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空調系統能源查核與節約能源案例手冊2一、空調系統簡介...................................................................................1(一)中央空調系統的組成.................................................................................2(二)空調系統之分類........................................................................................4二、空調系統耗能分析............................................................................5(一)空調系統能源平衡....................................................................................7(二)空調系統之能源效率.................................................................................8三、空調系統之節能機會.........................................................................9(一)空氣側......................................................................................................10(二)冰水側......................................................................................................11(三)冰水主機..................................................................................................15(四)冷卻水側..................................................................................................17四、空調系統運轉管理要點....................................................................20(一)空調設備與系統省能方法........................................................................20(二)空調系統設備效率評估及改善.................................................................26(三)空調系統之保養維護................................................................................37五、空調系統能源查核..........................................................................45(一)空調系統能源查核作業流程....................................................................45(二)基本設備及運轉資料記錄查核.................................................................45六、節能評估案例.................................................................................52七、結論..............................................................................................59目錄3空調系統能源查核與節約能源案例手冊1空調系統占全國用電比例愈來愈大，如表一所示特定行業空調用電占比甚至高達50%以上，若能在不影響空間溫濕度、舒適度及空調設備的運轉壽命下，降低空調系統用電，不但可減少空調用戶電費的支出，並可有效地降低尖峰限電機率。由於經濟的快速成長及國民所得不斷提高，再加上高科技產業蓬勃發展，使得用電量屢創高峰，尤其是在夏季尖峰時段，備載容量不足，只要台電發電機組一跳機，就有限電危機，造成了產業不必要的損失。由分析可知，只要天氣一變熱，用電量就會增加，很顯然是由於空調用電量的變化，影響了夏季尖峰耗電量的變化。空調系統由十幾二十年前的奢侈品，搖身一變成為日常生活必需品。尤其是最近幾年空調系統成長的速度更是驚人，除了公共場所及家中所使用的冷氣之外，工廠內為了配合人員舒適需求或是因生產製程環境要求所使用的冷氣，更是大幅成長，當產品愈精緻，空調的用電量就愈大。例如，以前的紡織廠是在門口噴水來增加廠房濕度就能滿足生產的需求，但如今因產品的精緻化及機台產量的增加，不僅是需要空調來排除機台熱負載，對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴格，其結果是造成空調負載及空調用電的增加。又如目前最熱門的IC產業，根據調查，在同一廠房面積下，潔淨度每升高一級（如由100級升為10級）其空調耗電量約增加三倍。因此，若能在不影響空調品質的情況下，減少空調耗電量，即可達到空調節能的目標。空調系統簡介一空調系統能源查核與節約能源案例手冊2表1不同行業之空調能源占電力比例(以業別分)行業別空調占比照明占比電梯占比給排水占比其它占比總占比學校44354611100展覽館5424868100研究機構48193525100醫院53205517100量販店5629537100旅館5029678100辦公大樓4140847100百貨公司4437865100公家機構4633849100資料來源：91年度能源查核制度申報表(一)中央空調系統的組成中央空調系統可以說是一連串驅動流體流動的動件(如泵、風車及壓縮機)、各種型式的熱交換器(如冷卻除濕盤管、蒸發器、冷凝器、及散熱材)及連接各種裝置的〝通道〞(如風管、水管及冷媒管)所組合而成的。正如圖1所示，中央空調系統可分為下列五個循環：圖1中央空調系統流程示意圖空調系統能源查核與節約能源案例手冊3(1)室內空氣循環：空調區中因為人員、設備、外氣及太陽等所產生的熱負載，以傳導、對流、或是輻射等方式傳至空氣中，使室內空氣溫濕度上升(亦即增加空調負載)。由於風車的驅動，室內空氣經由風管被載到冷卻盤管與冰水做熱交換(冷卻除濕過程)，變成乾而冷的空氣(此處的“乾”是指絕對濕度的下降)後，再回到空調區間吸收人員、設備、外氣及太陽等所產生濕與熱，而完成循環。(2)冰水循環：空氣中之熱負載經過冷卻盤管時以傳導及對流等方式傳至冰水中，造成由蒸發器出來的低溫冰水溫度上升。由於冰水泵的驅動，冰水經由冰水管被載到蒸發器中與低壓冷媒做熱交換(冷卻過程)，變成低溫冰水後，再回到冷卻盤管吸收空氣熱負載，而完成循環。(3)冷媒循環：冰水中之熱負載經過蒸發器時以傳導及對流等方式傳至冷媒中，造成由降壓裝置(如膨脹閥、限流孔及毛細管等)出來的低壓低溫液態蒸發成為氣態(蒸發過程)。由於壓縮機的驅動及壓縮，低壓低溫氣態冷媒變成高壓高溫氣態冷媒，再經由壓縮機吐出管被載到冷凝器中與冷卻水做熱交換(冷凝過程)而成為高壓中溫氣態冷媒，然後經由降壓裝置變成低壓低溫液態，再回到蒸發器吸收冰水之熱負載，而完成循環。(4)冷卻水循環：冷媒中之熱負載經過冷凝器時以傳導及對流等方式傳至冷卻水中，造成由冷凝器出來的冷卻水溫度上升。由於冷卻水泵的驅動冷卻水經由冷卻水管被載到冷卻水塔中之散熱材中與流經散熱材之空氣做熱交換(冷卻過程)而降溫後，再回到冷凝器吸收冷媒熱負載，而完成循環。(5)室外空氣循環：冷卻水中之熱負載經過散熱材時以傳導及對流等方式傳至經由導風板進入散熱材之室外空氣(此時冷卻水與室外空氣是直接熱交換，包括了熱傳與質傳)，造成經由導風板進入散熱材之室外空氣溫濕度上升。由於冷卻風車的驅動，使高溫高濕之室外空氣被載到冷卻水塔以外之空間與周圍之室外空氣混合，而將熱負載排至大氣(排熱過程)，而完成循環。空調系統能源查核與節約能源案例手冊4(二)空調系統之分類由以上敘述可知中央空調系統是由這五個循環環環相扣所形成的，而省略其中一個或一個以上循環，就變化成其他形式空調系統。例如少了冰水循環就是水冷式箱型機；少了冷卻水側就變成氣冷式冰水主機；同時少了冰水及冷卻水系統就變成一般家庭常見的窗型機或分離式冷氣機。圖1是將中央空調系統各個裝置分開來解說，但在實際應用上卻是常將其中數個裝置合併成設備，如室內風車與冷卻盤管可合併成空調箱(AHU,AirHandlingUnit)或是小型送風機(FCU,FanCoilUnit)，而蒸發器與壓縮機、冷凝器組合起來即成了冰水主機，冷卻風車加上散熱材即是冷卻水塔。空調系統能源查核與節約能源案例手冊5若要節約空調系統之電能，就需先了解空調系統是如何耗能。總體來說，構成中央空調系統的元件主要是熱交換器與流體機械二種。熱交換器是作為高低溫二種工作流體能量交換的設備，諸如冰水盤管、蒸發器、冷凝器與冷卻水塔散熱材等;流體機械則是推動工作流體循環的動力源，諸如風車、泵與冷媒壓縮機等。當任何一組熱交換器之效果不好時，會增加系統耗電率(每一冷凍負載所需之設備耗電量，kW/RT)，不是系統耗電量增加，就是冷凍能力下降。例如冰水主機之蒸發器或冷凝器內管排表面上結垢時會使熱傳效果變差，而使其接近溫度變大，冰水機高低壓差也跟著變大，耗電率也就變差。流體機械的耗電量，一般可以用下列數學式表示：kWh=Q×H×hr/η該式中的kWh是指流體機械的耗電量，而耗電量的多寡決定於運轉時數(hr)、輸送的工作流體流量(Q)、工作流體循環所需之揚程(H)以及效率(η，包括流機效率、機械效率、馬達效率等)。首先如果要省電當然就是不啟動流體機械，只要不運轉當然就不用電。但這並不是要大家停止使用空調系統，而是要當用則用，當省則省。如何降低運轉時數，端賴有效而合理的管理，避免設備做不必要的運轉。其次，減少輸送的流體也是方法之一。所以採用變流量設計，如VAV(variableairvolume)、VWV(variablewatervolume)及VRV(variablerefrigerantvolume)，分別使風量、冰水量及冷媒流量依負載需求調整，都是減少系統在部分負載(PartialLoad)時之耗能量的方法之一。第三項參數是揚程，降低管路系統壓損則可在設計時加大一號管徑及採用測試、調整、平衡(test,adjustingandbalancing；TAB)手法來達成。而流機效率則需搭配管路系統特性選配適當的流體機械。空調系統耗能分析二空調系統能源查核與節約能源案例手冊6(1)選用高效率流體機械，並運轉於高效率運轉點(2)降低部份負載時之輸送流體流量(3)降低非必要運轉之時數(4)透過測試、調整、平衡(TAB)使管路系統運轉時最佳化圖2為圖1簡化之流程圖，圖中之五個圈圈代表了上述的五個循環，而圈圈內的設備名稱則是系統內驅動流體流動的動件，亦即系統耗能之所在。而每一個圈圈的大小則是指熱負載的大小，亦即熱負載愈大則圈圈愈大，由圖中可知室內空氣循環負載最小，然後依次變大，到了室外空氣循環負載是最大的，造成這樣的情形是由於下列兩個因素：(1)在系統循