1. 冰水變水量節能應用
(1) 傳統二次側變水量系統
目前大多數的空調用戶所採用的冰水系統一次/二次水循環系統(Primary/Secondary),又稱為分藕合系統(decouple),如圖3.53 所示,其中主機側(一次)水循環通常為定水量循環,負載側(二次)則為變水量循環。旁通管是用來自動調節冰水量,使得負載變動時一、二次側間冰水循環量不同之現象得以平衡。當二次側出現最大負載時,其冰水需求量約與一次側循環量相當,此時旁通管中之流量接近於零。當二次側負載降低時,若空氣側是以二通閥控制冰水進入熱交換器的流量,二次側總冰水量將會低於一次側;若熱交換器是以三通閥控制時,二次側冰水總流量則可能會高於或等於一次側。此時一、二次側間冰水循環量之差異可藉由旁通管來調節,如圖3.54。傳統二次側二通閥變水量之設計可藉由變頻器與變頻水泵達到節能的效果,但一次側水泵耗電量並不跟隨負載降低。
在冰水機之負載變化方面,由於冰水機前後之冰水管路皆各以集水頭(header)連接,由集水頭分配給各主機之冰水回水溫度完全相同,加上定冰水流量之設計,使得各主機會以相同的負載運轉,供應出相同的冰水出水溫度。
圖3.53 一次/二次水循環系統溫度與流量狀態(全載)
圖3.54 一次/二次水循環系統溫度與流量狀態(部份負載)
一次側變水量系統取消了二次側泵浦,以高揚程變頻泵浦來取代一次側定頻泵浦。並以一個額外的專用控制器進行冰水機群與水泵控制。專用控制器以溫度計與流量計對二次側(負載側)進行負載量測計算,並送出指令給予水泵變頻器使變頻水泵供給適合該負載所需之冰水流量。高揚程泵浦並不與高耗電量畫上等號,原因是一次側變流量的設計,使泵浦有較多的時間是在較低水量與低耗電下運轉。
變頻水泵的位置必須與冰水主機脫離而將其移至集水主幹管前,使全部的泵浦皆能於部分流量時,受惠於泵浦耗電量與流量變化呈三次方正比之特性。水泵的數量不需與冰水機數量相同,藉由水泵之數量與選機最佳化可更進一步節省水泵的耗電。
由專用控制器依使用端之流量計與冰水溫差計算出即時的負載,用以決定主機之運轉(機群啟停)時機,並送出指令給予冰水機所對應的冰水電動閥,開啟或關閉冰水流量。專用控制器僅進行實際負載量測、主機負載分配、機群啟停以及各主機冰水閥開關的控制,並不直接對主機進行加卸載之控制。所有主機的加卸載仍由其各自的控制系統,依各自出水溫度自行調控負載,以維持出口水溫恆定。
圖3.55 為一次側變水量於全載時之水溫與流量狀態,此時各主機之水量為全載流量,各主機冰水溫差即為全載溫差。當系統負載下降時,如圖3.56 所示,專用控制器通知變頻器調節水量,而同步降低三台主機的冰水供應量,當水量下降時,主機之出水溫度會下降,進而使主機降載,以維持設定的冰水出水溫度。各機冰水量可藉由熱交換器水側壓差的量測換算而得,或使用水量專用流量計。藉由水流量的調整,可使各機之負載與冰水溫差一致。
圖3.55 一次側變水量系統全載溫度與流量狀態(30000 lpm)
圖3.56一次側變水量系統部份負載溫度與流量狀態(24000 lpm)
旁通管上裝設有比例閥,一般狀況下此閥為關閉的狀態。只有當所有主機陸續關閉,僅剩一台部份負載機運轉,且負載持續降低,冰水流量已小到不利於主機運轉的程度時,專用控制器會開啟旁通閥,使一次側之水量大於二次側之流量,以滿足冰水機最低流量之要求,維持冷氣之持續供應。