉配置圖,(1) 適當的操作範圍 (2) 旁通閥的設置 (3) 冰水流量的量測 (4) 冰水主機的控制 (5) 流量變動的限制 (6) 操作者的訓練,注意事項：,VPF的優點 減少二次側區域

4、泵浦的設置 節省初始成本 冰水主機的運轉更有效率,15,中央空調冰水系統節能成功案例 中央空調冰水系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析 PCB鑽孔機冷卻系統節能成功案例 PCB鑽孔機冷卻系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析,16,前言,本案例分析方法為藉由一管路電腦輔助模擬軟體（PIPENET），首先針對此實際案例的冰水系統進行模擬，並將模擬值與實際案例運轉值做一比較與分析，並根據此比較結果對模擬軟體做一修正，以尋找出電腦模擬之正確性。 針對此實際案例做各種節能效益的評估與建議，以作為日後進行水路系統節能輔導之參考依據。,17,模擬流程圖,18,實際案例分析,本案例以內湖某

5、量販店為模擬案例，並針對其空調冰水系統進行模擬。 此量販店為地下三層、地上三層之大型賣場。地下三層均做為停車場使用，而地上三層均為賣場空間。 量販店總樓地板面積為33,652 ，而空調使用面積為12,420約佔了總面積的37。,19,實際案例分析,空調冰水系統介紹 在此量販店中，空調機房位於B2，冰水主機為Carrier離心式300RT兩台，以供應賣場中之空調負荷。 冰水系統採一次側/二次側(Primary/Secondary)方式設計，一次側主機泵有兩台，為並聯運轉，隨著主機的啟停開關。 二次側區域泵有兩台，為並聯運轉，隨空調負載變化開啟。,20,實際案例分析,實際案例空調負荷,月日,21,

6、實際案例分析,22,23,B2空調機房管路圖,24,連接至各 空調箱,屋頂空調箱連接管路圖,25,實際案例分析,26,實際案例分析,泵浦性能規格表,27,一次側泵性能曲線,設計操作點 流量：538 gpm 揚程：25.1 ft 效率：75 軸功率：3.4kw,28,二次側泵性能曲線,設計操作點 流量：830 gpm 揚程：60.6 ft 效率：80 軸功率：11.7kw,29,實際案例分析,30,實際案例分析,RAH實體圖,31,模擬軟體介紹,本案例分析所使用的模擬軟體為 Standard PIPENET V 3.30 ，本軟體為SUNRISE公司所開發之管路模擬軟體，其可用於化工製程、水路系

7、統與空氣系統等大型管路系統之設計與模擬。,32,初始參數輸入-流體性質輸入,33,初始參數輸入-管路尺寸輸入,34,模擬模型建立,B1,模擬實體圖,35,模擬模型建立,模擬實體圖(B2空調機房室),36,泵性能曲線輸入,一次側泵,二次側泵,37,模擬結果,FLOW THROUGH PUMPS - Pump Inlet Pr. Outlet Pr. Press Drop NPSH Flowrate Cavitation Power Req. (ft fl G ) (ft fl G ) (feet) (metres) (US.g/min) Parameter (kW) - 1 57.39 118.

8、9 61.50 27.70 822.6 1.478 11.93 2 57.39 118.9 61.49 27.70 822.8 1.478 11.93 3 56.81 71.41 14.60 27.52 673.3 6.183 2.472 4 56.82 71.36 14.54 27.53 674.1 6.213 2.464,泵浦運轉資料,38,尖峯運轉模擬結果,39,離峯運轉模擬結果,40,一次側泵浦運轉量測數據,月日,Q(LPM),41,一次側泵浦模擬與實測比較圖,設計操作點,模擬操作點,實測操作點,42,二次側泵浦運轉量測數據,月日,43,設計操作點,模擬操作點,實測操作點,二次側泵浦模

9、擬與實測比較圖,44,泵浦消耗電能計算,一次側泵浦消耗電能,其中,二次側泵浦消耗電能,45,一次側泵浦運轉量測數據,月日,46,一次側泵浦運轉量測數據,月日,47,二次側泵浦運轉量測數據,月日,48,二次側泵浦運轉量測數據,月日,49,泵浦流量模擬值與量測值之比較,50,泵浦耗電量模擬值與量測值之比較,51,中央空調冰水系統節能成功案例 中央空調冰水系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析 PCB鑽孔機冷卻系統節能成功案例 PCB鑽孔機冷卻系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析,52,各種節能技術模擬,53,運轉模式2-離峯運轉模式模擬,由現場實際量測數據可發現在每天夜間22:3

10、0翌日3:30為負載較少之時間，故可在此段時間內只開一台主機與一台區域泵，以節約能源。,54,運轉模式2-離峯運轉模式模擬,FLOW THROUGH PUMPS - Pump Inlet Pr. Outlet Pr. Press Drop NPSH Flowrate Cavitation Power Req. (ft fl G ) (ft fl G ) (feet) (metres) (US.g/min) Parameter (kW) - 1 57.39 118.9 61.50 27.70 822.6 1.478 11.93 2 57.39 118.9 61.49 27.70 822.8 1.

11、478 11.93 3 56.81 71.41 14.60 27.52 673.3 6.183 2.472 4 56.82 71.36 14.54 27.53 674.1 6.213 2.464,55,運轉模式3-二次側泵浦變頻操作模擬,56,運轉模式3-二次側泵浦變頻操作模擬,FLOW THROUGH PUMPS - Pump Inlet Pr. Outlet Pr. Press Drop NPSH Flowrate Cavitation Power Req. (ft fl G ) (ft fl G ) (feet) (metres) (US.g/min) Parameter (kW) -

12、1 57.39 118.9 61.50 27.70 822.6 1.478 11.93 2 57.39 118.9 61.49 27.70 822.8 1.478 11.93 3 56.81 71.41 14.60 27.52 673.3 6.183 2.472 4 56.82 71.36 14.54 27.53 674.1 6.213 2.464,57,運轉模式3-不同壓差感測器位置模擬,58,運轉模式4-更換較大揚程之二次側泵浦模擬,59,運轉模式4-更換較大揚程之二次側泵浦模擬,FLOW THROUGH PUMPS - Pump Inlet Pr. Outlet Pr. Press Dr

13、op NPSH Flowrate Cavitation Power Req. (ft fl G ) (ft fl G ) (feet) (metres) (US.g/min) Parameter (kW) - 1 57.39 118.9 61.50 27.70 822.6 1.478 11.93 2 57.39 118.9 61.49 27.70 822.8 1.478 11.93 3 56.81 71.41 14.60 27.52 673.3 6.183 2.472 4 56.82 71.36 14.54 27.53 674.1 6.213 2.464,60,節能效益分析 （不含主機省能效益

14、）,(流動電費：1.28元/度),61,結論,1.由以上各種節能效益分析中可知，省能效益達最大之方式為更換揚程較大之二次側泵浦時並配合夜間運轉，此時省能效益可達22.6%。 2.在模擬過程中，泵浦流量與耗電量之模擬值與現場實際量測值之誤差皆在10以內。 3. 藉由本計劃所建立的模擬流程與模擬方法，可快速的進行節約能源先前的評估，可作為日後節能策略估算之依據。,62,中央空調冰水系統節能成功案例 中央空調冰水系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析 PCB鑽孔機冷卻系統節能成功案例 PCB鑽孔機冷卻系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析,63,前言,近年來，隨著科技的進步，在資訊、

15、通訊及電子產業中，印刷電路板(Printed Circuit Board)已成為不可或缺之重要零組件。 在PCB製程設備上，PCB鑽孔機扮演極為重要的角色，當進行PCB鑽孔加工時，鑽孔機轉軸之轉速可高達16,000轉，在此轉速下轉軸的溫度也相對提高，所以需要進行冷卻，以確保鑽孔品質與加工的速度。,64,前言,在目前的PCB鑽孔機轉軸冷卻系統的設計上，是藉由低溫乾燥空氣冷卻與水冷卻的方式進行散熱。 在水冷卻部份是藉由一台3RT之冰水主機提供1620之冷卻水，進入PCB鑽孔機進行散熱。 空氣冷卻部份則是將高壓空氣藉由一台空氣乾燥機冷卻除濕後，再將部份的空氣從鑽針周邊吹入，以達到冷卻效果，並進而清除

16、粉屑 。,65,前言,目前PCB鑽孔機轉軸冷卻系統圖,3RT,Q=20LPM,810,Q=1100LPM,18,18,18,66,前言,以PCB鑽孔機而言，六軸之功率約為2.7kW，若假設此功率完全轉換為發熱量，此時冷卻系統所需帶走的熱量最多也約為2.7kW。 就3RT之冰水主機而言(1RT約為3.86kW)，其最多可提供約11.5kW之散熱量，所以此散熱量明顯的超過了發熱量，此代表使用3RT之冰水主機進行散熱為一過大(over size)設計，而此問題不但造成了產品初始成本的增加，也讓冰水主機運轉效率不高，使的運轉費用增加，並造成能源的浪費。,67,中央空調冰水系統節能成功案例 中央空調冰水

17、系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析 PCB鑽孔機冷卻系統節能成功案例 PCB鑽孔機冷卻系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析,68,實際案例分析,本實際案例為國內一PCB鑽孔機製造廠商所提供。 本案例主要目的為針對目前PCB鑽孔機冷卻系統合理的設計容量進行分析。,PCB鑽孔機實體圖,69,實際案例分析,本案例將以理論模式分析並配合實際量測的方式進行PCB鑽孔機轉軸冷卻系統之分析，期望藉由實際量測之方式與理論模式的分析，改善目前PCB鑽孔機轉軸冷卻設計之問題，並進而設計出一較省能之PCB鑽孔機轉軸冷卻系統。,70,量測系統圖,71,量測系統實體圖,72,冷卻水進出Chille

18、r溫度,冷卻水流量 20LPM Chiller每次運轉時間：60s Chiller每次停機時間：80s,冷卻水進出Chiller溫度圖,73,冷卻水進出轉軸&線性馬達溫度,冷卻水進出轉軸溫度圖,冷卻水進出線性馬達溫度圖,74,冷卻空氣進出Dryer&轉軸溫度,冷卻空氣進出轉軸溫度圖,冷卻空氣進出Dryer溫度圖,75,量測數據分析,本量測數據中針對Z1軸(最左邊之轉軸)與Z6 (最右邊之轉軸)進行量測，由量測結果中可知， Z1軸與Z6之溫度變化情形皆相同，代表冷卻水與冷卻空氣皆均勻的分佈於六個轉軸中 。 由量測結果，Chiller每次運轉時間約為64秒，而每次停機時間約為88秒。 藉由量測數據

19、分析中可知，冷卻空氣離開Dryer之溫度約為8.5，而進入轉軸散熱時之溫度已達17.5，有將近9之熱損失散失於空氣中。,76,量測數據分析,藉由量測結果可知，目前冰水主機噸數設計量過大(3RT)，使得開關機次數過於頻繁。 藉由量測結果可知，冷卻空氣於管路流動時的熱損失過大。 當PCB鑽孔機於待機時，低溫的冷卻空氣仍不斷的吹入PCB鑽孔機，而造成室內空氣於機台上產生結露問題。,77,中央空調冰水系統節能成功案例 中央空調冰水系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析 PCB鑽孔機冷卻系統節能成功案例 PCB鑽孔機冷卻系統介紹 實際案例分析 節能技術與節能效益分析,78,節能技術,藉由量測數據

20、與分析結果，重新檢討冷卻系統合理之噸數，並在滿足轉軸與線性馬達規範前提下，重新設計一PCB鑽孔機轉軸冷卻系統，以減少能源之耗費。 新系統中將藉由一空氣與水熱交換器，將冷卻空氣與冷卻水進行熱交換，以降低冷卻水溫度，並提高冷卻空氣之溫度。,79,節能技術-新系統設計圖,空氣與水熱交換器,1823 ,4,20,80,節能技術-新系統設計圖,81,節能技術-新系統實體圖,空氣與水熱交換器,冷凝器,冷卻水系統 壓縮機,冷卻空氣系統 壓縮機,冷卻風扇,控制電路 配電盤,水槽,冷卻水泵浦,82,節能技術-新舊系統功能規格比較,83,每次運轉時間：650s 每次停機時間： 90s,每次運轉時間：4500s 每

21、次停機時間： 300s,運轉,停機,新系統-冷卻水進出Chiller溫度圖,方案1 冷卻水壓縮機能力2RT,方案2 冷卻水壓縮機能力1.5RT,84,冷卻水流出新舊系統溫度圖,冷卻水流出新舊系統比較圖,冷卻水流出新舊系統比較圖,方案1,方案2,85,舊系統-冷卻空氣進出Dryer&轉軸溫度圖,冷卻空氣進出轉軸溫度圖,冷卻空氣進出Dryer溫度圖,86,新系統-冷卻空氣進出Dryer&轉軸溫度圖,冷卻空氣進出Dryer溫度圖,冷卻空氣進出轉軸溫度圖,87,節能效益分析,88,結果與討論,藉由量測數據分析結果可知，合理的冷卻水壓縮機容量為1.5RT2RT。 藉由新系統的設計與量測結果中可知，冷卻水壓縮機開關機次數減少，由42次減少至8次。 由於新系統選用合理的冷卻水壓縮機容量，使得冷卻水溫度變化起伏不大。,89,結果與討論,藉由新系統內空氣與水熱交換器的設計，有效的回收冷卻空氣的冷能，並將此部分的冷能提供給冷卻水。 藉由新系統的設計，使得冷卻空氣進入轉軸的溫度提高至20，而減少室內空氣於鑽孔機上產生結露問題。 藉由新舊系統耗電量的比較，新系統節能效益可達1842%。,90,敬 請 指 教,中國文化大學機械工程學系 江沅晉 助理教授 電 話:(02)2861-0511轉33331 E-mail: jyj3faculty.pccu.edu.tw,