專題報導 水泵與風機節能改善專案之節 能量測與驗證(M&V)方法 柯明村 國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 副教授 近年來 由於空調系統各種節能技術的開發成熟與廣泛應用 例如變頻器的使用 高效率空調設 備的採用等 都使得其耗電量得以相對降低 對節約能源的推動有相當大的助力 而節能績效保證 專案

9 7 年 1 2 月出版 Taiwan ESCO Newsletter 發行人 / 陳輝俊總編輯 / 楊正光 編 輯 / 何岳泉 出版所 / 台灣能源技術服務產業發展協會 地 址 / 台北縣新店市寶橋路 48 號 6 樓之 3 E-mail:taesco.tw@msa.hinet.net 網 址 :www.taesco.org.tw 電話 /(02)8914-6171 傳真 /(02)8914-5324 14 專題報導 水泵與風機節能改善專案之節能量測與驗證 (M&V) 方法 ESCO 節能技術服務案例 -- 渡假飯店節能改善 ESCO 節能技術服務案例 桃園縣政府節能改善 2 5 7 會務活動報導 11 ESCO 協會個人 團體新增會員名單 12

專題報導 水泵與風機節能改善專案之節 能量測與驗證(M&V)方法 柯明村 國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 副教授 近年來 由於空調系統各種節能技術的開發成熟與廣泛應用 例如變頻器的使用 高效率空調設 備的採用等 都使得其耗電量得以相對降低 對節約能源的推動有相當大的助力 而節能績效保證 專案(ESPC)必須慎選節能改善潛力大 回收快 的技術與措施 才能確保專案的成功與獲利 因 此從節能技術與善後之量測與驗證方法的選用 都攸關ESCO的存亡 綜觀應用於ESPC之空調設備 可以大致以 耗電動件 來區分 從綠建築九大指標中之 日常 節能指標 EAC之計算中也可以看出 空調系統用電大致可分為 製冷製熱設備 熱源機器 與 傳送流體設備(transfer device) 兩種 及水泵與風車 因此 從M&V角度來看 除了先前所 建立的冰水主機與熱泵M&V標準作業程序之外 水泵與風車M&V方法的建立也是當務之急 水泵與風機節能改善績效量測與驗證方法定義為空調系統中 將既有 基準線 定速馬達控制器 汰換為變速馬達控制器 此類專案可以減低電力需量(kW)及電能使用量(kWh) 即降低耗電量 通 常在加裝變頻裝置時 水泵與風機的馬達亦被更換成高效率馬達 變頻裝置通常應用於冰水系統之 循環泵與水泵 以及空調系統之風機 再者 要有改善前的測量數據與資料的處理 才能建立出改 善前的基準線 而後再次進行改善 在手法上為讓此系統能節能為原則 例如加入控制邏輯與最佳 化程序等 改善完畢後 再進行測量與改善前基準線作耗能比較 計算得到節能量之多寡 為此改 善後的證實(驗證)是較原先節省能源之 以下為本文初步提出的有關水泵與風車M&V的方法 提供業界先進一個思考方向 以拋磚引玉 促使各界能夠提出更精闢的見解 讓水泵與風車的ESPC專案得以更客觀與順利的進行 一 收集資料與數據 改善前後收集數據資料 名牌資料 運轉時間表(馬達運轉時數) 應用之定義與所在位置 轉 速(rpm) 工作流體溫度( ) 功率(仟瓦) 流量(公升/秒 m 3/ min) 壓力(公尺 mmh 2O) 平均電費單價 包含基本電費及 流動電費 元/kWh 二 測量方法與步驟 測試儀器之精度 量測上述之運轉條件須使用到 1 電功 率計 2 流量計 3 壓力感測器 依照CNS規範下相關規範 表 1 測試儀器之精度 類別 精度 溫度計 ± 0.1 流量計 ± 2.0 % 壓力計 ± 2.0 % 電功率計 ± 0.5 % 迴轉儀 ± 2.0 %

要求測試儀器之精度如下表1 而除了精度要求還需有效 ৱ 正報告 如此才能確保所測試之數據的可靠的 測試方法 及位置將影響測試之結果 以水泵為例 壓力計 流量計 及電功率計之測試支架設位置 圖1中量測點1 2為水泵 1 4 的進出口壓差測量點 量測點3為流量計測量點 量測點 2 3 圖 1 水泵量測與驗證示意圖 4為電力分析儀測量點 三 效益及計算說明 計算改善前各項參數(A0~A5) 在水泵與風機節能改善前 連續收集1 3個月運轉資料 改善前取樣運轉資料的間隔時間 可以 為1分鐘 5分鐘或15分鐘 加以記錄 並且在紀錄期間 設法改所記錄的數據值 如較大變動範 圍的流量與水頭壓差 或是較大變動範圍的風量與全壓 最好在整個量測紀錄的運轉期間 有明顯 的變動為佳 舉例 如有閥門則調整閥門開度 一段時間後加以記錄數據 再者 藉由ASHRAE Handbook的關係式 進行基準線性能係數方程式的建立 然而為了建立出方程式必須先計算出方 程式(1)中的A0~A5係數 定義出基準線之方程式 其方程式中為雙變數對應一個耗功 若為水泵 則Q為流量(l/sec) H為工作位差(kPa) 風機則為Q為流量(m3/min) H為工作位差(mmH2O) 然 而若改善案例為定頻汰換成變頻 也可使用頻率之回歸方法 如下方程式(2)所示 另外 約定耗電 法為定頻汰換成變頻 可經由一段長時間紀錄後 得到定頻下的平均耗電量即為約定耗電量 如方 程式(3)所示 Sbefore A0 A1 u Q A2 u Q 2 A u H A u H 2 A5 u Q u H (1) Sbefore A0 A1 u F A2 u F 2 A u F A u F Sbefore kwaverage (2) () 改善後之計算 節能改善後 每季(間隔3個月)連續監測記錄1~2 Build Correlation 週的運轉數據 資料蒐集的項目與基準線相同 取 分鐘 而後 完成改善前後數據之收集 便可逐筆 計算改善前後的節能量 由此觀念可由下圖2所示 然而 若改善前為定頻 改善後為變頻時 使用改 善後數據來回歸改善前的狀態 但是改善前的定頻 機台是無法達到的 所以應特性曲線圖上該點相同 壓力下對應的最大流量 才是符合改善前機台的實 際狀態點 Energy Use 樣運轉資料的間隔時間 可以為1分鐘 5分鐘或15 Savings M easured Data (Old, Baseline) ECM Installation Pre-Installation M easured Data (Retrofitted) Post-Installation Independent V ariable(s) 圖2 改善前後的節能量示意圖

專題報導 節能效益計算 1 每季記錄一短期的運轉資料 以部分約定運轉資料的方式 計算每季之節能效益 改善後連續記錄1 2週運轉資料 計算累計的節能量Es kwh ª S before S after u t º 0 min/ hr»¼ «Es () t 記錄運轉資料的間隔時間 (min) 日平均節能量Es-dav (kwh/日) Es d Es dav (5) d 累計記錄的天數 以雙方約定每季的使用天數 乘以日平均節能量Es-dav 計算出改善後每季的節能量 Esaving-s Esaving s Es dav u D () D 約定每季的運轉天數 日/季 以雙方約定每季的使用天數 乘以日平均節能量Es-dav及平均電費單價Ue 計算改善後每季的 節能金額Fsaving-s Fsaving s Es dav u D u U e (7) Ue 平均電價單價(元/kWh) 2 以連續監控系統 記錄運轉資料 累計計算節能效益 採用連續監控系統 記錄及計算節能效益 長期累計累計量及節能金額 計算方式如下所示 間隔t時間記錄1筆運轉資料 長期累計的節能量Esaving-t E saving t ª Sbefore Safter u t º 0 min/ hr»¼ «() 間隔t時間記錄1筆運轉資料 長時間累計的節能金額Fsaving-t Fsaving t ª S before Safter u t u U e º» 0 min/ hr ¼ «()

ESCO節能技術服務案例 渡假飯店節能改善 長友成能源科技有限公司協理 侯克文 一 前言 下列介紹之節能服務實績 業主營運僅約3年 原加熱設備無論在效率及穩定性方面 實無更換 的理由 即使業主深感燃料費居高不下 但考量營運成本問題及採用新系統的風險 實難以再編列 大筆預算採購節能設備 經告知節能服務觀念並多次溝通後 業主在沒有任何資金及成敗壓力下 欣然接受此節能專案 也才促使本案成形 由此可見節能服務方式確實具有加速促成業主從事節能減碳的功效 是值得共 同推廣的 二 案例渡假飯店簡介 本文渡假溫泉飯店位處台中縣市交界的大度山上 景觀遼闊 可俯瞰大中部地區 飯店之溫泉為 天然溫泉 經過中華民國溫泉觀光協會 日本中央溫泉研究所的現場採集檢測 鑑定泉質為碳酸氫 鈉泉 別稱 美姬湯 屬弱鹼性溫泉 無色無味 水質純淨 為供應溫泉 熱能為飯店主要使用 之能源 三 原有加熱系統概況 原有進口柴油鍋爐兩部 透過熱交換器對一般水源及溫泉水進行加熱 設備皆為新品 效率仍屬理想 加熱需求如下 1.客房淋浴熱水 2.室內 外泡湯池持溫 3.廚房洗滌 烹煮熱水 4.溫泉儲存保溫 四 業主改善動機 燃料費用甚高 節能已是必然趨勢 唯有如此才可降低飯店經營成本 減輕營運負擔 提高競爭 能力 落實飯店重視環保之理念 減少二氧化碳排放 抑制溫室效應 珍惜自然 愛護環境 採取節能服務方案 當月節省之能源費用按協議比例於次月支付ESCO廠商 省多少 付多少 飯店在不增加支出情況下即可享受節能減碳成果 無負擔 無風險亦無壓力

96年度柴油用量表 月份 數量(L) 1月 2月 3月 4月 5月 6月 32,868 33,810 28,162 27,169 19,980 21,015 7月 8月 9月 10月 11月 12月 21,895 25,532 17,858 19,664 25,614 29,661 月份 數量(L) 全年柴油實際用量共303,228公升 費用為720萬元 五 熱泵系統內容 熱泵系統流程示意圖 多元複合式熱泵2台 含人機介面 每台能力 加熱 361,000 kcal/h 製冷 270,000 kcal/h 高效率水對水熱泵1台 含人機介面 每台能力 加熱 180,000 kcal/h 制冷 135,000 kcal/h 30,000公升不鏽鋼保溫水槽1座 中央監控系統1套 中央監控主畫面 六 節能驗證及計算方法 採IPMVP選項B 即持續掛表方式驗證 利用中央監控系 統 長期量測並持續記錄系統運轉數據 瞬間冰 熱水流量及溫差可得瞬間加熱 制冷能力 逐筆 累計便可完整得知期間系統冷 熱能供應總量 以原加熱 制冷設備之性能計算熱泵系統所供應冷 熱能 價值 以當時能源單價計 並以所得金額扣除熱泵系統 實際運轉電費 得知節能金額 七 改善效果 1. 除部份蒸氣使用需求外 其餘加熱需求概由熱泵系統供應 2. 冰水主機運轉時間縮短 空調負載較低時 熱泵運轉產生之附加製冷能力 即可滿足冰 水負載 冰水主機可停機 3. 改善以往尖峰期間溫度不穩定問題 提升供水品質 柴油實際用量對照表 96年度 97年度 減少量 L 9月 22,250 3,307 18,943 實際效益表 10月 24,684 4,028 20,656 11月 31,791 3,988 27,803 合計 78,725 11,323 67,402 節省能源費用 元 97/9 535,942 97/10 496,590 97/11 629,204 合計 1,661,736 減少碳排放量 -CO2 37,756 40,990 67,426 146,172 八 結論 節能減碳已成為未來趨勢 持續透過ESCO產業的推廣 可讓有意願節能的單位可以在沒有負擔 及壓力的情形下 加速落實節能減碳的工作 享受節能帶來的好處 更為維護你我的環境盡一份心 力

專題報導 ESCO節能技術服務案例 桃園縣政府節能改善 台灣開利工程股份有限公司 副總經理徐金輝 經理詹鎮邦 空調技師隨承道 壹 摘要 本大樓契約容量訂為1,800 kw 以九十五年度其尖峰需量最高月份為九月的2,276kW 且其 九十五年全年用電度數計6,279,700 度/年 總電費約16,254,508 元/年 平均每度電費為2.55元 主要使用在空調 照明 動力及插座等4項 改善前後依ASHRAE 14-2002之驗證方式 效益達 57.6% 改善項目 措施 執行概要 更換為兩台 460RT 19XRV變頻離心 冰水主機汰舊換新 汰換為 19XRV變頻離心式冰水主機 汰換水泵 冷卻水泵汰舊換新 更換為進口 75HP新泵 取消二次泵 更改為一次泵變流量冰水系統 更換為進口 75HP新泵 並加裝變頻器 冷卻水塔散熱不良 改善冷卻水塔散熱能力 增加進風量 其中 1台水塔移位 冷卻水塔控制不良 冷卻水塔出水溫度重置 依外氣濕球溫度調整 冰水出水溫度 冰水出水溫度重置 啟動主機冰水出水溫度重置功能 超約嚴重 電力需量控制 增設電力需量控制器 無中央監控能源管理 增加機房中央監控及能源管理功能 增設機房中央監控及能源管理功能系統 系統啟用後未再平衡調整 空調水系統最適化平衡調整 平衡調整各區域之水量 式冰水主機 貳 前言 近年來 為了加速建築節能的推動 並突破目前節約能源改善所需之資金 人力及技術瓶頸 政 府逐漸開始推動 ESCO(能源服務)產業 桃園縣政府節能績效保證專案 即是在這種環境下產生 以保護環境 節約能源 安全 維護容易及達到最高經濟效益 最低生命周期成本為其設計概念

希望能夠達到業主 政府及業者三贏的局面 參 改善前現況分析 3.1 冰水主機 原系統為中央空調系統, 二台 460 噸螺旋式冰水主機供應全棟大樓空調所需 冰水主機使用 12 年, 現況老舊, 設備零件取得不易且價格昂貴 所採用的冷媒為 R-22 非環保冷媒, 且為開放式壓 縮機, 每年約需補充 240 kg 冷媒量 經實測機房的冰水主機之暫態效率,No.1 冰水主機之冰水出 水平均溫度 10, 平均耗電率 0.87 kw/rt No.2 冰水主機之冰水出水平均溫度 10.3, 平均 耗電率 0.88kW/RT 3.2 冰水系統 為一 二次系統 (Primary-Secondary System), 二次冰水泵分三個區域, 分別為東 西側空調箱 及中間區域小型冷風機系統 一次側二台定頻冰水泵之總水量為 2,208 GPM, 二次側定頻區域水 泵之總水量為 3,575 GPM 二次側之水量大於一次側水量, 並且因現場管路之配置, 易產生混水 升溫或搶水的問題, 影響空調品質 3.3 冷卻水系統 冷卻水塔為 2 台 600 噸方型水塔, 採用一台主機對一台冷卻水塔, 冷卻水塔分別位於大樓東 西兩 側, 其管路系統互相獨立沒有連通, 冷卻水系統無法互相支援 冷卻水塔因環境因素有熱氣短循環 的現象, 致使散熱能力下降, 影響冷卻水塔效率也因冷卻水溫偏高而使主機耗電量增加 3.4 日常操作 全年一至二月份原則上不開機, 其餘月份的開機時間為每週一至週五 6:00~16:45 冰水主機操作 視負載之大小而手動決定主機運轉的台數 肆 節能改善措施內容 4.1 主機汰換為 19XRV 變頻離心式冰水主機 依據現場調查所得之建築物外殼 室內人數 照明及電氣設備等, 輸入至經 ASHRAE 認證之 Carrier E-20 逐時建築物能源模擬軟體 (Hourly Analysis Program, HAP), 進行本建築空調負 荷計算, 得本大樓尖峰空調負載約為 838RT 故本案依據此, 採用二台冷凍噸為 460 噸之 Carrier 19XRV 系列高效率變頻離心式冰水主機, 合計 920 噸 ( 依合約內容, 主機噸位不小於原設置容量 ) 本機組滿載時 COP 值 6.14(ECWT 30,LCHT 7 ), 優於 94 年經濟部冰水主機能源效率比值 (EER) 大於 5.25kcal/h-W 之規定 ( 性能係數 COP 為 6.10) 4.2 汰換冰水及冷卻水泵, 並取消二次泵 重新計算冷卻水泵的水量及揚程, 將冷卻水泵 由原先的 100HP, 更新為 75HP 4.3 一次泵變流量 由於改善前系統的一 二次冰水水量差異大, 大部份的時間, 冰水出水與回水混合而產生升溫 台灣 ESCO 會訊第十四期

的現象 不但使泵浦運轉耗能 並且使現場無法獲得效益所需的冰水溫度 其結果非不符合效益 因此取消原來的一 二次冰水系統的區域水泵 配合變頻冰水主機 全系統由一次冰水泵供應 另 外 冰水泵因揚程加大而更新為 75HP 並加裝變頻器 將現有的集水頭插管方式調整如下圖 以 使三個區域的冰水回水溫度獲得均勻的混合 使得進冰水主機的回水溫度一致 4.4冷卻水塔散熱能力改善 冷卻水塔由一台冰水主機一台冷卻水塔修改為併聯的系統 亦即在部份負載時兩台冷卻水塔供應 一台冰水主機 使冷卻水塔散熱面積加倍 提供加倍之散熱能力 依據本公司實際經驗 冷卻水塔 併聯可縮小冷卻水塔的趨近溫差 ΔT 提高效率 改善後冷卻水系統流程圖 4.5冰水出水溫度自動重置 冰水主機出水溫度越高越省電 在負載不大的時候 可適度的提高其出水溫度 以節省主機的耗電 舊有 冰水主機性能不佳 冰水出水溫度控制不穩定 更無 法依現況重新設定冰水出水溫度 以提高冰水主機效 率 Carrier 高效率之變頻離心式冰水主機 具有冰 水出水溫度自動重置的功能 使冰水在部份負載時 依預先之設定提高冰水出水溫度 減少主機之耗電 量 使系統有最適當的冰水出水溫度 4.6冷卻水塔出水溫度自動重置 改善前冷卻水出水溫度無法隨天氣狀況自動調整最適的設定值 僅為一固定設定值 因此改善後 為利用感測外氣濕球溫度並搭配系統運轉 取得最適的冷卻水塔出水溫度設定值 以得較適之冰水 主機冷卻水進水溫度值 4.7電力需量控制 根據九十五年度縣府新棟大樓的台電電費單分析 其大樓契約容量 1,800 kw 夏季尖峰最高需 量 2,276 KW 自五月份到十二月份都有超約罰款的現象 九十五年本大樓超約罰款約140萬元 本大樓安裝 Carrier高效率的設備及系統改善之後 約可降低100 kw需量 尖峰時段以需量控制之 手段 以強迫主機卸載 最高約可抑低170 kw 控制排風機等可停電力 可再抑低50 kw 總計 於尖峰時段 約可抑低220 kw 4.8空調主機房中央監控能源管理 使空調設備之運轉及效能及時掌握 獲得最佳狀態 4.9空調主機房水系統最適化平衡調整 改善前因水量分佈不當 易產生某區域室內溫度過冷某區域溫度過熱的冷熱不均的現象 故增設 流量平衡閥調整各區的水量達最適水量 伍 改善成果 5.1 ASHRAE 14-2002方式驗證 第三公證單位依據 ASHRAE 14-2002汰換冰水機節能績效量測與驗證方法 計算節能效

益採用之基線性能係數方程式 以冰水主機運轉台數為參考依據 修正後的每天之節電度數為 2438.7kWh 節能率為 57.6% 5.2全棟大樓電費單統計 此案於九十七年三月完成整個汰換工程 經由九十六年及九十七年同期的電費單得 知 九十六年四月至十月份的用電度數總 計為 4,028,200 kwh 同期之九十七年用 電度數總計為 3,165,800 kwh 此七個月 份用電度數總共節省 862,400 kwh 節省 率為21.4% 另外 電費單顯示九十六年四 九十六年及九十七年度用電數統計 月至十月份的累計電費為 11,297,917元 九十七年同期之累計電費為 8,766,764元 節省電費為 2,531,153元 節省效益比例相 當高 大樓之經常契約容量設為 1,800 kw 九十六年四月至十月份的平均尖峰最高需 量為 2,156 kw 九十七年同期的平均尖 峰最高需量為 1,513 kw 其降幅比例約 九十六年及九十七年度電費趨勢統計 29.8% 5.3成果發表會 本案於九十七年八月二十日舉辦節能績保 證專案補助示範觀摩會 當天 經濟部能源 局 台北市信義區公所 台灣綠色生產力基 金會等三百多位產官學者抵達桃園縣政府 藉由示範觀摩會將此次 ESCO專案的成功 經驗分享給其他單位 並且參觀本次工程之 九十六年及九十七年度尖峰最高需量統計 相關改善措施 如空調機房改善及主機房監 控能源管理統等 使各產官學者進一步了解此案的改善項目及節能成效 10

會務活動 報 導 第19 20次人才培訓委員會 97年11月12日確效執行委員會 97年12月17日第二屆第四次理監事聯席會 11

ESCO協會 個 人 團 體 新 增 會 員 名 單 新增個人會員 姓名 公司名稱 職稱 姓名 公司名稱 職稱 柯文旺 全嘉科技股份有限公司 執行長 李昭坦 新明科技有限公司 負責人 余俊樺 全嘉科技股份有限公司 經 理 黃正忠 康寶能源科技有限公司 負責人 鄭景文 光楠冷凍空調技師事務所 技 師 施冠南 大懿國際股份有限公司 經 理 陳揚德 環球光源股份有限公司 台灣分公司 張裕成 和泰興業股份有限公司 技術總監 黃庭裕 和泰興業股份有限公司 副課長 新增團體會員 公司名稱 負責人 公司電話 會員代表 綠能奈米科技有限公司 梁添壽總經理 02-29956969 梁添壽 柏眾網控股份有限公司 劉克振董事長 02-86675008 李守仁 陳木考 謝順豐 台灣歐力士股份有限公司 柿本良董事長 02-27554588 剛秀毅 近江剛 陳冠華 國 內 郵資已付 板橋郵局許可證 板橋字第816號 中華郵政板橋誌字第74號 報照登記為雜誌交寄 無法投遞時請免退回 雜 12 誌