中央空调系统冰水变流量的温差探讨.doc

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1、中央空調系統冰水變流量的溫差探討國立台北科技人學冷凍空調工程硏究所/李文興、李永裕、黃緒耀變流量冰水系統的運轉，需維持固定的溫差，AT就是冰水的冋水和出水溫度的差値。但是實際上，幾乎每個運轉中的冰水系統AT都低於設計的要求，造成流量和負載無法同步變化，因吐即使沒有一台冰水主機是滿載的，卻仍然需要多開冰水主機來維持流量需求，導致冰水主機和泵兩者的耗電因此增加，所以我們必須瞭解會影響AT減少的原因，進而改善或解決吐問題，雖然許多減少溫差的因素可能被消除，但大多數的系統在不同的操作條件下，AT減少的問題還是無法避免，而節能效益也會因吐

2、減少，在評估或設計時需特別注意。壹、一次側/二次側冰水系統TOP台灣空調冰水系統使用一次側/二次側(PTimmy/SecondarySystem；P/SSystem)的變流量設計巳近20年，近年來由於變頻器的價格逐漸降低、品質更加穩定，再加上電費不斷的提高，節約能源的觀念逐漸加強，因此簡業大樓或工廠之中、大型屮央空調系統冰水管路設計都是以此作爲基礎。所謂一次側/二次側的變流量冰水系統，是在冰水側使用種達到「流力分離，熱力耦合」的冰水系統?這種系統也被稱爲rDecoupleSystem」(如圖1)。一次側迴路(PrimaryLoo

3、p)爲冰水主機及機房內之水路循環系統，各主機有一個主機泵負責定量送水，其總循環量爲開啓主機水量之總和。主機之開啓依負載而定，負載小時減少主機開啓台數，由於一次側送水距離短，且送水量會隨主機開啓台數變化'耗能較小。二次側迴路(SecondaryLoop)主要是從冰水機房出去之後到現場負載的管路，二次側泵馬力較人'因爲它們必須克服二次側管路、配件、閥、熱交換器盤管和一些相關的摩擦損失，爲管路系統主要耗能的地方，可因應負載需求改變送水量，此即爲變流量冰水系統節能之處。一次側、二次側之介面皆以共通管（CommonPipe）作爲調節兩邊流

4、量的管道‘負載單元（如空調箱）則以二通閥控制流量。AD迓A▼LOADSECONDARYLOOPPRIMARYLOOP圖1.一次側/二次側變流量冰水系統TOP貳、低AT的問題事實上冃前在運轉中的P/S冰水系統並沒有像前述般的理想，經實際的操作或監控此系統的運轉後發現，其冰水的溫差無法維持固定，特別是在低負載的時候，現場負載的回水總是低於設計値，使得AT減少。在變流量冰水系統中，是假設△T會保持固定，因爲負載直接等於流量、比熱和AT的乘積（公式1），比熱是固定的，如果AT是固定的，則負載會跟著流量成一定比例的變化，因此大多數變流量系

5、統的設計是基於這個假設。但如果AT不是一直保持固定，則此假設不成立，負載便不會完全隨流量變化，例如：當負載爲原來的一半時，流量並不會如預估般變爲一半，而是流量和AT同時改變，或是AT減少一半。q=mCAT（公式1）〔q:空調負載(Btuh):m:流量(USgpm):C:比熱(Btu/lb・°F)；AT:溫差(°F)〕如果在系統中的AT減少，至少有二個問題產生：增加泵和冰水主機耗電或是造成控制系統的失敗。泵耗電的增加是很明顯的，依照公式「在AT中任何的減少，一定會引起冰水流量比例的增加，理論上，泵耗電與流量的三次方成正比，因此流量

6、有任何的增加將會造成泵耗電大量增加。而冰水主機耗電方面的衝擊是更複雜且難以預估，會因冰水主機是如何控制而有所不同，主要有二個基本的冰水主機啓、停控制策略，一個是基於系統流量，另一個是基於負載，理論上，這二個策略的效果是一樣的，因爲在變流量系統中，流量和負載應該是冋步的，然ifu，當AT降低時，流量和負載就不同步了，則此時哪一個策略都不理想。圖2、圖3分別是二棟不同的辦公大樓之一次側/二次側變流量冰水系統的運轉資料'很明顯的'AT並沒有保持固定，而是隨負載變化，這是很普遍的現象。CoolingLoad(RT)°°050100150

7、200250300350400450CoolingLoadfRT)ooooO54321(0J128圖3.北部某辦公大樓（二）冰水AT與RT的變化當設計的冰水溫差無法維持時，就會產生低AT問題，任何變流量系統都會遭遇到低的AT問題，而且在部份負載時更惡化，嚴重的時候，冰水的溫差可從設計的10T降至2°F，當此情況發生的時候，流量必定明顯的增加以提供足夠的空調負載，舉例說明如后。