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1 空調系統節能與實務案例分享 主講人 柯明村 博士 國立臺北科技大學 能源與冷凍空調工程系 內 容 一 前言二 耗能盤查與診斷三 空調設備與耗能狀況四 空調系統節能技術五 節能績效量測與驗證 (M&V) 六 結語 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 2/110

2 自我介紹 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系合格國際量測驗證師 CMVP ( IPMVP Level 3& Level 4, AEE and EVO) 中國制冷學會 - 制冷高級工程師國家標準技術委員會委員公共工程採購評選委員會專家學者教育部環保小組委員財團法人台灣綠色生產力基金會節能技術發展中心 顧問台灣能源技術服務產業發展協會 顧問中華民國能源技術服務商業同業公會 顧問能源服務相關經驗政府與財團法人機構節能相關研究計畫主持人 建立節能績效量測與驗證之程序及文件 產學合作 節能設備 / 系統開發 第三公正檢測 測試調整平衡 (TAB) 等專案 合作計畫 中技社 財團法人台灣綠色生產力基金會能源查核 財團法人台灣產業服務基金會高科技廠節能輔導 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 3/110 自我介紹 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 4/110

3 自我介紹 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 5/110 一 前言二 耗能盤查與診斷三 空調設備與耗能狀況四 空調系統節能技術五 節能績效量測與驗證 (M&V) 六 結語 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 6/110

4 一 前言 1. 化石能源存量與供應日漸短缺 隨著化石能源之逐漸用罄, 全世界目前正面臨能源供應之嚴苛問題 各種替代能源與再生能源之研究與開發雖積極進行, 但在短期之內仍無法成為穩定而可靠之能源來源 從能源應用之觀點來看, 除了能源開發之外, 節約能源提升能源使用效率應是更為重要之課題, 原因在於其可立即而直接可應用之解決方案 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 7/ 全球暖化 氣候變遷 一 前言 聯合國針對地球暖化之溫室效應問題所提出之 京都議定書, 已於 2005 年 2 月 16 日正式生效 我國雖非簽約國家, 但基於國際環保公約之經驗, 我國既使不簽署公約及享受權利, 但相關義務, 卻仍需履行 且我國身為地球村的成員, 有保護環境 善盡保護地球之責任 最重要的是, 預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術, 我國若不及早因應參與國際互動, 引進技術, 將喪失我國之國際競爭力! 而隨著台灣經濟成長, 工商業發達, 國民生活水準及消費能力提高, 加上台灣位於亞熱帶高溫高濕之海島型氣候形態, 造成空調市場近幾年來的蓬勃發展 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 8/110

5 一 前言二 耗能盤查與診斷三 空調設備與耗能狀況四 空調系統節能技術五 節能績效量測與驗證 (M&V) 六 結語 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 9/110 製程?? 空調 V 空壓機 V 照明 V 馬達 V 電力系統 V 鍋爐 V 汽電共生系統?? 蒸汽系統 V 其他?? 工業製程耗能系統 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 10/110

6 能源系統盤查 盤查表格 能源系統規格 數量與相關資料務必確實與正確 現場查核與確認 可考慮建立線上申報平台 ( 如能源局能源查核系統 ) 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 11/110 現場查核 依據 ASHRAE Audit Procedures, 可分為三個等級 : Preliminary Energy Use Analysis Level I Analysis Walk-Through Analysis Level II Analysis Energy Survey and Analysis Level III Analysis Detailed Analysis of Capital Intensive Modifications 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 12/110

7 資料彙整 需現場掛表量測? 目的是甚麼? 量測項目? 何時量測? 量測時間多長? 費用與成本 現場監控數據 有無? 足夠分析嗎? 正確可靠? 設備商性能資料? 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 13/110 建立能源基線 數據足夠嗎? 如何建立? 基準線模型 數據量測與迴歸 建立耗能指標 改善後節能效益驗證 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 14/110

8 診斷與節能潛力 依個別能源系統所獲得的資料, 進行專業判斷! 回歸基礎物理原理 需符合廠商需求 - 安全性 易於施行 經濟效益 公正評價 改善提案務求量化呈現 合理與透明 包括節能量 節費量 回收年限 溫室氣體減量 不影響製程或使用需求 需考慮個能源系統之交互影響 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 15/110 節能措施探討 個別能源系統 基本物理原則 : 減少熱能排放 減少冷熱混合 減少洩漏 降低壓損 矯正過大設計 變流量風車定律 使用新的高效率技術與設備 不影響製程或使用需求 案例探討 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 16/110

9 一 前言二 耗能盤查與診斷三 空調設備與耗能狀況四 空調系統節能技術五 節能績效量測與驗證 (M&V) 六 結語 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 17/110 空調設備與耗能狀況 國內民生住商建築常用空調型式大致如下 : 辦公大樓 / 百貨 / 賣場 : 中央空調為多 學校 : 窗型 / 分離式 箱型冷氣及中央空調 便利商店 : 分離式冷氣 醫院 : 分離式 箱型冷氣及中央空調 產業空調型式 : 中央空調 製程冷卻 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 18/110

10 空調設備耗能規定 國內對部分主要空調設備已制訂相關耗能標準 以下列出目前常用之空調設備其耗能之國家標準 : 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 19/110 冰水主機耗能標準 水冷式 型式 容積式壓縮機 執行階段施行日期 空調設備耗能規定 冷卻能力等級 能源效率比值 (EER) kcal/h-w 第二階段九十四年一月 性能係數 (COP) <150RT RT RT >500RT 離心式壓縮機 <150RT RT <300RT 300RT 氣冷式全機種 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 20/110

11 一 前言二 耗能盤查與診斷三 空調設備與耗能狀況四 空調系統節能技術五 節能績效量測與驗證 (M&V) 六 結語 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 21/110 四 空調系統節能技術 一般大型建築多使用中央空調系統 有關中央空調系統之運作可如下圖所示 : 典型之中央空調系統設備循環圖 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 22/110

12 4-1 中央空調系統之運作 在互連環的愈上游 ( 亦即愈靠近空調負載端 ) 做節能工作則每一循環所節省下來的效益也就愈大, 亦即整個系統之省能效益會是因多重節能而愈大 避免空調系統太多的過大設計 過大的設計不但業主需花費較多的初設成本, 同時空調系統長期處於低負載運轉, 效率也差, 必須付出較多的運轉成本 只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可節省大量的電費支出 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 23/ 空調系統耗能建議基準 ASHRAE 該標準對空調系統耗能之規定 符合各項耗能因子 ( 如建築外牆 照明 空調 ) 之標準值, 使耗能在標準值以下 採用耗能總量法則, 即容許系統中某部分耗能超過標準值, 但在其他部分應有較佳之設計, 使耗能總量不超過依標準設計 特殊溫溼度需求區應有獨立之送風系統 空調送風超過總風量之 25% 及樓板面積在 1000ft 2 (92.9m 2 ) 以上之區域應有獨立之送風系統 外週區之空調負荷變化較大, 應用獨立之送風系統以便因應負荷變化調節風量 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 24/110

13 4-2 空調系統耗能建議基準 對於每年使用時間不超過 150 小時之區域, 可設獨立之送風系統, 以便在不使用時得以關閉或獨立控制, 獨立控制之區域不可跨樓層或面積超過 25,000ft 2 (2323 m 2 ) 變風量系統 (VAV) 之最低風量不可超過最高風量之 30%, 或 0.4cfm/ft 2 送風耗能部份, 對於定風量系統, 送風耗能應在 0.8W/cfm 以下, 但不包括過濾器及風阻耗能, 對於變風量系統, 其設計值應在 1.25W/cfm 以下, 在 50% 風量下, VAV 系統之耗電不宜超過 50% 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 25/ 空調系統耗能建議基準 送水管路之壓損不應超過每 100m 管長有 4m 以上之揚程 採用合乎 EER 標準之空調設備 符合 ASHRAE 要求之空調負荷計算 用分區溫度控制 適當之保溫設計 符合外氣冷房設計規範 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 26/110

14 4-2 空調系統耗能建議基準 符合空氣側系統節能設計規範 ( 如變風量設計要求 ) 風車電力比值 (fan power ratio, FPR) 規範 : 如 < cfm 者, 風機電力不可超過 1.2 hp/1000 cfm (1.7 hp VAV) >20000 cfm 者, 風機電力不可超過 1.1 hp/1000 cfm (1.5 hp VAV) ( 過濾 處理設備 洩壓等設備之壓差另計 ) 水系統方面, 超過 10 hp 者, 至少有 50% 之流量可變流量, 如泵之壓損超過 100 ft 及 50hp, 需用變頻驅動 散熱設備 ( 如冷卻水塔 ), 應用可變轉速之水泵及可變轉速之風機 外氣量佔送風 70% 以上或大於 5000cfm 者, 使用熱回收減少外氣負荷 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 27/ 降低空調負載 4-3 空調系統節約能源措施 降低空調負載為最治本之節能方法, 可使空調設備與系統之規模縮小, 直接減少空調系統之耗電量, 為最直接有效, 且投資費用低 ( 甚至無費用 ), 為效益很高之節能方法 建築外殼節能設計依綠建築之 建築外殼節能評估法 可以看出, 建築外殼的節能設計, 重點在於 外殼隔熱性能 和 太陽輻射熱獲得遮陽性能 適時減少系統操作時間 提高冷房設計 / 設定溫度 降低暖房設計 / 設定溫度 此將使空調負載降低, 節省設備投資與減少能耗 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 28/110

15 4-3 空調系統節約能源措施 外氣引入量最小化 在不違背標準室內空氣品質要求的情況下, 將新鮮空氣引入量予以減少, 以降低空調設備處理外氣之負荷 設置夜間排氣裝置 (purge system) 利用夜間外氣低焓值 (enthalpy) 之時機, 將大樓內可能累積之日間輻射 內部熱源 ( 如電腦 電器等設備 ) 等之熱負荷 ( 稱之 pulldown 負載 ) 排出, 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日, 或連續假日結束後之空調系統開機時之負載 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 29/ 空調系統節約能源措施 2. 選用高 EER 值之設備 選購空調設備時, 應參考上述之國內空調設備標準, 選用高 EER 值之設備 3. 減少搬運動力 (Transfer Power) 依據流機定律, 風機或泵之耗能與搬運量 ( 即流量 ) 之三次方成正比即所謂之可變風量 (variable air volume, VAV) 可變水量 (variable water volume, VWV) 和可變冷媒量 (variable refrigerant volume, VRV) 技術 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 30/110

16 Fan Law 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 31/ 空調系統節約能源措施 減少搬運動力 --VAV 技術 有關空氣側之各種 VAV 技術之節能效果, 以無段變轉速 (variable speed) 效果最佳 使用入口導流葉片 (inlet guide vane) 次之, 再來為使用風門 (damper) 控制者 一般而言, 空調之負載多在 50% 左右, 故無段變速之節能效果能節省 20 至 30% 之耗能 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 32/110

17 Example Energy Used After VAV Retrofit Annual Power Reduction: 58%! 資料來源 : Herb Wendes HVAC Retrofits. Energy Savings Made Easy, The Fairmont Press, INC. 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 33/ 空調系統節約能源措施 減少搬運動力 --VWV 技術 採用變頻水泵之 VWV 設計, 其節能效果遠優於水閥調整水量的作法 而水路設計應把握熱混合會導致設備低效率運轉或是不理想冷卻效果之原則, 使用 P-S 水路 (primary-secondary circuit) 設計具有絕佳之節能優點 而一次 / 二次側冰水系統設計即可設計為 VWV 系統, 以節省水泵耗能 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 34/110

18 4-3 空調系統節約能源措施 冷能 / 熱能回收 (heat recovery) 應用熱交換器, 如全熱交換器 自然空調機或熱管 (heat pipe) 設備等冷能回收設備, 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣, 可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔 此外, 亦可應用節能器 (economizer), 在外氣條件允許之適當時機, 將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 35/110 冷能回收設備 資料來源 : Herb Wendes HVAC Retrofits. Energy Savings Made Easy, The Fairmont Press, INC. 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 36/110

19 靜態交叉流式之全熱交換器 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道, 以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側, 流向為交叉方向 這種設備本身不須有動力, 維護簡單, 為其主要優點 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 37/110 轉輪式 : 需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動, 轉輪式之優點為交換效率高 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可與小型空調系統配合使用, 可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的 轉輪式之全熱交換器 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 38/110

20 Heat Recovery 資料來源 : ASHRAE Fundamentals. 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 39/110 Heat Recovery Loop Heat Recovery SA ( 已熱回收 ) 熱水資料來源 : Herb Wendes HVAC Retrofits. Energy Savings Made Easy, The Fairmont Press, INC. 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 40/110

21 水側節能機會 - 冷卻水側 提高冷卻水塔使用效率 Combined kw/rt System Efficiency kw/rt Chiller kw/rt Optimum operation CWS Temperature Cooling Tower kw/rt CWS C 冰水主機與冷卻水塔之最佳化組合操作 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 41/110 水側節能機會 - 冷卻水側 冷卻水塔水溫最佳設定 實際上設計點的外氣濕球溫度一年中平均發生的時間不到 2.5% 水塔風車維持固定的溫度並非最佳運轉點 冷卻水入口溫度應考量外氣濕球溫度與冰水主機用電, 才能使系統整體效率提升 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 42/110

22 4-3 空調系統節約能源措施 使用高效率空調設備 運轉效率高之設備或創新技術之應用, 可使系統整體運轉效率提升, 發揮節約能源之功效 諸如 : 高效率主機 ( 例如滿液式主機 ) VAV 送風設備 蒸發式冷卻 (evaporative cooling) 設備 自然空調機 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 43/110 優 點 Evaporative Cooling 2. 蒸發式冷卻空調設備 蒸發冷卻式變頻直膨式氣冷直膨式 冷凝器散熱效果最佳 能源效率比最高 夏季尖峰時段運轉情況下, 比變頻式系統更省能 不論負載高低皆保有高能源效率, 應用場合廣 本土技術成熟 冷凝器尺寸小 節省空間與成本 冷凝器排風溫度低, 熱污染低, 有效防制環境熱島效應 變頻式之能源效率值於低載 ( 低頻 ) 時顯著提高 變頻控制可提供使用者較舒適環境 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 冷媒量控制良好 施工容易 成本低廉 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 44/110

23 Evaporative Cooling 蒸發冷卻式變頻直膨式氣冷直膨式 缺 點 冷凝器因長久灑水所造成的結垢與腐蝕問題 初設成本高於氣冷直膨式 ( 但低於變頻式 ) 缺水時系統效率降低 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的省能 於長期高負載之場合亦無法節能 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高, 設備與維護成本高, 維修昂貴 與前二者比較最為耗能 中小型的系統壓縮機較不易調整能力以配合負載變動 小型系統採熱氣旁通 中型系統則採有段控制容量 使效率降低與增加運轉成本 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 45/110 熱管之應用 1. 電子廠外氣空調箱 (MAU) OA Folw Rate RA Folw Rate MA Folw Rate Total Heat LA Folw Rate BA Folw Rate LA' Folw Rate Total Heat Fan Folw Rate SA Folw Rate 10,000 CMH 92,828 CMH 102,820 CMH kw 97,736 CMH 0 CMH 97,736 CMH kw 99,620 CMH 100,000 CMH 2.78 m 3 /s m 3 /s m 3 /s Sensible Heat m 3 /s 0.00 m 3 /s m 3 /s Sensible Heat m 3 /s m 3 /s 3.07 kg/s kg/s kg/s kw kg/s 0.00 kg/s kg/s kw kg/s kg/s OA Intake Cooling Coil Heater Recirculation Fan 9.26 g/kg 7.86 g/kg SA 1,000 Pa (Pt) 75% Eff. OA Condition RA Condition MA Condition CHS Temp. LA Condition BA Condition LA' Condition Heater LA" Condition SA Condition DB o C DB o C DB o C 6.0 o C DB o C DB o C DB o C kw DB o C DB o C WB o C WB o C WB o C CHR Temp WB o C WB o C WB o C WB o C WB o C 64.3 RH% 45.0 RH% 49.5 RH% 12.0 o C RH% 49.5 RH% RH% 70.0 RH% 65.2 RH% g/kg 7.86 g/kg 9.26 g/kg CHW Flow Rate 7.86 g/kg 9.26 g/kg 7.86 g/kg 7.86 g/kg 7.86 g/kg 94.3 kj/kg 43.1 kj/kg 47.8 kj/kg L/s 30.3 kj/kg 47.8 kj/kg 30.3 kj/kg 35.9 kj/kg 37.0 kj/kg kg/m kg/m kg/m 3 Condensate kg/m kg/m kg/m 3 Cooling Capacity kg/m kg/m DP o C DP o C DP o C L/hr DP o C DP o C DP o C kw DP o C DP o C Power Consumption Summary Item q 1 q 4 Recirculation Fan Summary Load kw kw 36.9 kw COP Power Consumption kw kw 36.9 kw kw 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 46/110

24 熱管之應用 DB 8 :23.00 o C RH 8 :45.00 % DP 8 :10.47 o C H 8 :43.13 kj/kg W 8 : DB 4 :10.46 o C RH 4 :100 % DP 4 :10.46 o C H 4 :30.31 kj/kg W 4 : DB 6 :17.00 o C RH 6 :65.20 % DP 6 :10.46 o C H 6 :36.99 kj/kg W 6 : RA DB 1 :35.00 o C RH 1 :64.30 % DP 1 :27.23 o C H 1 :94.28 kj/kg W 1 : OA MA Heat Pipe-Cool Cooling Coil Heat Pipe-Heat Heating Coil Airwasher SA DB 7 :17.00 o C RH 7 :65.20 % DP 7 :10.46 o C H 7 :36.99 kj/kg W 7 : DB 2 :23.54 o C RH 2 :47.20 % DP 2 :11.68 o C H 2 :45.38 kj/kg W 2 : DB 3 :17.00 o C RH 3 :70.73 % DP 3 :11.68 o C H 3 :38.69 kj/kg W 3 : DB 5 :17.00 o C RH 5 :65.20 % DP 5 :10.46 o C H 5 :36.99 kj/kg W 5 : Item Load (kw) COP Power Consumption (kw) Heat Pipe Cooling Coil Heating Coil 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 47/110 高科技電子廠節能技術 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 48/110

25 潔淨室外氣空調箱節能方式 最佳外氣導入量之控制與確定 降低下吹氣流之速度 潔淨面積及潔淨等級之最佳設定 Clean Bench 和 Air Curtain 之運用 室內溫濕度之最佳設計 低溫送風之採用 風管系統洩漏量之減低化 低壓損 Filter 之使用 風扇最高效率運轉點之選定 高溫排氣再利用 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 49/110 外氣空調箱節能方式之探討 降低引入外氣之焓值 全熱交換器之應用 進排氣熱交換盤管之應用 冷卻除濕盤管前後熱交換盤管之應用 熱管之應用 外氣空調箱之冰水系統設計 雙冰水溫度 CHU 系統在 MAU 之應用 MAU 冷卻除濕盤管冰水管路串聯之設計 控制閥之設計 MAU 冷凝水回收之利用 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 50/110

26 風車之節能 外氣空調箱節能方式之探討 鼓風式 MAU 風車置於冷卻除濕盤管上游, 風車發熱量將直接成為冷卻除濕盤管之負荷 抽風式 MAU 置於冷卻除濕盤管下游, 發熱量則可減少再熱盤管之負荷, 耗能之差距頗大 以節能之觀點, 抽風式 MAU 是值得推廣之方式 外氣之減量措施 減少潔淨空氣之洩漏 減少潔淨空氣之釋放 減少製程之排氣 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 51/110 其他節能措施之探討 空調系統 / 排氣系統與製程用水系統使用變頻控制 無塵室 FFU 風速降低及正壓調整 調整無塵室溫濕度設定值 無塵室溫濕度設定值為 23 0 C,45%( 建廠階段 ) 無塵室環境條件由 22C / 43%RH 變更至 23C / 45%RH, 則 MAU 冰水盤管出口狀態可由 9.3C / 97%RH 升至 10.9C / 97%RH, 可降低外氣除濕量 0.8g/kg- 外氣量, 節省除濕所需之耗能 採用熱回收冰水主機與熱回收空壓機之熱水供外氣空調箱加熱盤管使用 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 52/110

27 其他節能措施之探討 PCW 開放系統改成密閉系統, 降低冷卻水的流量, 加大冷卻水的溫度差 排氣靜壓調整 設備在安裝時往往將排氣所需風量的安全係數加大, 造成安裝與實際運轉有很大的差距 可配合實際狀況逐步調整排氣風量 SOLVENT 熱能回收 在脫附後與燃燒爐之間加裝一座熱交換器, 來提升脫附後的溫度, 以達到節省能源的目的 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 53/110 耗能分析與檢討 外氣空調箱內多加二道熱交換盤管之節能分析如上述外氣空調箱配置圖所示, 分別在第一道冷卻除濕盤管上游處與第二道冷卻盤管下游處加裝熱交換盤管, 兩只熱交換盤管以管路連接成一迴路, 並在迴路上裝置一只循環水泵, 即可將外氣部份熱量轉移至第二道熱交換盤管作為再熱 ; 而將第一道冷卻除濕盤管出口的冷能轉移到第一道熱交換盤管作為外氣的預冷, 以期達到節能的目的 OA Pre-filter (EU3) Medium-filter (EU6) Fan HX (Pre-Cooling Coil) Air Washer Eliminator Cooling Coil Eliminator HX (Re-heating Coil) Re-heating Coil Chemical Filter Medium-filter (EU8) HEPA (EU12) Steam Humidifier Back-draft Damper Circulating Pump MA 加裝熱交換盤管 Round-around Coil 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 54/110

28 耗能分析與檢討 外氣空調箱內多加二道熱交換盤管之節能分析 單位 :NT$ 1,200,000 1,000, , , , ,000 0 節省總電費無熱交換盤管總電費有熱交換盤管總電費 月份 左圖為新竹地區半導體廠之外氣空調在有 無多加裝二道熱交換盤管時的耗能狀況 假設半導廠體有四組 100,000CMH 外氣空調箱組, 並以當地外氣溫度為基準進行模擬 電費分析比較圖可看出外氣空調箱在沒有加熱交換盤管的所需的電費, 明顯比有加裝熱交換盤管時的電費增加許多 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 55/110 耗能分析與檢討 單位 :NT$ 1,400,000 1,200,000 1,000, , , , ,000 0 外氣空調箱內多加二道熱交換盤管之節能分析 節省總電費無熱交換盤管總電費有熱交換盤管總電費 月份 左圖為台南地區半導體廠之外氣空調在有 無多加裝二道熱交換盤管時的耗能狀況 假設半導廠體有四組 100,000CMH 外氣空調箱組, 並以當地外氣溫度為基準進行模擬 電費分析比較圖可以看出台南地區半導廠外氣空調箱若加裝熱交換盤管, 其所能節省的電費都十分明顯, 尤其是在外氣溫度較高狀況下更為明顯 全年度所能節省的電費高達 300 萬元左右 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 56/110

29 進排氣規劃熱交換盤管 耗能分析與檢討 電子廠之蝕刻與清洗等過程, 必須仰賴大量排氣來維持必要之工作環境, 此排氣雖然含有酸 (Acid) 鹼 (Alkali) 或溶劑 (Solvent) 成份, 但溫濕度均低, 直接排至廢氣處理系統, 對節能之觀點來看, 是相當可惜的 ; 因此, 低溫低濕排氣之冷能, 有必要予以回收 本研究發現當外氣條件為 35 DB 29 WB 時, 利用進排氣做熱交換,MAU 之耗電量將從 701.1kW 減少為 647.9kW(62.2kW 之節能量 ), 節能率為 10% 當外氣條件為 30 DB 85%RH 時, 利用進排氣做熱交換,MAU 之耗電量將從 655.3kW 減少為 647.9kW( 7.4kW 之節能量 ), 節能率則降為 1% 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 57/110 耗能分析與檢討 雙冰水溫度系統之應用 為了移除大量之外氣水分子,MAU 通常設計兩道冷卻除濕盤管, 第一道冷卻除濕盤管之離風溫度, 通常控制在 20 左右, 以 6 甚至更低之冰水溫度來除濕, 實際上並無必要性, 採用低溫之單一冰水溫度系統, 目的只是為了簡化冰水管路而已 如果配合設計雙冰水溫度 CHU 系統, 兩道冷卻除濕盤管以不同之冰水供應, 則可以大幅減少 CHU 之耗電量 本研究針對第一道冷卻除濕盤管之溫度差異, 分析 CHU 之耗能 當 CHU 之供水溫度為 6, 系統 COP 以 3.5 計, 當 CHU 之供水溫度為 12 時, 系統 COP 則以 4.0 計 當外氣條件為 35 DB 29 WB 時, 第一道冷卻除濕盤管之加權耗電量分別為 366.8kW 320.9kW, 節能量與節能率分別為 45.8kW 8% 當外氣條件為 26 DB 75%RH 時, 第一道冷卻除濕盤管之加權耗電量分別為 98.1kW 85.8kW, 節能量與節能率分別為 12.3kW 4% 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 58/110

30 節能案例分析 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 59/110 某科技大樓節能改善與成效 某科技大樓為國家重要單位所在之建築, 且位於精華路段, 動見觀瞻 經現場勘驗後, 該建築之能源節約與室內空氣品質亟待改進, 以發揮示範與指標功能 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 60/110

31 規劃之節能改善措施 一. 空調設備與系統節約能源 水路系統變頻控制改善冷卻水塔與冷卻水系統節能改善冷能回收設備外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度控制 二. 電力系統節約能源三. 再生能源 太陽光電應用與展示四. 所有節能措施之展示系統 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 61/110 節能效益數值模擬分析 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 62/110

32 節能效益數值模擬分析 本案例亦使用建築模擬分析軟體 e-quest 分析該科技大樓建築物之耗能關係 其結果並與台電電力資料比較分析 圖示為該科技大樓建築外觀之 e-quest 模擬模型, 本建築模型尺寸乃直接由建築圖取得 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 63/110 節能效益數值模擬分析 Electrictiy Consumption (MWh) Actual Simulation 5 10 Month 本案例使用能源分析軟體模擬變流量之節能效益, 模擬結果顯示實際總用電量與模擬誤差約 5-10% 空調主機約佔總用電量 25% 通風 18% 水泵 9% 與冷卻水塔 2% 而設備及燈光約佔 23% 由此可知本大樓之空調用電約佔總耗能之 47%, 其節能改善為主要重點 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 64/110

33 水泵變水量控制節能 Electricty Consumption (kwh) Before After Energy Saving % Month Energy Saving (%) 現今該科技大樓之冰水水路之控制方法, 由恆壓控制器通過改變變速泵的轉速以調節二次泵回路的流量 其控制參數為供回水主管的壓差與各 AHU 進出口壓差之最小值 根據各 AHU 負荷的變化即時回授控制參數有節約之潛在能力 模擬結果顯示, 如圖所示, 其空調系統冷卻水泵與冰水泵如採用變頻控制, 每月平均約可節省 4173 kwh 之用電量, 約節能率約 %. 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 65/110 空調風車變頻控制 Electricty Consumption (kwh) Before After Energy Saving % Energy Saving (%) 空調系統部分負荷時段, 將風量減少可降低風機能源消耗 模擬結果顯示, 若該空調系統風車採用變頻控制, 其年總用電量約可降低約節能率約 7-16%, 每月平均約可節省 7173 kwh 之用電量 Month 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 66/110

34 冷卻塔風車變頻控制 Electricty Consumption (kwh) Before After Energy Saving % Energy Saving (%) 本部分所討論為多水塔並聯時, 變頻風扇的控制邏輯 研究比對現今之節能改善效益 模擬結果顯示, 毎月節能量約 3000 kwh 節能率約 4-47% Month 0 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 67/110 Electricty Consumption (kwh) Month 汰換冰水主機 Before After Energy Saving % Energy Saving (%) 現場量測發現, 該科技大樓之冰水主機系統性能係數 COP 約 4.0 左右, 其電力消耗量大 汰換為兩台高效率冰水主機, 可降低空調用電量 模擬結果顯示, 汰換高效率冰水主機性能係數為 5.8, 每月約可降低用電量約 kwh, 節能率約 24-30% 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 68/110

35 一 前言二 耗能盤查與診斷三 空調設備與耗能狀況四 空調系統節能技術五 節能績效量測與驗證 (M&V) 六 結語 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 69/110 五 節能績效量測與驗證 (M&V) 量測與驗證 (M&V) 概念 M&V 方法 建立 HVAC 設備 M&V 方法與規範 冰水主機 (Chillers) 風機 (Fans) 水泵 (Pumps) 冷卻水側 (Cooling Towers) 熱泵設備 (Heat Pump) 與熱水系統 多聯變頻 (VRV) 系統 空調箱 (AHU) 群組 全建築 ( 設施 ) 校正模擬方法 ( 選項 D) 能源服務 - 設備與系統效率計算與模擬 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 70/110

36 M&V 概念 M&V Measurement and Verification ESPC Energy-Saving Performance Contract 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 71/110 M&V 概念 Build Correlation Energy Use Measured Data (Old, Baseline) ECM Installation Savings Measured Data (Retrofitted) Pre-Installation Post-Installation Time (Keep Independent Variable(s) Fixed) 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 72/110

37 IPMVP International Performance Measurement and Verification Protocol Volume I - Energy Savings Concepts and Tools Defines basic M&V terminology (4 Options ) General procedures to achieve reliable and cost-effective determination of savings Applicable to energy or water efficiency projects in buildings and industrial plants Volume II - Indoor Environmental Quality Volume III - New Construction and Renewables 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 73/110 M&V 選項 Options A and B are retrofitisolation methods Options C and D are wholefacility methods The difference is where the boundary lines are drawn 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 74/110

38 建立 HVAC 設備 M&V 方法與規範 冰水主機 (Chillers) 風機 (Fans) 水泵 (Pumps) 冷卻水側 (Cooling Towers) 熱泵設備 (Heat Pump) 與熱水系統 多聯變頻 (VRV) 系統 空調箱 (AHU) 群組 全建築 ( 設施 ) 校正模擬方法 ( 選項 D) 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 75/110 六 結 語 本課程希望提供使用者與能源管理者, 能率先自發性地推動約能源改善措施, 達到自訂年度降低能源使用量之目標 並借此加強節約能源教育宣導, 落實節約能源共識, 共同努力, 達到以下政府之節能目標 : 未來 8 年 ( 自 2008 年起 ) 每年提高能源效率 2% 以上, 使能源密集度於 2015 年較 2005 年下降 20% 以上 藉由技術突破及配套措施,2025 年較 2005 年下降 50% 以上 減碳目標 : 全國二氧化碳排放減量, 於 2020 年回到 2005 年排放量, 於 2025 年回到 2000 年排放量 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 76/110

39 -END- 敬請指教 柯明村 (02) ~3509 國立臺北科技大學能源與冷凍空調工程系柯明村 P. 77/110

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