2022年冰水机房最佳化规划 .pdf

1 冰水機房最佳化規劃简介：本文围绕“如何 規劃 冰水主 機、泵浦及冷 卻水塔使得初 設成本低，而 運轉 成本也低？ ”展开了讨论。許多案例證實 ，較大的水 溫差系 統不僅可省下初 設成本，而且可省下運轉 操作成本。特 別是選用高效率主 機時 更是如此。关键字：泵浦冷卻水塔 熱交換器前言冰水 機房係由多 個動 力單元所 組成，主要的是冰水主機、冰 水泵浦、冷 卻 水泵及冷 卻水塔。 過去數十年 來越來越傾向選用高效率冰水主機。然而除了 減少能源消耗之外，仍有 許多手段值得研究；例如 設法降低初設工程 費的成本。本文即是探討降低初 設成本的同 時，也要 節省操作能源。但不 討論 前人已有 說明的一次二次冰水系統或是 變轉速控制系 統。一般而言，工廠內 最大的能源消耗者即是冰水主機，這也是 為什麼一談到節約 能源就是指向 選用高效率冰水主 機。但是，主 機安裝後卻很少 滿載負載 ，是不是 ! 大多數的時間 ，主 機都是在部分 負載 下運轉 ，而且多是低於75%的低 載。然而， 無視 於此一 現象，冰水泵和冷 卻 水泵依然故我地定流量全載運轉 。因此 當主機 在部分 負載時 ，泵浦名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 2 在全系 統的耗能比例 卻相對變 大了。 試想，如果泵浦選較 小的機型是不是 會節 省一部分能源而且也使得初設成本也降低些？如何 實現這 一種想法呢？ 會對 冰水主 機造成什 麼衝擊 呢我們回顧一下 歷史， 數十年前，冷 卻設備製 造商共同集合成一個組織 也就是今天的 ARI 。ARI 依 10 溫度差定 義冰水主機水流量的 標準 ，這個標準適 用於蒸 發器以及冷凝器。這個標準 主要是提供一個共通 規範來 供不同的主機製 造商依循。在那 個時 代 尚談不到 電腦 及主 機選機軟體 ，因此各家主機製 造商 別無選擇 只有遵守 10 溫差規範 。10 溫差規範在當時 也有其使用上的便利性。然而今天的時代卻未必要死抱 10 溫差不可。 同樣的背景下， 10 溫差也成 為過 去冷卻水塔 製造商的 標準 。如果增加水溫差值， 則相同 熱傳遞 量時，水流量就可降低，於是泵浦和管線就可以小一 級來設 置。除非冰水出水溫度降低了，否 則較 大的冰水 溫差( 蒸發器出水溫和回水 溫之差值 ) 對冰水主 機的效率之影 響是極輕 微的。另一方面，冷卻水在冷凝器的溫差變大則確實會 降低主機的效率，主因是冷凝溫度增加了。因此，最佳化的設計 ，宜就 從系統的角度 來評 估，主 機增加的耗能和泵浦水系統所省下的能源 應如何匹配 會最省能。在一些應用例子中，倒也沒有讓主機更耗能；在另一些應用例子中， 則是選用更有效率的主 機來 抵消 較高冷凝 溫度所造成的 損失。由此省下 來的泵浦 採購 成本， 動力配 電工程，管 線及閥件工程 費往往 夠我名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 3 們去選用較高效率的主 機! 此時泵浦所省下 來運轉 操作能源足使系 統變 得更加有效率。接下來我們就舉一些 實例來印證我們的想法。有一 個系統，有 2 台 800 冷凍噸 的主 機，每一台主 機有一台冰水泵 ，一台冷 卻 水泵及一台冷 卻水塔。我們選 出 3 種規劃 方式 來比較系統成效。 1A 及 1B 版本是依照 傳統10 冰水 溫差選定之主 機。2A 及 2B 版本是依14 溫差來選機 。3A 及 3B 版則是依 18 溫差來選機 。每一版本之 A 與 B 是不同之冷 卻水流量值以供比較用。在1A、2A、3A 版中，冷卻水流量 則是依每冷 凍噸 3GPM 即 10溫差標準選機 。而 1B、2B、3B 版中， 冷卻水流量 則是依每冷凍噸 2GPM 即 15 溫差標準選機 。泵浦的部份，假設泵浦效率 82% 而馬達 效率 93%。60 英呎的水 頭外加主 機水壓頭損。依 Trane 的製造規格在相同初 購成本下 選了 6 台主 機。每一台主機的冰水出水溫 度均是 42 。冷 卻 水塔 則 是由Marley 冷卻水塔的 選機軟體 中選用水塔， 其中外 氣濕 球溫度假設為 78 。假 設 800 冷凍噸 的負載 需求，即 啟動 一台主機且滿載 即可之 條件下，總結 6 個版本的系 統耗能 狀況 整理於 表 1 中。由表中最右 欄可看出冰水 溫差愈大的系 統，其尖峰用 電愈省。而冷 卻水流量 減少對系統尖峰用 電省能影 響不大。表 1 800 冷凍噸 主機，全 載運轉 之不同版本耗 電 分析冰水側版本 溫差 流量 gpm 水壓頭泵馬力數 PD bhp 冷卻水側水流量 / 噸 水壓頭泵馬力數 冷卻水塔 主機耗電 PD bhp 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 4 風扇馬力 KW總耗電 KW 1A 10 1920 21 481B 10 1920 21 482A 14 1372 11 302B 14 1372 11 303A 18 1067 7 223B 18 1067 7 223 21 60 50 4362 10 34 25* 4763 21 60 50 4372 10 34 25* 4763 21 60 50 4362 10 34 25* 476536562549547542541 This is the same size tower.If a smaller,less expensive tower is used,the fan hp goes to 40. 當系統操作在部份負載時 ，泵浦的耗能不 變，因為每一 個版本都是定流量系統，僅只有冰水主 機及冷 卻水塔 風扇會減 少能源的消耗。這一部份，我 們藉由 電腦 程式 DOE - Z 來模擬。選一個變風 量空 調箱設計 的辦公大 樓為 模擬對 象。針對 不同地 點，及 6 個版本的系 統套用 電腦來 模擬。 在 表 2 中列出 電腦 模擬之成果。 表2 不同的城市，套用這 6 個版本之耗 電 分析版本波士 頓芝加哥EI PASO 湖區邁阿密舊金山1A1B2A2B3A3B1497145014141363137113211177112610991046106010071777170516661590161015351897180117771677171616182288215721271990204519101057983961885913837表2 可看出不 論是那一 個城市， 當 6 個版本套入 電腦 中，增加 溫差( 減少水流量 ) 總有較省能的 這一個趨勢 存在。儘管不是每一 個案例中均有完全一致的結果， 表 2 中仍 顯示出整 體性，看能源 節省之成效 較以往只看主 機效能 單一分析更具 價值與重要。一如前述，如果選用更有效率之冰水主機，藉以克服冷凝 溫度升高的 負面耗能 損失， 並不會增加 額外的成本。怎名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 5 麼可能 會這樣 的？其 實呀! 我們省下泵浦的初 購成本， 電力工程 費，管路工程 費及閥配件的 費用( 降低流量，使得這些工程的尺寸 規格及成本均 變小了 ) 就足 夠去購買 更高效率 較為昂貴的主 機。表 1 就顯示出泵浦流量和馬力數的差 異性。表 3 列出不同 溫差之下管路管材的管徑尺寸。表 3 不同 溫差值對應 之管 徑尺寸 冰水 側 冷卻水側 10 溫差 14 溫差18 溫差 3 GPM / 噸 2 GPM / 噸主機 主管 10 吋 14 吋主機 主管8 吋 12 吋主機 主管8 吋 10 吋主機 主管 12 吋 16 吋主機 主管 10 吋 12 吋較 大的 溫差( 較低的流量 ) 造成 較小的管路管 徑及閥件， 較小的泵浦 馬力，冷 卻水塔 風扇馬力及其各 項電 力配 線工程，也就 實質 降低冰水系 統之初設成本。此即本文所稱 " 雙贏 " 設計 。唯一 會稍微提高成本的是空調箱的 熱交換器選購 成本一 項而已。但之前述及所省下的工程費也足 夠支付 這一項多出 來的額外費用。 這裡 是依 據鰭 片選機軟體 做出分析，比較 18 溫差盤管其空 氣側 之降 頭損 失會比 10 溫差盤管還要大 ( 2 個盤 管的進水溫度相同 ) 。即使如此，少許的空 氣壓損 增加， 應用到 VAV 變風 量空 調系統也因 風量減少而 變得微不足道。 受限於各主 機製 造商的 規格能力， 應用本文的成效也有不同的限制。 對於運轉 中的工 廠或建 築物，因 為空調箱盤管也已 經是標準 10 的規格產品，所以也不 適用本文之系 統規劃 例。結論許 多案例 證實 ，較大的水 溫差系 統不僅可省下初 設成本，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 6 而且可省下 運轉 操作成本。特 別是選用高效率主 機時 更是如此。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -