1蒸发式冷凝器节能应用技术

蒸發式冷凝器蒸發式冷凝器節能應用技術簡介主講人柯明村博士柯明村博士國立台北科技大學能源與冷凍空調工程系內容¾蒸發式冷卻技術簡介¾蒸發式冷卻設備開發9蒸發式冷卻直膨機組9蒸發式冰水主機9蒸發式冰水主機9蒸發式冷卻冷藏展示櫃¾蒸發式冷卻與變頻機組耗能模擬比較¾結語台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.2蒸發式冷卻技術簡介‰冷凝器所排出之熱量，為冷媒液在蒸發器所吸收之熱量與壓縮功之熱當量和收之熱量與壓縮功之熱當量和。‰依一般冷凍系統對於冷凝器熱量之排放可分為下列三種下列三種：(1)空氣冷卻式(Air-cooling)(2)水冷卻式(Water-cooling)(3)蒸發冷卻式(Evaporative-cooling)(3)蒸發冷卻式(Evaporativecooling)c直接蒸發式冷凝器(DirectEvaporativeCooling)d間接蒸發式冷凝器(IndirectEvaporativeCooling)d間接蒸發式冷凝器(IndirectEvaporativeCooling)台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.3蒸發式冷卻技術簡介‰直接蒸發式冷凝器灑水裝置灑水管氣流方向冷媒銅管冷媒氣流方向冷媒吸水材質冷媒台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.4蒸發式冷卻技術簡介‰間接蒸發式冷凝器台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.5三種冷卻方式之比較蒸發冷卻式變頻直膨式氣冷直膨式9冷凝器散熱效果最佳。能源效率比最高。9夏季尖峰時段運轉情9變頻式之能源效率值於低載（低頻）時顯著提高。9冷媒量控制良好、施工容易、成本低廉。優9夏季尖峰時段運轉情況下，比變頻式系統更省能。9不論負載高低皆保有時顯著提高9變頻控制可提供使用者較舒適環境。9新型直流變頻馬達廉優不論負載高低皆保有高能源效率，應用場合廣。9本土技術成熟。新型直流變頻馬達，減少馬達通電後無法避免的交流聲，安靜。點9冷凝器尺寸小、節省空間與成本。9冷凝器排風溫度低，熱污染低，有效防制環境熱島效應。台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.6三種冷卻方式之比較蒸發冷卻式變頻直膨式氣冷直膨式9冷凝器因長久灑水所造成的結垢與腐蝕問題。9變頻需在低頻運轉下才會省電，因此無助於夏季滿載運轉情況9與前二者比較最為耗能。9中小型的系統壓縮缺9初設成本高於氣冷直膨式（但低於變頻式）。的省能。9於長期高負載之場合亦無法節能。機較不易調整能力以配合負載變動。小型系統採熱氣旁缺9缺水時系統效率降低。9主要技術主流--直流變頻為日本技術，國內尚無法製作。構造與管路技術要求通、中型系統則採有段控制容量。使效率降低與增加運轉成本點9構造與管路技術要求高，設備與維護成本高，維修昂貴。轉成本。台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.7各種蒸發式冷卻技術於冷凍空調設備之開發‰個人針對各種蒸發式冷卻技術之開發歸納如下表：演進蒸發冷卻方式設備概況裸管直接噴灑型9冰水主機A裸管直接噴灑型冰水主機9冷凍冷藏設備包覆吸水材質型9直膨式分離式冷氣B包覆吸水材質型直膨式分離式冷氣9冷凍冷藏設備C間接蒸發式9直膨分離式冷氣C間接蒸發式直膨分離式冷氣9冷凍冷藏設備D正壓鰭管直接淋灑型9冰水主機D正壓鰭管直接淋灑型9直膨分離式冷氣E負壓鰭管直接噴灑型9冰水主機台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.8空調設備耗能規定執行階段第二階段冰水主機耗能標準執行階段第二階段施行日期九十四年一月能源效率比值性能係數(COP)型式冷卻能力等級(EER)kcal/h-W水冷式容積式150RT3.834.45壓縮機≧150RT≦500RT4.214.90500RT4.735.55離心式壓縮機150RT4.305.00≧150RT477555≧150RT300RT4.775.55≧300RT5.256.10台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.9氣冷式全機種2.402.79空調設備耗能規定窗型與分離式冷氣機窗型氣冷式(消耗電功率3kW以下)適用舊版CNS3615適用新版CNS3615及CNS14464實施日期機總冷卻能力型式能源效率能源效率日期機種總冷卻能力型式能源效率比值(EER)kcal/h-W(Btu/h-W)能源效率比值(EER)適用舊版CNS3615適用新版CNS3615及CNS14464單體式低於2,000kcal/h低於2.3kW一般型式變頻式(60Hz)2.33(9.24)2.71民國2,000kcal/h以上3,550kcal/h以下2.3kW以上4.1kW以下一般型式變頻式(60Hz)2.38(9.44)2.7791年1月1,()高於3,550kcal/h高於4.1kW一般型式變頻式(60Hz)2.24(8.89.)2.60分3,550kcal/h4.1kW以下一般型式2.55(10.12)2.971日起分離式3,550kcal/h以下4.1kW以下一般型式2.55(10.12)2.97變頻式(60Hz)2.38(9.44)2.77高於3550kl/h高於4.1kW一般型式變頻式(60H)2.35(9.32)2.73台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.103,550kcal/h變頻式(60Hz)蒸發式冷卻節能原理•未灑水(A→B→C→D)灑水•灑水(A→B’→C’→D’)•灑水之性能因為冷凝溫度下降•製冷能力增加(增加hc-hc’)hchc)•且消耗電力減少(減少h-h’)台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.11少hb-hb)蒸發式冷卻設備測試方法與數值模擬‰針對一連串之開發案進行完整之性能檢測建立實驗測試方法與平台9建立實驗測試方法與平台‰利用實驗檢測結果，從空氣側與冷媒側以熱力與熱傳分析發展設備性能模擬分析程式析，發展設備性能模擬分析程式。‰研究原型機運轉缺失，從而提出最佳化元件匹配之改善建議。台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.12實驗測試‰測試機台檢測示意圖正壓型蒸發式冷卻設備台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.13•13正壓型蒸發式冷卻設備蒸發式冷卻開發技術指標‰同尺寸之氣冷式冷卻冰水機組與蒸發式冷卻機組之性能比較之性能比較‰蒸發式冷卻機組隨外氣改變之系統效能‰蒸發式冷卻機組停水時之因應技術‰蒸發式冷卻機組之最佳運轉策略台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.14蒸發式冷卻直膨機組蒸發式冷卻直膨機組台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.15研究方法‰實驗檢測5RT之蒸發式冷卻空調機95RT之蒸發式冷卻空調機•冷媒系統(R22、R410A)溫濕度改變•溫濕度改變性能模擬‰性能模擬9熱傳、流力分析模式建立9VBA程式建構9倒傳遞類神經網路模式建構台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.16•2008/6/9•國立台北科技大學能源與冷凍空調工程系•16結果與討論5RT蒸發式空調機尺寸縮小及效能分析‰5RT蒸發式空調機尺寸縮小及效能分析(Case1)9氣候初始溫度設定為32.4℃、61.09%RH。蒸發模式與缺水狀況之風速皆為24/9蒸發模式與缺水狀況之風速皆為2.4m/s。9冷凝器初始尺寸為2144×567mm。9冷凝器寬度以100mm為一個range逐步降低，冷凝器高度則是當寬度裁剪了500mm後亦縮小100mm以維持大致外觀。9降壓裝置改以膨脹閥替代毛細管。台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.17結果與討論‰5RT蒸發式空調機尺寸縮小及效能分析台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.18結果與討論5RT機組之實驗數值與數值模擬結果比對(R22)50124648501012ECFTcECFTeANNTcANNTeature(oC)ature(oC)40424468erTemperaorTempera36384024CondenseEvaporato303234-20262830-6-4台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.19R22結果與討論5RT機組之實驗數值與數值模擬結果比對(R410A)12424481012ECFTcECFTeANNTcANNTeature(oC)ature(oC)36384068erTemperaorTempera32343624CondenseEvaporato2830-20222426-6-4台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.20R410A結果與討論‰蒸發式冷卻空調機之最佳化運轉策略化運轉策略91844mm×500mm之冷凝面積9管排排數維持2Row狀況操作模式迎風面風速(m/s)TDry-bulb32.4不灑水3.4TDry-bulb≥32.4灑水1.4Drybulb台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.21結果與討論‰實做機測試—供水正常運轉91844mm×500mm之冷凝面積91844mm×500mm之冷凝面積9管排排數維持2Row2014.584631015204.631.73-1.293.042.87505差異%-15-10-5-20高壓壓力低壓壓力冷氣能力電力EERCOP台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.22壓力壓力能力結果與討論‰實做機測試—停水運轉91844mm×500mm之冷凝面積91844mm×500mm之冷凝面積9管排排數維持2Row2011.984313564911015204.313.564.91-1.46-2.09-505差異%2.09-15-105-20高壓壓力低壓壓力冷氣能力電力EERCOP台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.23力力力蒸發式冰水主機開發與耗能模擬比較蒸發式冰水主機開發與耗能模擬比較台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.24蒸發式冷卻冰水機組開發蒸發式冷卻機組台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.25蒸發式冷卻機組結果與討論‰缺水性能實驗檢測（40RT）台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.26缺水後再次灑水蒸發式冷卻系統實務應用能源模擬分析‰本建築物為地上10層樓地下1層樓10層樓地下1層樓的典型辦公大樓一層樓樓高為4，一層樓樓高為4m(13.2ft)，合計總樓地板面積合總樓地板面積合計3388m2(3645488ft2)此(36454.88ft2)，此建築物坐南朝北使用台北的天、使用台北的天氣型態作為模擬基準台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.27基準。結果與討論‰主機的COP與價錢比較表格‰主機的COP與價錢比較表格100RT氣冷式水冷式蒸發式100RT氣冷式水冷式蒸發式COP315552COP3.15.55.2NT/RT750090008200台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.28結果與討論40000250003000035000時)150002000025000電(仟瓦小時氣冷式水冷式蒸發式50001000015000度電050001月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月空調用電比較圖月份台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.29結果與討論350025003000設置成本15002000萬元設置成本1年10年20年500100020年0氣冷式水冷式蒸發式費用比較圖空調系統形式台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.30註：1年、10年、20年包含運轉成本與設置成本蒸發式冷卻冷藏展示櫃開發蒸發式冷卻冷藏展示櫃開發台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.31應用間接蒸發式冷卻技術o,kgv/kga)HumidityRatio濕度比(H間接蒸發式冷凝器之構造示意圖熱力循環過程圖台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.32開發機組台北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村P.33研究結果-實驗結果比較4755AirCoolingTa,db-i=26.5oC,RHa,i=66.7%,ThicknessofEvaporativeSection=0.025m,Va,i=1.38m/skW)4.54.75AirCoolingEvaporativeCoolingsumption(k44.25PowerCons353.753.253.5間接蒸發式與氣冷式之壓縮機消耗功率比較CabinetTempera