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1 台灣綠色生產力基金會小型空調及熱水系統節能設計規劃介紹大弘冷凍空調工業技師事務所技師鄭正仁中華民國 104 年 05 月 07 日 1

2 報告內容 : 一. 小型空調系統節能設計規劃與應用 1) 人員舒適與空調功能 2) 小型空調機之型式 3) 小型空調系統之節能設計二. 熱水系統節能設計規劃與應用 1) 小型熱水系統之型式 2) 各種加熱設備之能源效率與燃料費比較 3) 熱泵技術與應用 2

3 1-1. 人體的舒適的定義 : 一. 人體散發的熱量完全被環境所吸收, 處於人體與環境保持熱平衡的狀況, 稱為一舒適的環境二. 人體散發的熱量 : 1) 人體內有一複雜的調節系統, 不管環境條件如何變化, 身體內部溫度始終保持在 98.6F (36.9C) 2) 人體藉由皮膚的散發顯熱, 及藉由呼吸及流汗的散發潛熱, 維持體溫 3) 人體產生和散發的熱量與活動量年齡身體大小和性別有關三. 環境條件的控制 : 1) 空調系統提供足夠冷卻與除溼能力之系統, 用以維持合宜之室內環境 2) 主要項目為乾球溫度相對濕度空氣之流速 3

4 1-2. 身體與環境保持熱平衡 ( 人體舒適 ) 之影響因子 : 1. 影響人體熱平衡的環境因子包括 : 1. 周圍空氣的乾球溫度 2. 周圍空氣的相對溼度空調系統的功能 3. 周圍空氣的相對速度 2. 影響人體熱平衡的個人變數因子包括 : 1. 活動量 (met) 2. 衣著量 (clo) 4

5 環境因子乾球溫度 1) 溫度, 溫度是最容易測量的, 有時稱為空氣溫度或乾球溫度 2) 溫度會影響血液循環所帶到皮膚表面的散熱量, 夏天室內溫度在 21 C~28 C (70 F~83 F) 區間內, 人員是舒適的 3) 藉由空調機之顯熱冷卻功能, 控制室內乾球溫度 5

6 環境因子相對濕度 1) 濕度, 在壓力和乾球溫度已知下, 可以利用濕空氣學上所定義的項目來描述包含直接量測的濕球溫度及間接算得的相對濕度 2) 相對濕度會影響藉由皮膚表面之質傳和熱傳的散熱, 例如皮膚流汗下, 夏天室內相對濕溫度在 30%~65% 區間內, 人員是舒適的 3) 藉由空調機之除溼功能, 控制室內相對濕度 6

7 環境因子 -- 氣流的流動速度 1) 空氣的流動速度, 可以直接測量得到, 也可藉由流體力學的原理預測而得 2) 空氣的流動會影響人體皮膚表面空氣模之熱阻, 流速愈快熱阻愈小, 散熱與發汗愈容易, 室內氣流的速度在 0.075~0.125 M/s(15~25 fpm ) 區間內, 人員是舒適的 3) 同時運轉空調與電風扇, 增加空氣循環流速建議可用範圍轉載自 ASHRAE Standard

8 個人變數因子 -- 衣著量 1) 衣服通常被視為包住整個身體的均勻隔熱層 2) 衣服的隔熱效果單位為 clo: 1clo=0.880(F-ft 2 hr)/btu 0.155(m 2 -C)/W 3) 厚的兩件式辦公套裝加外套的隔熱值為 1.0clo, 而一套短袖的襯衫的隔熱值為 0.5 4) 衣著量會影響人員可感受舒適之溫度 8

9 衣著量對應可接受室內溫度的上限值 23.0 C 26.0 C 9

10 個人變數因子 -- 活動量 ( 新陳代謝率 ) 1) 人體經由新陳代謝所產生的能量, 隨著活動量的不同而有明顯的變化 2) 每單位人體表面積新陳代謝之速率單位為 met, 該單位是以靜止 ( 靜靜地坐著 ) 人員的新陳代謝為標準 3) 1met=18.4Btu/(hr-ft2 )=58.2W/m2 4) 一位成年人之有效熱傳表面積平均為 19.6 ft2, 當安靜坐著時, 散發的熱量約為 400 Btu/hr(1.2met) 身體發熱量 =400 Btu/hr(1.2met) 身體發熱量 =1000 Btu/hr(2.6met) 10

11 人員活動量對應可接受室內溫度的上限值 27.0 C 24.5 C 22.0 C 25.5 C 27.0 C 24.5 C 22.0 C 辦公快走 1.2 met 11

12 1-6. 人體舒適圖表 - 影響因子之相互關係 : 3. 空氣流速夏季舒適滿意度 2. 相對濕度冬季舒適滿意度 1. 乾球溫度 12

13 1-7. 空調之功能 : 空調系統之功能營造人員感覺舒適之空間 : 1) 調節空間之溫度 2) 調節空間之相對濕度 ( 或濕度比 ) 3) 空氣之適宜流動與均勻分布 4) 空氣之過濾與稀釋 5) 防治噪音 13

14 2-1. 小型空調機 - 冷凍循環系統散熱出風冷卻水進水冷卻水回水散熱進風冷氣回風冰水出水冰水回水冷氣出風 14

15 2-2. 不同型式空調機之熱傳遞方式 : 分離式 VRV 系統水冷式小型冰水系統氣冷式小型冰水系統水冷式箱型機 15

16 2-3. 熱傳迴圈說明 : 1) 室內迴圈 - 最左側 : 室內循環空氣, 藉由送風風機驅動經過冷卻除濕盤管, 冷卻除濕後之空氣冷卻室內空間 2) 冰水迴圈 : 將經過冷卻除濕盤管之冰水回水, 由冰水泵驅動進入冰水機之蒸發器再次冷卻 3) 冷媒迴圈 : 使用相變之冷媒, 由冰水機之壓縮機將冰水回水的熱傳至冷卻水 4) 冷卻水迴圈 : 冰水機之冷凝器吸收冰卻水熱量後, 由冷卻水泵驅動將冷卻水送至冷卻水塔再次冷卻 5) 冷卻水塔迴圈 : 冷卻水塔之風扇驅動空氣與開放之溫熱冷卻水交錯, 同時將冷卻水之熱傳至大氣中 16

17 2-4. 各型空調機之熱傳迴圈 : 小型空調機 17

18 分離式冷氣機氣冷式箱型機之系統圖 : 分離式冷氣機氣冷式箱型機 18

19 小型氣冷式冰水機之系統圖 : 小型氣冷式冰水機 19

20 小型水冷式冰水機之系統圖 : 小型水冷式冰水機 20

21 氣冷式箱型冷氣機之組件 : 室內機室外機 21

22 水冷式箱型冷氣機之組件 : 室內機冷卻水塔及水泵 22

23 可變冷媒量冷氣機之系統圖 : Second Branch Piping First Branch Piping Second Branch Piping Main Piping VRV 可變冷媒量冷氣機 23

24 3-1. 空調節能設計 - 使用能源效率高之設備 : 24

25 空調機之能源效率分級 : 1) 中小型空調機的性能效率指標 EER (COP) 定義為 : 能源效率比 = 冷房能力 / 消耗電力 2) 冷房能力是冷氣機運轉一小時, 可從室內移走的最大熱量, 單位為 kcal/hour 或 BTU/hour 或 W( 瓦 ) 3) 消耗電力是冷氣機額定運轉時所需的電力, 單位為 W( 瓦 ) 或 kw( 千瓦 ) 4) 單機之冷房能力及耗電資訊可由設備型錄或銘牌得知 5) EER 的標示, 可以由能源效率分級標示圖和能源效率分級基準表來比較摘錄自綠基會連鎖企業節能技術手冊 25

26 小型空調機之能源效率標示 : COP= 2.97 摘錄自綠基會連鎖企業節能技術手冊 26

27 kW 以下空調機之能源效率分級 : 27

28 kW 以下空調機之能源效率分級 : 28

29 3-2. 空調節能設計 - 使用變頻空調機 : 變頻式空調與非變頻空調的差異 : 1) 變頻式空調系統 : 可改變壓縮機馬達輸入頻率即可改變馬達轉速即可控制冷媒通過室內機製冷盤管的冷媒流率即可控制空調機之輸出能量 2) 非變頻式空調系統 : 無法改變壓縮機馬達輸入頻率空調機之輸出能量是固定的 29

3-2-1. 變頻空調機能量控制 : 製冷能力 (kcal/h) 壓縮機轉速 (R.P.

30 變頻空調機能量控制 : 製冷能力 (kcal/h) 壓縮機轉速 (R.P.M) H 定頻運轉點 M 變頻運轉線 L L 標準 H 冷媒流速 (M / S) 30

31 變頻空調機能量控制 : 1) 能改變室內機製冷能力, 並配合精密溫度感測及冷媒流率控制, 可達到 ±0.5 C 近似恆溫的空調要求 2) 可隨室內熱源負荷增減, 做適當製冷能力的調整 ( 近似恆溫 ), 可減少能源的浪費, 是一個舒適節能的空調系統 31

32 室內溫度一. 小型空調系統節能設計規劃與應用變頻空調機溫度控制 : O C 一般空調機變頻式空調機運轉時間 Min 32

33 變頻空調機之節能量 : 電力輸入規格 220V-60HZ 壓縮機轉速昇高頻率 (max:110hz) 降低頻率 (min:29hz) 變頻空調機高速轉動低速轉動產生較低能力產生較高能力減少因定速運轉所造成之電力浪費 33

34 3-3. 空調節能設計 - 使用全熱交換器 : 1) 足量新鮮空氣引入, 與適量汙濁空氣排出, 確保健康之室內環境 2) 高溫高濕的外氣, 會大量增加空調負荷, 排出熱性質很好之汙濁空氣, 也是能源損失 3) 兩全其美 - 使用全熱交換器 4) 使用全熱交換器應注意之重點 : (1). 質量守恆 (2). 引入 / 排出之間建立一能量交換之管道 34

35 空調為何要新鮮空氣? 考量人類生存之生理需求, 為提共一舒適的室內環境,( 室內空氣品質管理法 ) 我們需要... 空調系統 + 通風系統 Air-conditioner + Ventilation System A well designed system 35

36 新鮮空氣對空調的影響 : 1) 足量新鮮空氣確保室內微正壓 : 室內保持微正壓, 外氣不易滲入, 不會有不適感及出風口水滴凝結之問題 2) 新鮮空氣, 會增加空調負荷 : 高溫高濕的外氣, 會大量增加空調負荷 3) 新鮮空氣直接引入, 會有不適感及溫濕度之波動 : 新鮮空氣引入前需預先預冷處理 36

37 全熱交換器之原理與功能 : 外氣引入排風排出新鮮外氣室內排氣外氣引入室外排風排出室內排氣室內新鮮外氣 1) 室內之排出空氣與室外新鮮進氣, 經由交換輪內的顯熱與潛熱交換 2) 全熱交換器回收室內的顯熱與潛熱, 以達到節能的目的 3) 夏季時可將進氣預冷及除濕 4) 冬季時可將進氣預熱與加濕 5) 能源回收能力可以達到 75% 以上, 降低空調設備之規模及耗電量 37

38 全熱交換器之節能潛力 : i o i s O.A ADP S.A R.A M.A i o i s = 4.43 i 2 i1 節能 38

39 3-4. 空調節能設計 - 正確地選用室內空調機 : 冷卻及除濕 Cooling & Dehumidification 混氣 Mixing 室內調節 Air Condition 一般空調室內冷房之處理程序 39

40 室內負荷的性質 - 來源及屬性 : 40

41 室內負荷的性質 - 不同屬性負荷之比例 : 水氣負荷 ( 潛熱 ) 溫差負荷 ( 顯熱 ) 41

42 空調機的能力 - 處理建物室內及外氣負荷量 : 42

43 空調機的能力 - 不同屬性能力之比例 : i 1 i 3 除水氣能力 ( 潛熱 ) i 2 降溫能力 ( 顯熱 ) 43

44 空調機之能力 - 不同之設備顯熱比 : 固定的進風進水條件 4R-8F GSHF= R-8F GSHF=

45 正確的室內空調機選用 : 1) 選用適合室內負荷性質之空調機 : 工廠類 ( 電力耗能高人員密度少外氣少無水汽產生 ) RSHF 高 ( 0.95) 餐廳類 ( 電力耗能低人員密度高外氣多大量水汽產生 ) RSHF 低 ( 0.75) 2) 影響空調機性能之變數 : 冰水溫度低 ( 冷媒蒸發溫度低 ) 管排數多 GSHF 低除濕能力高冰水溫度高 ( 冷媒蒸發溫度高 ) 管排數少 GSHF 高除濕能力低 3) 正確地搭配, 空調空間才有正確舒適的溫濕度 45

46 小型空調機安裝原則 : 1) 中小型門市空調多半採用分離式 ( 直膨系統 ) 冷氣機, 從一對一或一對多多聯變頻機組或氣冷水冷箱型機組合採用 2) 通常門市規模會有一套以上之小型空調, 避免設備故障時不至於造成空調系統失效之問題, 也能視氣候或來店客人多寡調整開啟數量達到省能之效益 3) 空調機在部分負載時, 尤其是低負載時, 能源效率較差, 因此建議使用變頻機種 4) 建議使用符合國家能源效率第 1 級的空調機組摘錄自綠基會連鎖企業節能技術手冊 46

47 3-5. 空調節能設計 - 設置內外遮陽, 減少輻射熱得 : 1) 太陽之輻射熱 2) Q = 面積 A (sq.ft) x K (Sun gain) x 遮蔽係數 3) 遮蔽係數 = 依不同遮蔽設施種類 (shading) 而定 47

48 3-6. 空調節能設計 - 設置空氣簾或自動門, 減少冷氣外洩 : 摘錄自綠基會連鎖企業節能技術手冊 48

49 二. 熱水系統節能設計規劃與應用小型熱水系統太陽能熱水器 : 1. 熱水加熱用 ( 易受天候影響, 一般用於輔助加熱 ) 2. 儲熱式 ( 附儲水槽 ) 3. 溫度可達 50 C 49

50 二. 熱水系統節能設計規劃與應用台灣地區年日照時數 (hr) 及日照率 (%): 1) 台灣氣候的平均日照強度高, 每平方公尺之集熱器面積約可提供每人每次淋浴約 50~80 公升之儲水量 2) 每一平方公尺集熱器一年約可節省 1,900 元瓦斯費, 一年約可供應 22,800 公升洗澡水 50

51 二. 熱水系統節能設計規劃與應用 1-2. 小型熱水系統電能熱水器 : 1. 熱水加熱用 ( 不受天候影響 ) 2. 可為儲熱式 ( 附儲水槽 ) 或即熱式 3. 溫度可達 70 C 51

52 二. 熱水系統節能設計規劃與應用 1-3. 小型熱水系統瓦斯熱水器 : 1. 熱水加熱用 ( 不受天候影響 ) 2. 需有氣源及管線 3. 安裝位置需有良好通風 4. 可為儲熱式 ( 附儲水槽 ) 或即熱式 5. 溫度可達 70 C 52

53 二. 熱水系統節能設計規劃與應用小型熱水系統熱泵熱水器 : 1. 熱水加熱用 ( 易受天候影響, 一般用於輔助加熱 ) 2. 需有穩定之取熱源 3. 可為儲熱式 ( 附儲水槽 ) 或即熱式 ( 循環水加熱 ) 4. 溫度可達 55 C 53

54 二. 熱水系統節能設計規劃與應用小型熱水系統熱泵熱水器 : 54

55 二. 熱水系統節能設計規劃與應用 2-1. 各種加熱設備之能源效率 : 55

56 二. 熱水系統節能設計規劃與應用 2-2. 各種能源之熱值及產出熱值 : 加熱設備熱值平均熱效率 COP 產出熱值電熱水器 860 仟卡 / 度 90% 774 仟卡 / 度液化瓦斯熱水器 12,000 仟卡 / 公斤 75% 9,000 仟卡 / 公斤柴油鍋爐熱水器 8,816 仟卡 / 公升 75% 6,612 仟卡 / 公升天然氣熱水器 8,942 仟卡 / 度 75% 6,707 仟卡 / 度小型熱泵熱水器 860 仟卡 / 度 260% 2,236 仟卡 / 度大型熱泵熱水器 860 仟卡 / 度 360% 3,096 仟卡 / 度 56

57 二. 熱水系統節能設計規劃與應用 2-3. 各種能源之燃料費比較 : ** 上表是以 1,000 公升冷水, 由 21 C 加熱至 58 C 成為熱水, 需熱 37,000 Kcal 為例計算能源價格摘錄自台灣石油公司及電力公司網站 57

58 二. 熱水系統節能設計規劃與應用 2-4. 各種能源之燃料費比較 : 能源價格摘錄自台灣石油公司及電力公司網站 58

59 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵技術 -1: 1) 在自然界中, 水是由高處流向低處, 熱量也是從高溫傳向低溫 2) 水泵可以藉由電能 (kw) 的驅動, 把水從低處提升到高處, 實現水由低處向高處流動之可能 3) 同樣藉由電能 (kw) 的驅動, 熱泵可以把熱量從低溫處 ( 溫度較低的環境或物體 ) 傳遞到高溫處 ( 溫度較高的環境或物體 ) 59

60 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵技術 -2: 4) 熱泵是依壓縮機的熱力循環, 把熱能從一個低溫處 ( 冷房或低溫水 ) 移到另一個高溫處 ( 大氣或高溫水 ), 這個移動熱能的作用需要藉由電能 (kw) 的驅動 5) 熱泵依能量不滅原理, 自高溫處排出的熱量 (QC), 等於輸入的電能 (kw) 加上從低溫處吸取的熱量 (QE), 即 QC=QE+kW 6) 熱泵與冷氣機之工作原理相同, 都是按照逆卡諾循環工作的, 不同的是工作溫度範圍不一樣 7) 取其製冷功能 < 製造冷氣或冰水 > 稱為冷氣機或冰水機, 取其製熱功能 < 製造暖氣或熱水 > 稱為暖氣機或熱水機 60

61 二. 熱水系統節能設計規劃與應用冷氣機之冷媒循環迴路 : 冷氣回風或冰水回水輸入電能 kw 從低溫處吸取熱量 QE 蒸發器壓縮機冷凝器排出熱量 QC 到高溫處 ( 大氣或冷卻水塔 ) 冷氣出風或冰水出水冷媒控制器 ( 膨脹閥 ) 61

62 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵之冷媒循環迴路 : 輸入電能 kw 暖氣出風或熱水出水從低溫處吸取熱量 QE ( 大氣或廢熱源 ) 蒸發器壓縮機冷凝器排出熱量 QC 到高溫處冷媒控制器 ( 膨脹閥 ) 暖氣回風或原水進水 62

63 pressure pressure 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵與冷氣機之不同工作溫度 : 1. 冷氣機之蒸發冷凝溫度接近定值 2. 熱泵之蒸發冷凝溫度依實際需求 condenser condenser expansion device 40.0 C 2.2 C evaporator compressor expansion device evaporator compressor enthalpy enthalpy 63

64 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵之分類 - 依取熱源分類 : 1) 空氣源 -- 從空氣取熱型 : 從大氣直接冷房取熱 2) 水源 -- 從水取熱型 (1). 從空調系統之冷卻水 ( 冰水機廢熱 ) (2). 從製程流程之廢熱水 ( 無塵室殺菌爐溫泉廢水泳池廢水.) (3). 從空調系統之冰水 ( 間接冷房取熱 ) 3) 地熱源 -- 從地下水地底泥土層取熱 4) 太陽輻射源 -- 從太陽輻射源與大氣取熱 < 雙熱源型 > 64

65 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵之分類 - 依使用功能分類 : 1) 氣對水型 -- 從空氣取熱對水加熱 : (1). 熱泵熱水機 -- 從大氣取熱, 對熱水箱加熱 (2). 熱泵熱水機 -- 從變電室機械室取熱, 對熱水箱加熱 3) 水對水型 -- 從水取熱對水加熱 : (1). 熱泵熱水機 -- 從廢水取熱, 對熱水箱加熱 (2). 熱回收冰水機 -- 產製冰水時, 取自冰水降溫之廢熱, 對熱水箱預熱或加熱 65

66 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵系統之運轉特性 : 1) 熱泵熱水機之加熱, 是採長時間運轉儲存, 因此, 必須裝置足夠水量之儲槽, 與一般燃料鍋爐之即熱式加熱方法不同 2) 熱泵熱水機可與一般或原有加熱設備並用, 可作預熱或加熱用途 3) 如儲槽之儲水量夠大, 熱泵熱水機之加熱時間, 可以控制在離峰時段, 使用離峰電力 4) 水對水熱泵可同時間供應熱水及冰水, 但是熱水及冰水之負荷必須同時存在且平衡 66

67 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵系統與既有熱水設施串接 : ( 出水 ) HWS 職業訓練 HWR ( 回水 ) 心 ( 自來水 ) CW 空調供冷氣對水熱泵主機既有熱水設施空氣中熱源水質處理器新設儲熱水槽 2 熱水循環泵 67

68 二. 熱水系統節能設計規劃與應用熱泵系統與太陽能及既有熱水設施串接 : 68

69 二. 熱水系統節能設計規劃與應用 3-5. 熱泵系統之特點 : 1) 環保 : 熱泵是一種吸取大自然中之熱能加以利用, 它不採燃燒式製熱, 因此在產生熱水之餘不會再產生二氧化碳與其他廢熱製造污染 2) 高效率 : 一般加熱設備, 柴油鍋爐瓦斯鍋爐或電熱鍋爐, 其加熱系統的性能係數一般約在 0.80 ~ 0.95 熱泵熱水器的性能係數 COP 高達 2.0~5.0, 可節能 3) 多功能 : 製熱水之同時能提供冷氣除濕 4) 安全性高 : 無燃燒無廢氣, 無爆炸之危險無瓦斯中毒無觸電之顧慮 5) 安裝操作方便 : 可利用原有系統擴充全自動控制, 操作系統之開或關即可 6) 適用性廣 : 適用於醫院旅館飯店等需用熱水之場所 69

70 二. 熱水系統節能設計規劃與應用氣對水熱泵加熱系統熱泵主機 : 70

71 二. 熱水系統節能設計規劃與應用水對水熱泵加熱系統 -- 熱水箱 : 71

72 二. 熱水系統節能設計規劃與應用水對水熱泵加熱系統 -- 熱泵主機 : 72

國立中山大學學位論文典藏.PDF

國立中山大學學位論文典藏.PDF Analysis and Experimental Investigation on Energy Consumption of a Science and Technology Museum I II III IV V VI VII VIII Abstract IX 1 2 3 4 5 . Q = m C p T Q : CP :. m : T: 6 7 8 EUI = DUI = 9 10 11