南投縣農(nóng)會重建廢熱能回收系統(tǒng)設(shè)備工程

28三月2024南投縣農(nóng)會重建廢熱能回收系統(tǒng)設(shè)備工程技術(shù)背景高考冷凍空調(diào)工程技師甲級冷凍空調(diào)技術(shù)士乙級冷凍空調(diào)技術(shù)士乙級室內(nèi)配線技術(shù)士冷凍空調(diào)技術(shù)士技能檢定監(jiān)評委員工業(yè)配線技術(shù)士技能檢定監(jiān)評委員室內(nèi)配線技術(shù)士技能檢定監(jiān)評委員經(jīng)歷南開技術(shù)學(xué)院創(chuàng)新育成中心主任南開技術(shù)學(xué)院醫(yī)療器材產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)中心主任南開技術(shù)學(xué)院研究發(fā)展處研究發(fā)展長南開技術(shù)學(xué)院研究發(fā)展暨產(chǎn)學(xué)合作處研究發(fā)展長南開科技大學(xué)電機(jī)工程系副教授南開科技大學(xué)電機(jī)工程系教授學(xué)術(shù)專長節(jié)約能源技術(shù)冷凍空調(diào)工程規(guī)劃設(shè)計熱泵HeatPump技術(shù)無塵室技術(shù)簡報大綱一、冷凍空調(diào)基本概念二、空調(diào)設(shè)備三、熱泵節(jié)能技術(shù)四、低流量高溫差冰水機(jī)組節(jié)能技術(shù)五、高壓胴體式壓縮機(jī)節(jié)能技術(shù)六、無塵室空調(diào)節(jié)能技術(shù)一、冷凍空調(diào)基本概念冷凍循環(huán)系統(tǒng)空氣線圖環(huán)保冷媒冷凍空調(diào)基本認(rèn)識冷凍循環(huán)系統(tǒng)冷凝器的冷卻方式冷凍空調(diào)循環(huán)介紹冷媒冷凍循環(huán)相變化過程冷媒流體的變化EER與COP冷凍與熱泵空氣線圖

(psychrometricchart)空氣線圖應(yīng)用－空氣調(diào)節(jié)冷凍空調(diào)基本元件冷媒依運(yùn)轉(zhuǎn)壓力分類小型空調(diào)機(jī)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展變革環(huán)保冷媒特色氣冷式冷凍循環(huán)系統(tǒng)水冷式冷凍循環(huán)系統(tǒng)冷媒的分類各種冷媒的環(huán)境效應(yīng)與特性二、空調(diào)設(shè)備分離式冷氣機(jī)箱型冷氣機(jī)變頻多聯(lián)式冷氣機(jī)中央空調(diào)系統(tǒng)空調(diào)設(shè)備-日立冷氣空調(diào)設(shè)備-東元冷氣空調(diào)設(shè)備-大金商用變頻空調(diào)變頻壁掛型分離式冷氣機(jī)箱型冷氣機(jī)渦卷式冷凍機(jī)變頻多聯(lián)式空調(diào)機(jī)一對一分離式冷氣機(jī)變頻多聯(lián)式冷氣機(jī)變頻多聯(lián)式系統(tǒng)配置有熱回收裝置的冰水機(jī)分離式冷氣機(jī)配置圖水冷式箱型冷氣機(jī)配置圖水冷式中央空調(diào)系統(tǒng)配置圖變頻小型中央空調(diào)系統(tǒng)三、熱泵節(jié)能系統(tǒng)熱泵系統(tǒng)原理熱泵系統(tǒng)介紹節(jié)能範(fàn)例現(xiàn)況說明(臺灣能源價格變動)2001年14元2006年23元2016年預(yù)估36元熱泵機(jī)是吸收大自然空氣中的熱能或空調(diào)系統(tǒng)之廢熱進(jìn)行熱交換使其成為日常生活所需的溫?zé)崴?。熱泵系統(tǒng)簡介60℃熱水出15℃冷水入膨脹閥壓縮機(jī)空氣冷空氣蒸發(fā)器冷凝器輸入電能We吸收熱能排放熱能QH=QL+We>WeQHQL低壓、低溫、氣態(tài)高壓、高溫、氣態(tài)低壓、低溫、液態(tài)高壓、中溫、液態(tài)熱泵機(jī)是利用冷氣機(jī)原理，將排放的熱氣回收，加以轉(zhuǎn)換成熱水供應(yīng)。以機(jī)器"能量平衡"原理，加入熱水的能量QH，等於由空氣中或水中吸取的熱量QL，與壓縮機(jī)的輸入電量We之和，即QH=QL+We。熱泵系統(tǒng)原理圖1243莫尼爾線圖PPhPL3421蒸發(fā)過程冷凝過程節(jié)流過程壓縮過程恆溫線冷媒曲線壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)曲線QL冷凍效果We壓縮機(jī)作功Qh冷凝熱量hQL+We≒Qh熱泵效益及優(yōu)點(diǎn)各種熱水器之單位能源熱能力設(shè)備種類熱值

熱效率

單位熱產(chǎn)能柴油鍋爐熱水器8,816仟卡/公升×燃燒效率75%=6,612仟卡/公升電熱水器860仟卡/度×燃燒效率90%=774仟卡/度液化瓦斯熱水器12,000仟卡/公斤×燃燒效率75%=9,000仟卡/度天然瓦斯熱水器8,942仟卡/度×燃燒效率75%=6,707仟卡/度熱泵熱水器860仟卡/度×熱放大係數(shù)360%(COP)=3,096仟卡/度各種熱源燃料費(fèi)(1,000公升冷水由21℃加熱至58℃成為熱水,需要37,000仟卡)設(shè)備種類熱量需求單位熱產(chǎn)能耗能能源單價能源費(fèi)用柴油鍋爐熱水器37,000仟卡÷6,612仟卡/公升=5.6公升×20元/公升=112元電熱水器37,000仟卡÷774仟卡/度=47.8度×2.0元/度=95.6元液化瓦斯熱水器37,000仟卡÷9,000仟卡/公斤=4.1公斤×19元/公斤=78元天然瓦斯熱水器37,000仟卡÷6,707仟卡/度=5.5度×13.5元/度=74.5元熱泵熱水器37,000仟卡÷3,096仟卡/度=12度×2.0元/度=24元熱泵效益及優(yōu)點(diǎn)(續(xù))熱泵節(jié)能系統(tǒng)之優(yōu)點(diǎn)耗電量小，節(jié)省4/5的柴油費(fèi)、節(jié)省3/4的電熱費(fèi)、節(jié)省2/3瓦斯鍋爐費(fèi)。節(jié)約能源只利用大自然中的熱能，不產(chǎn)生二氧化碳、不排放廢熱氣、無空氣污染，不破壞臭氧層，減少溫室效應(yīng)。

環(huán)保取代傳統(tǒng)鍋爐設(shè)備，無燃燒，不產(chǎn)生廢氣，免除鍋爐爆炸或瓦斯中毒之危險性，具安全裝置免漏電之虞。燃油和瓦斯鍋爐因使用不當(dāng)而引起的氣爆、中毒等安全事故時有發(fā)生，如：亞歷山大一氧化碳中毒事件。安全性高一、空氣對水熱泵系統(tǒng)：空氣中熱源低溫冷風(fēng)空氣對水熱泵機(jī)：自空氣中汲取並轉(zhuǎn)移熱能至熱水儲槽中，主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)同時排出冷氣，若以風(fēng)管設(shè)施導(dǎo)引至室內(nèi)可降低部分空調(diào)負(fù)荷，充分發(fā)揮熱泵機(jī)效益。熱水儲槽熱泵主機(jī)熱泵主機(jī)冰水主機(jī)CHS(7℃)CHR(12℃)熱水儲槽A/CLOAD(空調(diào)負(fù)載)冰水回水12℃冰水供水7℃二、水對水熱泵系統(tǒng)：水對水型式之熱泵機(jī)：與空調(diào)系統(tǒng)作結(jié)合，除供應(yīng)熱能外更能提供部分冷能，分擔(dān)部分冰水主機(jī)負(fù)荷。慈濟(jì)使用熱泵現(xiàn)況說明慈濟(jì)使用熱泵案例說明項(xiàng)次安裝地點(diǎn)熱泵系統(tǒng)、數(shù)量使用人數(shù)、床數(shù)節(jié)能效益%1花蓮慈濟(jì)技術(shù)學(xué)院(學(xué)生宿舍)(空氣對水)9臺1000人63%78%2花蓮慈濟(jì)中學(xué)(宿舍)(空氣對水)9臺700人3花蓮慈濟(jì)大學(xué)(學(xué)生宿舍)(空氣對水)12臺1000人4花蓮慈濟(jì)精舍(空氣對水)1臺100人5花蓮慈濟(jì)中學(xué)(新宿舍)(空氣對水)7臺1000人6慈濟(jì)高雄靜思堂(空氣對水)2臺200人7慈濟(jì)桃園靜思堂(空氣對水)2臺200人8花蓮全球慈濟(jì)人寮房(空氣對水)2臺200人9花蓮玉里慈濟(jì)醫(yī)院(空氣對水)1臺80床10花蓮慈濟(jì)醫(yī)院(水對水)2臺300床11臺北縣新店慈濟(jì)醫(yī)院(水對水)10臺1000床12花蓮慈濟(jì)急診大樓(水對水)5臺500床13嘉義大林慈濟(jì)醫(yī)院(空氣對水)12臺1000床慈濟(jì)使用熱泵之節(jié)能效益每年平均節(jié)省約635萬元安裝熱泵機(jī)後預(yù)估十年可節(jié)省燃料費(fèi)用約6,350多萬元(不包含燃料費(fèi)用每年漲幅，電價漲幅不大)日本家用CO2熱泵熱水系統(tǒng)-EcoCuteESCO能源服案例說明ESCO能源服務(wù)案例說明花蓮基督教門諾醫(yī)院仁愛樓:病床數(shù)144床，原有熱水儲槽二座共6,000升。恩慈樓:病床數(shù)238床，原有熱水儲槽二座共9,500升。平安樓:病床數(shù)443床，原有熱水儲槽三座共9,000升。原系統(tǒng):柴油蒸氣鍋爐2臺，交替運(yùn)轉(zhuǎn)。柴油費(fèi)用:平均每月約420,000

元改善後之系統(tǒng)新增熱泵系統(tǒng):仁愛樓：空氣對水SAHP-010一臺恩慈樓：空氣對水SAHP-020一臺平安樓：水對水SWHP-020二臺空氣對水熱泵附加產(chǎn)生空調(diào)導(dǎo)入配電室、機(jī)房使用，節(jié)省空調(diào)費(fèi)用。水對水熱泵與原有冰水主機(jī)結(jié)合降低冰水主機(jī)負(fù)荷。門諾醫(yī)院熱泵系統(tǒng)能源服務(wù)方法設(shè)備及系統(tǒng)工程由能源服務(wù)公司提供。院方依熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)所耗之電費(fèi)與原鍋爐用柴油費(fèi)用比較，以能源服務(wù)公司保證之「節(jié)能效益值」為依據(jù)，院方依每季實(shí)際所節(jié)省之費(fèi)用支付給能源服務(wù)公司，按期支付。若低於「節(jié)能效益值」時，院方則依節(jié)省費(fèi)用，按比例支付。驗(yàn)證方式：掛錶量測(OptionB)。期數(shù)日期柴油節(jié)省費(fèi)用A(元)熱泵運(yùn)轉(zhuǎn)電費(fèi)B(元)總節(jié)省費(fèi)用C=A-B(元)第1期94/02~94/04719,810141,263578,547第2期94/05~94/07798,48091,683706,797第3期94/08~94/10896,805110,681786,124第4期94/11~95/01936,195134,295801,900全年節(jié)省能源費(fèi)用(元)2,873,368基督教門諾醫(yī)院節(jié)能效益預(yù)估未來十年節(jié)能效益安裝熱泵機(jī)後預(yù)估十年可節(jié)燃料費(fèi)用約4,800多萬元。油價以毎年10%調(diào)整,電價以毎年2%調(diào)整,尚未加計設(shè)備重置費(fèi)用四、低流量高溫差冰水機(jī)組電能消耗比較節(jié)能公式低流量高溫差節(jié)能冰水主機(jī)冷卻水塔水幫浦冰水系統(tǒng)之電能消耗比較1970’s2000’s73%9%18%58%26%16%冰水廠的設(shè)計...

舊的“經(jīng)驗(yàn)公式”冰水出水7℃

冰水器之溫差5℃

冰水量

2.7gpm/ton冷凝器之溫差5℃

冷卻水量

3.2gpm/ton冰水廠的設(shè)計...

新的“經(jīng)驗(yàn)公式”冰水出水5℃

冰水器之溫差7℃

冰水量

1.9gpm/ton冷凝器之溫差7℃

冷卻水量

2.3gpm/tonEWS:水側(cè)範(fàn)例

冰水機(jī)功率消耗 (1200tons)冷卻能力 1200tons出水溫度7℃

消耗功率 701.5kW

出水溫度 5℃消耗功率 777.3kW節(jié)能基本定律質(zhì)量(能力)與流量成正比壓降與流量的平方成正比消耗功率與流量的立方成正比節(jié)能基本定律這表示:當(dāng)流量減少40%會降低約80%的功率消耗.(0.6)3x100%=21.6%EWS:冰水幫浦能力

(1200tons)水流量 3184gpm水幫浦揚(yáng)程25feet水幫浦效率 70%馬達(dá)效率95%水幫浦消耗功率 22.5kW2274gpm

12.8feet70%95%

8.1kWEWS:水側(cè)範(fàn)例

SystemPower (ChilledWater)冰水主機(jī) 701.5kW一次側(cè)冰水幫浦 22.5kW消耗總功率Total 724.0kWLowDeltat低溫差777.3kW8.1kW785.4kWLowFlow低流量+75.8kW-14.4kW+61.4kW串聯(lián)冰水與冷卻水系統(tǒng)機(jī)會使用高溫差冰水以降低流量效益水泵與主機(jī)可同時節(jié)能變換冰水主機(jī)時流量不會瞬間變化改善傳統(tǒng)高溫差並聯(lián)冰水主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率注意事項(xiàng)需使用串聯(lián)專用冰水機(jī)，以減少水側(cè)壓降，否則泵浦將無法節(jié)能主機(jī)傳統(tǒng)並聯(lián)系統(tǒng)低水量大溫差並聯(lián)系統(tǒng)低水量大溫差串聯(lián)系統(tǒng)EarthWise?System

對於水側(cè)的好處$使用既有或是較小的幫浦$使用既有或是較小的冷卻水塔$ 使用既有或是較小的管件及閥件$ 較低的幫浦耗能$ 更低的冰水溫度可降低空間的濕度...EarthWise?System

對於空氣側(cè)的好處$較小的空調(diào)箱,送風(fēng)機(jī),&VAV箱體$ 縮小風(fēng)管尺寸$ 較小的機(jī)房空間需求$ 更多可用地面空間$ 更低的噪音值$ 更低的濕度創(chuàng)造更佳的舒適性SystemExample

耗能 “冰水系統(tǒng)

應(yīng)該要

有效率!”

EarthWise?設(shè)計考量

可考慮低溫送風(fēng)室內(nèi)送風(fēng)機(jī)12.8℃離風(fēng)溫度?13.3℃to6.7℃

中速對於噪音改善及節(jié)能方面也有效!最佳化的控制五、高壓胴體式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特色節(jié)能方式高壓胴體渦卷式壓縮機(jī)信賴性噪音、振動1HZ/STEP精準(zhǔn)控制150m長配管設(shè)計超冷卻迴路設(shè)計六、無塵室空調(diào)節(jié)能技術(shù)無塵室潔淨(jìng)等級無塵室空調(diào)節(jié)能美國聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)FS-209E規(guī)格國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-14644規(guī)格無塵室氣流分類

國內(nèi)半導(dǎo)體廠潔淨(jìng)室耗能之現(xiàn)況

一般電子廠用電總設(shè)備容量約為數(shù)萬馬力，契約容量亦為數(shù)千乃至數(shù)萬千瓦，全年電費(fèi)總額更高達(dá)數(shù)億元以上，可見半導(dǎo)體廠的耗能相當(dāng)驚人。一般半導(dǎo)體廠耗能流程示意圖半導(dǎo)體廠電力消耗分布圖

半導(dǎo)體廠之冷氣負(fù)荷

製造廠實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)所消耗的電力平均單位生產(chǎn)晶圓面積電力消耗為2.18kW/m2，平均冷凍負(fù)荷0.434RT/m2，晶圓產(chǎn)量平均耗能1.432kWh/m2。選用冰水主機(jī)應(yīng)注意事項(xiàng)

選擇冰水主機(jī)除應(yīng)考慮滿載效率外,還應(yīng)檢討主機(jī)在部分負(fù)載的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,為獲得較高的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,可考慮選擇有變頻控制轉(zhuǎn)速功能,而非使用傳統(tǒng)改變進(jìn)口導(dǎo)流葉片角度來配合負(fù)載的方式。同時因應(yīng)CFC冷煤停產(chǎn),也應(yīng)考量採用非CFC冷煤的新冰水主機(jī)。左下方為備援用冰水管路幫浦離心式冰水主機(jī)往復(fù)式冰水主機(jī)提高冰水主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率

因?yàn)楸鳈C(jī)占中央空調(diào)系統(tǒng)中所有動力設(shè)備的耗能相當(dāng)大的比例,所以其運(yùn)轉(zhuǎn)效率的維持也就顯得特別重要,評估冰水主機(jī)效率通常用kw/RT來比較。對壓縮式冰水機(jī)增進(jìn)效率在基本上都是相同的,也就是降低冷凝氣與蒸發(fā)器之間的高低壓力差。此壓力差一般會隨主機(jī)負(fù)載不同而改變,但為求方便,常用冰水出口溫度及冷卻水入口溫度之差作為指示壓力差。欲降低冷凝器與蒸發(fā)器間的壓力差,不外乎提高冰水出口溫度及降低冷卻水入口溫度。維持冷卻水塔的運(yùn)轉(zhuǎn)效率

冷卻水塔的座落位置應(yīng)留有足夠的空間,使得空間得以自由進(jìn)入冷卻水塔,排出的濕熱空間避免形成再循環(huán)而被抽回進(jìn)風(fēng)口。多臺冷卻水塔並聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)時,水量必須要能平均分配至各水塔。冷卻水塔在安裝妥當(dāng)後保持其效率的方法是,必須經(jīng)常檢視撒水管撒水情形是否正常均勻,此外為防止冷卻水塔結(jié)垢、生苔,而掉落水盤內(nèi),再進(jìn)入冷凝器或主壓縮機(jī)夾層內(nèi),降低冷凝或冷卻效果,使冷煤高壓升高而耗用較多電能,應(yīng)保持冷卻水質(zhì),以免生垢生苔,冷凝冷卻效果。冷卻水塔節(jié)省能源控制

傳統(tǒng)冷卻水溫度的控制方法有:1.冷卻水塔風(fēng)車起、停控制;2.冷卻水塔風(fēng)車馬達(dá)雙速控制改變風(fēng)量;3.多組冷卻水塔輪流停止風(fēng)車轉(zhuǎn)動;4.冷卻水流量三通閥旁通控制。但這些方式對節(jié)能的幫助有限,目前較好的方法是以多組冷卻水塔並聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn),並由冷卻水送水溫度回饋至變頻器控制冷卻水塔風(fēng)車轉(zhuǎn)速。協(xié)調(diào)冰水機(jī)與冷卻水塔以獲得最佳的運(yùn)轉(zhuǎn)方式

冷卻水塔應(yīng)與冰水主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)一併考量,才得使系統(tǒng)整體效率提升。一般冷卻水塔合理接近溫度為3℃,設(shè)定溫度亦應(yīng)以此為基準(zhǔn),其目的在使冷卻水塔的散熱能力完全發(fā)揮,同時避免接近溫度過低而消耗太多的風(fēng)車用電。而且冷卻水溫也不可以無限制地降低,最低設(shè)定溫度應(yīng)諮詢冰水機(jī)製造廠的意見,一般離心式冰水機(jī)應(yīng)可低至18℃。冷卻水塔當(dāng)然要全數(shù)投入運(yùn)轉(zhuǎn),並以變頻器控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。冰水系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)

空調(diào)箱的冷卻盤管應(yīng)使用二通閥控制冰水流量,而不要使用三通閥。因?yàn)槭褂枚ㄩy的盤管是變流量、定溫差;三通閥則是定流量、變溫差,因此流經(jīng)二通閥的冰水流量較少而有省能的機(jī)會。當(dāng)然,同時冰水泵要以變頻器控制轉(zhuǎn)速,來因應(yīng)隨空調(diào)負(fù)載改變的冰水量。冰水泵使用備用外氣空調(diào)箱加入運(yùn)轉(zhuǎn)

通常為確保潔淨(jìng)室空調(diào)系統(tǒng)的可靠度,某些設(shè)備都會有備用單元,以便有故障發(fā)生時,可以隨時接替加入系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn),而不致使?jié)崪Q(jìng)室的環(huán)境條件受到影響。以外氣空調(diào)箱而言,將風(fēng)車改用變頻器控制,加入備用單元運(yùn)轉(zhuǎn)後,每一組空調(diào)箱的風(fēng)量即可按比例降低。如以三組外氣空調(diào)箱,其中一組為備用而言,整體耗電將可節(jié)省44%。除了能省電外,原來送風(fēng)洩漏至備用外氣空調(diào)箱的能源損失將不再發(fā)生,過濾器的使用壽命也可延長,盤管的熱交換面積相對增大,冷卻效率增加,在極端惡劣的氣候條件下仍可確保送風(fēng)品質(zhì)?？照{(diào)箱再熱(reheat)溫度的設(shè)定

外氣引進(jìn)後被冷卻盤管冷卻至露點(diǎn)溫度,經(jīng)加入盤管再熱後,送至潔淨(jìng)室下方的服務(wù)區(qū)與回風(fēng)混合,由循環(huán)風(fēng)車經(jīng)乾盤管(drycoil)再冷卻送至潔淨(jìng)室。再熱溫度的設(shè)定應(yīng)隨產(chǎn)量或設(shè)備發(fā)熱量增加而逐步調(diào)低,甚至完全關(guān)閉。再熱溫度的調(diào)整應(yīng)使外氣與回風(fēng)混合後的空氣只有少許熱量被乾盤管冷卻。否則的話,設(shè)定太高的過熱溫度,混合後的溫度太高,又需要乾盤管來冷卻,如此一來造成加熱與冷卻的雙重?fù)p失。外氣空調(diào)箱冷凝水的回收利用

因?yàn)闈崪Q(jìng)室引進(jìn)的外氣量相當(dāng)大,故經(jīng)由冷卻盤管冷凝的凝結(jié)水也相當(dāng)可觀