/ 洪國書撰 第九屆海峽兩岸冷凍空調學術 曁技術交流會紀要 摘要 海峽兩岸冷凍空調研討會發表論文 48 篇, 包括家用 商用和工業用空調系統的優化和節能設計, 設備研發, 冷媒替代等內容, 呈現了近幾年兩岸在冷凍空調設備開發, 系統優化等方面研究成果和技術水準, 可作為國內相關業者與研究之參考 一 前言 第九屆海峽兩岸冷凍空調技術交流會在大陸杭州召開, 本屆交流會論文集收錄論文 48 篇, 包含家用 商用和工業用冷凍空調系統的設計優化和節能探討 設備研發 冷媒替代等內容, 呈現近幾年兩岸在冷凍空調設備開發 系統優化 節能等方面研究成果和技術水準 本次研討會由當地主辦單位安排參觀空調製造業, 及地方政府建築與大型儲冰之應用, 可見近幾年來當地空調業發展情形, 並了解對岸空調市場需求 經由研討會, 與大陸空調界業者 客戶 學術教授及研究專家等相關與會人士直接交換意見與心得, 藉此與相關技術人士建立溝通管道, 可掌握關鍵技術發展情形, 並收集各技術研究及產品相關資料, 可作為國內相關業者與研究之參考 二 參觀行程 A. 盾安中央空調公司 此公司冷凍空調相關產品眾多, 且其商業化機種已應用於各大都市與產業, 以冷凍用冰水機為例, 包括乾式螺桿式冰水機 滿液式螺桿式冰水機 熱回收型螺桿式冰水機及水 ( 地 ) 源熱泵機等, 其中氣冷渦卷式冰水 ( 熱泵 ) 機組 ( 如圖 1 所示 ), 根據所需能力容量自由組合, 適用範圍廣, 且易於拓展, 範圍自 51 kw 至 1820 kw 熱泵機取消單向閥設計, 採用特有雙向膨脹閥節流技術, 使得系統流程大為簡化, 既降低了系統阻力, 既可提高性能又可降低洩漏的可能性, 讓系統運轉更加穩定且可靠, 可供國內相關設計之參考 10 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期
外, 其專有中間脹接技術配合高效外螺紋管 ( 用於冷凝器 ) 安全可靠, 高效節能且維護更方便 供熱時無鍋爐房的排煙污染, 供冷時無冷卻塔噪音和黴菌污染, 也不存在小區的熱島效應等問題, 是典型的綠色環保產品 圖 1. 氣冷渦卷式冰水 ( 熱泵 ) 機組 另一種國內少見的系統為水 ( 地 ) 源熱泵機如圖 2 所示, 因地下水一年四季不僅水溫穩定, 而且熱容量大, 傳熱性能好, 因此系統運轉穩定, 不受季節溫度變化影響 根據使用壓縮機不同分為兩種, 分別為螺桿型水源熱泵機和渦卷型水源熱泵機組, 該主機是利用地下水 河水 湖水等資源, 借助壓縮機系統, 通過消耗部分電能, 冬季把水中的低品位能量取出來, 供給室內取暖或空調 ; 夏季, 把室內的熱量取出來, 釋放到水中, 達到空調的目的 它不受環境和氣候的影響因此運轉性能穩定, 沒有氣冷式熱泵機的除霜以及小區的熱島效應等問題 水源熱泵機能為賓館 醫院 藥廠 影劇院 體育館 娛樂中心 商業大廈等場所的中央空調系統夏季提供冰水 冬季提供熱水, 一套系統可以替換原有的鍋爐加空調的兩套系統 其蒸發器採該公司專利之均分型乾式蒸發器, 熱交換器採用獨特的設計, 使系統運轉時進入熱交換器的冷媒能均勻的分配到每一迴路中而得到充分利用, 因此熱交換效率高, 回油可靠 此 圖 2. 滿液式水 ( 地 ) 緣熱泵機組 B. 浙江之錢江新城新行政中心空調設備浙江之錢江新城市民廣場錢江新城位於杭州地理幾何中心和交通中心, 緊依錢塘江北岸, 今後將是杭州的中央商務區, 亦為杭州城市的政治 經濟 文化新中心, 重點發展金融 會展 商貿 文化 旅遊等服務業 其中最具代表建築莫過於 日月同輝 如圖 3 所示 - 太陽造型的國際會議中心和月亮造型的杭州大劇院, 在錢塘江邊相映成趣, 成為杭州的新地標 其中一建築之空調規劃搭配大型儲冰設備, 其設計製造主要由上述之盾安公司負責 圖 3. 浙江之錢江新城新行政中心 ( 照片取自 :blog.zjol.com.cn) 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期 11
三. 研討會論文摘要 本次研討會在大陸浙江大學玉泉校區的邵逸夫科學館舉行, 來自台灣和大陸各地研究專家學者共 120 餘人出席此次技術交流會 會議前後兩天分六個時段進行技術交流, 共有 24 個專項技術報告, 其中 11 項內容的主講者來自台灣 研究領域及應用範圍廣泛, 專題報告包括 : 冷媒替代技術與展望 節能就是綠色能源 - 從空調談起 風冷單元式空氣調節機能效評價指標的研究 台灣地區地方政府機關建築物能源使用效率分析 - 數據包絡分析法之應用 科技回歸自然的蒸發冷卻空調可再生能源技術 真空泵浦及冷凍系統之海水淡化裝置研究 線性矩陣不等式應用於變頻冷氣機溫度控制的研究 製冷空調裝置的計算機仿真與優化技術 熱泵熱水機的工程應用 螺桿是低溫製冷機組的節能技術 R290 作為家用空調製冷劑的研究 冷媒替代技術研究與展望 係能指針回歸模式準確性對離心式冰水機故障偵測與診斷策略影響之研究 高效率 R-410A 氣冷式冰水機系統技術 熱泵與蓄冷技術新思路 冰蓄冷技術應用新發展 冷樑送風系統應用於濕熱氣候環境之空 氣分佈性能與節能效益研究 綠色建築設計與實踐 地埋管地緣熱泵在含水分中土壤中的傳熱能力研究 從熱舒適觀點檢視學校教室外殼性能適應性的實驗研究 以飽和溫升法降低工業空調補氣再熱裝置耗能 變風量設計對病人呼吸及咳嗽之污染物排除及熱舒適影響研究 以植栽方式淨化室內空氣質量之研究 全面提高 HVAC 系统能效智能控制技術 中央空调系统在工程實際中的綜合應用 其論文與專題演講擇要簡述如下 : 題目 : 以立體植栽方式淨化室內空氣品質之研究 發表者 : 許守平 駱文傑 余嘉閔 張弘昇 種植室內植物可減低引入外氣所造成空調系統的熱負荷, 本文藉由計算流體力學軟體 CFD 來模擬植物排除人體呼出之 CO 2 的能力 此模擬先將植物盆栽假設為立方體, 將其置於植栽箱內立體式層架以前後及左右交錯排列之方式, 探討其氣流與 CO 2 的排除能力, 並將立方體改為多孔性介質區域後再加以比較 並比較各植物對 CO 2 與 VOCs 之移除速率如圖 4 所示, 並選擇白鶴芋作各種實驗驗證 12 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期
發表者 : 李宗興 凌士剛 圖 4. 各種植物對 C O2 與 VOCs 移除速率 在不引入外氣, 不增加空調熱負荷的情況下, 種植植物能減少室內之 CO 2 濃度 其實驗與模擬結果顯示改變設計之模型幾何, 使氣流流過植物葉面的距離越長, 與植物進行氣體交換的效果越佳 如果能引導植栽箱內的氣流流過葉面邊界對 CO 2 稀釋之效果有所改善 將立方體改為多孔性介質區域後, 得以觀察氣流流過植栽時的氣流變化, 且能依照指物種類的不同改變其葉面的 CO 2 濃度及孔隙率 在駱教授演講中提及另一有趣且顛覆一般人想法的議題 - 其研究採用某種植物, 晚上可行呼吸作用 ( 吸收二氧化碳, 放出氧氣 ), 若能成功栽種於一般住宅, 必然是一大福音 題目 : 性能指標迴歸模式準確性對離心式冰水機故障偵測與診斷策略影響之研究 本文在探討離心式冰水機故障偵測與診斷 (FDD) 策略中, 性能指標迴歸模式的預測準確性對於故障偵測率與故障診斷率之影響, 藉以找出發展離心式冰水機 FDD 策略之最適用的性能指標迴歸模式 實驗模式之驗證使用 ASHRAE RP-1043 90RT R-134 水冷離心式冰水機之實測數據, 包含離心式冰水機運轉過程中最常見之漸變故障數據 : 冷卻水流量減少 冰水流量減少 冷媒洩漏 冷媒充填過多 冷凝器結垢 系統中有不凝結氣體 和冷凍油充填過多等 並依故障的嚴重程度, 區分為四個故障等級, 詳細介紹如表 1 所示 針對十一種性能指標以全部數據圖解來分析五種迴歸模式之 CVRMSE, 本文所使用的五種性能指標迴歸模式, 僅 MP 及 FEMP Model 對於十一種性能指標之平均 CVRMSE 值皆在 5% 標準內, 而 SMP Model 除了及兩種性能指標外, 其他九種性能指標皆在可以接受的範圍內 至於 SL 及 BQ Model 則有一半以上的性能指標在可被接受的範圍之外 表 1. 故障模擬實驗數據 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期 13
研究結果發現 : 預測準確性較高之 性能指標迴歸模式, 其對故障之偵測與診斷率亦較佳 ; 複變數多項式迴歸模式 (MP Model), 較適用於做為發展離心式冰水機 FDD 策略之性能指標迴歸模式 個人認為, 本文提供之方法不僅可作為離心式冰水機故障偵測之重要參考, 稍加修改參數則可延伸應用至螺桿式冰水機或其他常見之系統, 作為各類冰水機故障偵測之重要參考, 使其應用更加廣泛 題目 : 冷樑送風系統應用於濕熱氣候環境之空氣分佈性能與節能效益研究 發表者 : 李志鵬 4. 室內污染源產生較多之場所例如 : 實驗室 對地處熱帶及亞熱帶氣候國家, 外氣及滲入風若能妥善處理, 冷樑送風系統應可適用於高溫且潮濕環境 前述案例簡介顯示冷樑系統之應用已獲得各國重視與回響, 過去可變風量系統流行約 30 年, 相信未來 30 年以冷樑送風系統優異的特性應具有起而代之的趨勢 本文除了探討冷樑送風系統空氣分佈性能與節能效益之外, 對解決產生冷凝之風險及上午上班前預冷操作運轉策略如何擬定等問題, 提出有效且安全可靠之對策作一說明 冷樑空調送風系統, 在歐美及澳洲等先進國家定位為新世代之綠空調建材產品, 符合世界潮流及推動產業節能減碳之發展趨勢, 有助於申請綠建築節能標章或美國綠建築學會評鑑加分 冷樑空調送風系統, 因其顯著的運轉節能效益 頗具經濟效益的投資回收年與提供舒適健康的室內空氣品質與靜音環境, 最能符合永續建築及達成節能減碳的環保目標, 非常值得海峽兩岸冷凍空調業界大力推廣應用 冷樑送風系統適用與否應考量因素如下 : 1. 外牆結構設計應避免因氣密不良造成濕熱外氣滲入與冷卻樑板接觸產生冷凝現象 2. 室內潛熱負荷比較大之場所例如 : 餐廳 健身房 游泳池等恐有冷凝風險 3. 較高換氣率需求之場所例如 : 各等級工業潔淨室或生物潔淨室 題目 : 冷媒填充量對二氧化碳熱泵系統性能影響之研究 發表者 : 陳加偉 郭誠恕 趙令裕 胡耀祖 楊建裕 世界各國在冷凍空調節能的研究中, 熱泵系統已儼然成為發展目標, 其中又以二氧化碳熱泵系統為主, 因二氧化碳冷媒具有零臭氧層破壞指數, 低全球暖化指數, 且無回收問題, 其良好的安全性和化學穩定性, 加上不可燃 無毒 優良的流動和傳熱特性, 可大幅縮小壓縮機與系統的尺寸等優勢, 故成為熱泵系統發展主流 本文已完成熱泵系統在不同二氧化碳冷媒填充量 720g 及 880g 的條件下的實驗測試, 整體二氧化碳熱泵測試系統架設與管路配置如圖 5 所示分為 :1. 二氧化碳熱泵系統本體,2. 水循環系統,3. 資料擷取系統, 以及 4. 氣體冷卻器 14 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期
題目 : 螺桿式低溫製冷機組的節能技術 發表者 : 李軍 圖 5. 二氧化碳熱泵測試系統圖 表 2. 熱泵系統實驗結果 螺桿式壓縮機近年來被廣泛應用於各個工業領域, 特別是冷庫 速凍 乳品 化工 製藥等領域, 大量需要蒸發溫度在 -30 以下的螺桿冷凍機 本文介紹了螺桿式低溫冷凍機組中壓縮機和機組的節能技術, 包括雙機雙級螺桿式冷凍機組的主要特點, 與普通雙級散系統的對比, 及與單機雙級機組的對比 ( 如圖 6 所示 ) (a) (b) 圖 6. (a) 單機雙級與 (b) 雙機雙級壓縮機 其結論如下 : 研究結果顯示如表 2 所示, 熱泵系統性能係數隨著系統壓縮機吐出壓力的增加而呈現先增後減的變化趨勢 亦即在不同操作條件下, 熱泵系統有其最佳壓縮機吐出壓力, 以達到熱泵系統較佳性能狀態 在本實驗測試中, 在不同氣體冷卻器的入口水溫下, 二氧化碳冷媒填充量為 720g 的熱泵系統具有較佳的性能狀態 這一系列的實驗測試將有利於掌握二氧化碳熱泵系統設計關鍵技術 (1) 從節能角度考慮, 用於低溫系統的螺桿壓縮機應具備壓差供油 內容積比可調兩種功能 (2) 當蒸發溫度低於 -25 時, 單級壓縮的螺桿機內容積比調節意義不大, 可將內容積比固定在 5.0 (3) 雙級壓縮系統中, 每種工況下都有一個 COP 值最佳的容積比 (4) 低壓級帶經濟器能大大提高雙級壓縮的 COP 值 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期 15
(5) 雙機雙級機組解決了雙級壓縮散系統設備數量多, 系統複雜, 不易操作等缺點 (6) 雙機雙級機組解決了單機雙級機組性能不佳, 適用範圍較窄等缺點 題目 :R290 做為家用空調冷媒的研究發表者 : 張守信丙烷 R-29 是一種環保高效冷媒, 本文通過與 R22 熱力學性質的對比, 分析用 R290 替代 R22 的可行性, 並對 R290 冷媒用於家用空調的性能進行實驗, 經改進達到安全的灌注量要求與較高的能效水平, 並節省空調材料成本 本研究因平行流微通道換熱器結霜排水問題還有待解決, 因此實驗中只進行了冷凍實驗, 冰水機效能與冷媒灌注量關係數據曲線如圖 7 所示, 能源效率 (EER) 隨著灌注量而呈現接近線性之提升 提高壓縮機的工作效率 家用空調可能達到的冷媒溫度為 -20 到 70 間, 在相同溫度下,R290 的汽化潛熱是 R22 的 1.8 倍以上 R290 的氣態動力粘滯係數和飽和液態動力粘滯係數都比 R22 的小 粘滯係數小一方面可以減少流體與管壁以及流體內部的摩擦損失, 另一方面也可以減少傳熱時的附面層厚度, 從而增大傳熱係數 綜合比較,R22 系統直接灌注 R290, 灌注量僅需原來的 42.4%, 能力下降約 13.9%, 能效略有提高,R290 替代 R22 在性能上是可行的 R290 冷凍劑是一種環保高效冷凍劑, 可以在家用空調器上使用並達到較高能效 通過減小換熱器管徑 採用微通道換熱器等措施, 可在達到高能效的前提下, 即節省材料成本又減少冷凍劑灌注量 雖然 R290 是可燃的, 但經過減少灌注量並採取適當安全措施後是可以實現安全生產使用的 但減少灌注量後, 由於冷凍劑質量流量的不足,R290 的空調器制熱面臨很大的問題, 還需探索提高 圖 7. R290 冰水機效能與冷媒灌注量關係圖 R290 替代 R22 的可行性分析在 20 以下的低溫區段,R290 與 R22 的飽和蒸汽壓力線接近重合, 在 30 度以上 R290 的壓力與 R22 的壓力差逐漸增加,R290 較 R22 壓力略低, 這樣的特點可以保證 R290 在不影響壓縮機進氣量工作的前提下有效地降低壓縮比, 題目 : 冷凍空調裝置的計算機模擬與優化技術發表者 : 丁國良冷凍空調產量與社會飽和量大, 需要優化設計來節能與節材, 本文作者從事冷凍空調裝置模擬與優化研究已 22 年, 已發展完成的模擬技術包括 : 基於理論和遺傳演算法的之鰭管式熱交換器模擬與優化 16 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期
冷凍空調裝置的模擬 基於模型的智能模擬 冷凍系統模擬用的冷媒物性計算方法 噪聲模擬以上系統模擬技術包括各主要元件幾何與性能計算, 及各元件構成的系統循環, 包括 :(1) 壓縮機計算,(2) 毛細管計算,(3) 冷凝器計算,(4) 蒸發器計算, (5) 系統仿真計算,(6) 元件間模型管理 其系統操作介面如圖 8 所示 作者認為對於包括多個元件的冷凍系統, 在系統模擬中所用的元件模型, 應當比單獨元件模擬用模型簡單, 這樣才能保證計算的速度與穩定性 冷凍系統的噪聲模擬, 目前基本上還限於氣動噪聲, 這方面的技術還不成熟 在冷媒物性計算時, 採用隱式擬合顯式計算的方法, 相比於採用狀態方程方法, 可以有效地提高模擬的速度與穩定性 圖 8. 系統模擬操作介面 結語 第九屆海峽兩岸冷凍空調學術曁技術交流會安排參觀大陸杭州當地重大工程, 除反應其空調需求龐大, 其已發展硬體更展現近年來積極發展冷凍空調產業已有相當規模, 尤其參觀之大型儲冰設備及各式冰水機相關設備琳瑯滿目, 其產業亦十分受大陸官方重視, 故重大空調工程均可見以其自產為優先選擇, 進而與國際接軌, 可發現其積極進軍國際市場的企圖心 此外, 本次論文收錄 48 篇專業論文, 及精彩的專題演說報告, 內容涵蓋節能技術 系統優化與環保冷媒等重要議題, 資料屬近年兩岸最新技術文件, 據高學術研究及工業應用的價值, 可供空調系統或元件開發設計之有力參考 參考文獻 [1] 第九屆海峽兩岸冷凍空調學術曁技術交流會論文集, 大陸杭州,2009 冷凍空調 & 熱交換 \99.1\ 第 94 期 17