空調水側系統能效計算

計算冰水系統能效指標目的：

節能工程的目的是希望能減少工業用電，以達到節約用電的方式來節省公司年度電費，藉由測量系統能效值(kW/RT)，我們可以利用用電量判斷空調系統的用電量是否符合標準，藉由節能工程改善冰水機的規格，全新的泵浦馬達，以及更換新管路，來達到減少用電。

例如：kW/RT值從0.9經過節能工程改善後進步到0.8，計算一年的用電量相差0.1kW/RT 約為：0.1 x 1000 x 8000 (千瓦·小時) = 800000 千瓦·小時，再乘上一度電費約為2.5元，相當於能夠節省約2000000 (200萬元)的電費/每年。

1.實施方法

1.1.基本資料與量測資料

步驟1.蒐集數據：

冰水機/泵浦/冷卻塔耗電功紀錄表(kW)、冷凍容量(RT)、蒸發器/冷凝器/冷卻塔/室外環境/濕球/出入口溫度(℃)、泵出入口壓力(bar)、壓力錶對基準面位差(m)、冰水流速(m/s)、冷卻水流速(m/s)、泵浦轉速(rpm)、冷卻塔位差(m)等。

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流量Q

步驟2.流量Q(cms，cmm，cmh)計算：

剝開保溫棉用皮尺量測管外週長，再換算為外側直徑，再用厚度計量取管道壁厚(+積垢厚)，計算管內側直徑與截面積(m2)，再乘以流速(m/s)，最後得到流量，冰水流量與冷卻水流量 。

泵浦的揚程

步驟3.計算泵浦的揚程H(m)：

用泵出入口壓力差、壓力錶對基準面位差與管路流速，計算泵浦揚程H，操作點(Q,H)。

冷卻塔近似效率

步驟4.計算冷卻塔近似效率：

冷卻水塔效率 50~70%；趨近溫度ΔT = 3℃(或5℉)以下。

冷卻塔近似效率 = (Ti-To)/(Ti-Tw) ×100%

趨近溫度ΔT = To-Tw

Ti：入口水溫；To：出口水溫；Tw：大氣溼球溫度

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1.2.系統量測數據計算

 

判斷泵浦能校指標：

 

計算過程與公式說明

 

計算熱負載kW與RT

kW = ṁ (kg/sec) x C_p (kJ/(kgK)) x △T

因為要換算成每秒幾公斤，所以Lpm/60。

kW = Lpm/60 x 4.186 x △T =>>  會得到熱負載kW

步驟5.蒸發器冷凍量計算(kW，RT)：

用量測的溫差℃與量測流量(m³/s)推算冷凍容量(kW，RT)，稱為系統熱負載，其實是冰水熱負載(kW)，等於系統熱負載+冰水泵的馬達輸出熱量(軸功kW)，若冰水泵也在室內，那就是耗電功。

步驟6.凝器散熱量計算(kW，RT)：

用量測的溫差℃與量測流量(m³/s)推算冷凝器散熱量(kW，RT)，這散熱量為冷卻塔的散熱負載(kW)的一部份，稱為冷卻水熱負載(kW)，等於冷媒熱負載+冷卻泵的馬達輸出熱量(軸功kW)，冷媒熱負載等於冰水熱負載+壓縮機耗電，若冷卻泵也在室內，那就是耗電功。

步驟7.冷卻塔散熱量計算(kW，RT)：

冷凝器散熱量(kW，RT)，這散熱量為冷卻塔的散熱負載(kW)的一部份，稱為冷卻水熱負載(kW)，再加上冷卻塔的馬達耗電功(軸功kW)，等於室外循環空氣的散熱量。

• 冰水熱負載(kW)=系統熱負載(kW)+冰水泵軸功(kW)或耗電功(kW)
• 冷媒熱負載(kW)=冰水熱負載(kW)+壓縮機耗電功(kW)
• 冷卻水熱負載(kW)=冷媒熱負載(kW)+冷卻泵軸功(kW)或耗電功(kW)
• 冷卻塔散熱量(kW)=冷卻水熱負載(kW)+風扇軸功(kW)或耗電功(kW)

計算冰水泵流功與冷卻泵流功

流功（kW）= ρ（kg/m³）× g(m/sec²) × H（m）× Q（m³/sec）/1000

清水密度ρ （kg/m³） =  1000 （kg/m³）

重力加速度g(m/s²) = 9.81(m/s²)

冰水泵流功：水的密度 x 重力加速度 x 一次泵揚程 x 流量 (單位從Lpm換算成m³/sec)

冷卻泵流功：水的密度 x 重力加速度 x 冷卻泵揚程 x 流量 (單位從Lpm換算成m³/sec)

水側系統能校kW/RT

步驟8.計算水側系統與各項裝置之能效，量測值：

系統能效(kW/RT) = 冰機耗電功 +冰水泵耗電功 +冷卻泵耗電功 +冷卻塔耗電功 (kW)/系統熱負載 (冰水熱負載 )(RT)

附屬設備能效(kW/RT) =冰水泵耗電功 +冷卻泵耗電功 +冷卻塔耗電功 (kW)/系統熱負載 (冰水熱負載 )(RT) ≤ 0.12(kW/RT)

• 冰機能效(kW/RT)  = 冰機耗電功 (kW)/系統熱負載 (冰水熱負載 )(RT)
• 冰水泵能效(kW/RT) = 冰水泵耗電功 (kW)/系統熱負載 (冰水熱負載 )(RT)
• 冷卻泵能效(kW/RT) =冷卻泵耗電功 (kW)/系統熱負載 (冰水熱負載 )(RT)
• 冷卻塔能效(kW/RT) =冷卻塔耗電功 (kW)/系統熱負載 (冰水熱負載 )(RT)

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1.3.指標計算(負載比 + 搬運效率 + 耗電比)

 

計算負載比–>

冰機冷凍負載比_@量測值 =冷凍噸 (𝑅𝑇)_@量測值 /冷凍噸 (𝑅𝑇)_@額定值

冰機耗電負載比_@量測值 =耗電功 (𝑘𝑊)_@量測值/耗電功 (𝑘𝑊)_@額定值 

步驟9.計算冰機電功負載比例%：

冰機耗電功(kW)/冰機額定點耗電功(kW)，代表冰機電功部分負載比率。

步驟10.計算冰機冷凍負載比例%：

冰機熱負載(RT)/冰機額定點冷凍容量(RT)，代表冰機冷凍部分負載比率。

 

計算搬運效率(kW/kW)–>

步驟11.計算冰水泵耗電搬運效率(kW/kW)：

冰水熱負載(kW)/耗電功(kW)，代表經由馬達單位電功(kW)馱運出來的熱量(kW) ，其比值代表系統的蒸發器+管路+內部洩漏的熱交換能力。

步驟12.計算冷卻水泵耗電搬運效率(kW/kW)：

冷卻水熱負載(kW)/耗電功(kW)，代表經由馬達單位電功(kW)能由冷凝器馱運出來的熱量(kW)，其比值代表系統的冷凝器+管路+冷卻水塔的熱交換能力。

步驟13.冷卻塔搬運效率 (kW/kW)：

等於冷卻塔散熱量(kW)/冷卻風扇耗電量(kW)。

搬運效率 @冰水泵@耗電  (kW/kW) = 冰水熱負載 (kW)/冰水泵耗電功 (kW)

搬運效率 @冷卻泵@耗電  (kW/kW) =冷卻水熱負載 (kW)/(冷卻泵耗電功 (kW)

搬運效率 @冷卻塔@耗電  (kW/kW) = 冷卻塔散熱量 (kW)/(風扇耗電功 (kW)

計算耗電比–>

步驟14.計算冷卻塔水量耗電比：

耗電功(kW) /流量(m³/min) @溫差℃，每單位水量(m3/min)所需的耗電功(kW) ，冷卻水量會與溫差成反比

冷卻塔水量耗電比(kWL/Lpm) = 風扇耗電功 (kW)/冷卻水量 (Lpm)

步驟15.計算泵浦的耗電比：

耗電比(kW/kW) =耗電功(kW)/流功(kW)，每一台冰水泵與冷卻泵分別計算，另一種能效形式。

耗電比 = 1/(總效率 %) = 1/(泵浦效率 %×馬達效率 %)

耗電 比_冰水泵 (𝑘𝑊/𝑘𝑊) = 耗電功 _冰水泵 (𝑘𝑊)/流功_冰水泵 (𝑘𝑊)

耗電 比_冷卻泵 (𝑘𝑊/𝑘𝑊) = 耗電功 _冷卻泵 (𝑘𝑊)/流功_冷卻泵 (𝑘𝑊)

步驟16.由歐盟泵浦能效與IE3馬達計算泵浦的耗電比：

耗電比 = 1/泵浦效率_歐盟 ×馬達效率_IE3 = 1/總效率_歐盟 = 耗電功/流功

當系統能效需要更新時，必須引入高能效泵浦，而歐盟的泵浦能效是非常有用的參考。

步驟17.部分負載時，必須運用阻抗曲線進行新的揚程計算，冰水機的部分負載與流量成正比，而泵浦的流量與轉速成正比，但須跟阻抗曲線配合算出真正的變頻轉速下的揚程

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1.4.系統特性

冰水管路阻抗曲線–>

步驟18.計算冰水管路阻抗曲線：

冰水管路為閉迴路的O形閉迴管路，係數C0為0，只有係數C1需要計算，有固定管路負載計算或變動負載曲線計算，並繪製曲線。

冰水阻抗曲線：H_L = C1 × Q²

步驟19.計算冷卻水管路阻抗曲線：

冷卻水管路多數為開口向上的U形管路，有係數C0與C1需要計算，係數C0為冷卻塔散水盤與盛水盤的位差(m)，多數以固定管路負載來計算，計算阻抗曲線的係數C0與C1，並繪製曲線。

冷卻水阻抗曲線：H_L=C₀+C₁×Q²

輸出流功(kW)與搬運效率–>

步驟20.計算輸出流功(kW)：

流功（kW）= ρ（kg/m³）× g(m/sec²) ×H（m）× Q（m³/sec）/1000

清水密度ρ （kg/m³） =  1000 （kg/m³）

重力加速度g(m/s²) = 9.81(m/s²)

步驟21.計算冰水流功搬運效率(kW/kW)：

冰水熱負載(kW)/冰水流功(kW)，代表經由單位流功(kW)能由蒸發器馱運出來的熱負載(kW)，跟馬達能效無關，其比值代表系統的蒸發器+管路+內部洩漏的熱交換能力。

步驟22.計算冷卻水流功搬運效率(kW/kW)：

冷卻水熱負載(kW)/冷卻水流功(kW)，代表經由單位流功(kW)能由冷凝器馱運出來的熱負載(kW)，跟馬達能效無關，其比值代表系統的冷凝器+管路+冷卻塔的熱交換能力。

搬運效率_{冰水泵流功} (kW/kW) = 熱負載_冰水 (kW)/流 功_冰水泵 (kW)

搬運效率_{冷卻泵流功} (kW/kW) = 熱負載_冷卻水 (kW)/流 功_冷卻泵 (kW)