s17空调系统耗能特性coordination

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1、CoordnationControlOfMultiadjustableSpeedDrivesForHVACSystems一、介紹當我們討論空調系統節能策略時，一般只注意所謂的主要設備（primaryequipment）如冰水機、鍋爐等，而送風機、泵蒲等負責傳送冷/熱、建築通風的支援性設備經常在能源分析中被忽略。HVAC系統可能使用到的輔助設備眾多，例如送風與回風風機、排風機、冷熱水泵、冷凝器散熱風機、冷卻水塔風扇、冷盤管泵、冰水泵等。2001年美國能源部出版的報告顯示，HVAC系統輔助設備每年使用

2、掉約1.5千兆Btu的能量，大概相當於二千三百萬輛汽車每年所消耗的能源。台灣有98%能源仰賴進口，然而由於生活水準日漸提高，產業也不斷擴充與升級，例如許多高科技產業像光電、電子、資訊、生物技術，醫藥等，造成空調需求愈來愈高，因此如何有效提升空調系統的運轉效率，降低其耗能量，可說是目前空調領域極為值得研究的課題，傳統空調系統之附屬設備如空調箱風車、冰水機循環泵浦、冷卻水塔風扇等大都以感應馬達為動力，以推動系統內風量及水量以與冷媒循環系統及冷卻系統熱交換進行溫濕度控制完成空調任務。空調系統之風量及水量

3、與所，驅動之馬達軸功率之關係可利用動力學相似定律予以說明；該定律可以下列公式表示之：P「込(4)N、(1)小(2)(3)NJ■人以及HPtie{1，2｝，依序分別表示為風量（或水量）、風邑P2HP、HP.上式Q、管（或水管）內之背壓、輸出功率（以馬力表示），而N為馬達轉速，若各子系統之效率％已知則輸入功率可以表示如下：式（4）之功率，事實上即為感應馬達轉軸所提供之功率，由式（1）至式（3）知流量與馬達轉速成正比，而背壓與系統輸出功率均分別與轉速之平方及立方成正比。由於空調箱風車、冰水機循環泵浦和冷

4、卻水塔風扇其負載轉矩係隨轉速平方成比例變化，因此針對此類型負載（變轉矩負載）若引進可調速驅動器（ASD），可獲得甚佳的節能效果。因此當空調負載減少時，利用調控各子系統之驅動馬達以較低轉速運轉，故能大大降低馬達電力需求。一般空調系統大部分運轉狀態均處在輕載狀態，而空調系統各設備容量卻是依最大負載需求而設計，當系統負載需求降低時，若各子系統仍舊作全速運轉，則必然浪費過多能量。因此使用變頻變速控制，第一個獲得之好處即為省能，此項優點可以循環泵之水流量控制加以說明；當循環泵以定頻率運轉而欲降低水流量時，依

5、傳統方法必須關閉閥門以降低水流量，然而關小閥門時水管內之背壓將因之升高，由式(4)可知其節能效果亦受影響，若改以變頻變速控制則當水流量減少時，水管內之背壓自然亦隨之降低，由式(4)可知馬達之電力需求劇降，則省能效果當然更為顯著，參考圖一及圖二。應用感應馬達作變頻省能控制之另外優點為由於變頻變速系統之控制較具彈性，因此亦可能減少泵浦或風車之個數，相對的也使設備成本降低，此外空調設備如泵浦等之磨耗亦可相對減緩，可延長使用年限。圖二目前國內雖有少數的中央空調系統應用變頻技術於冰水主機、風扇以及泵浦之速度

6、控制，但對於如何選用適當之變頻器、與高效率馬達之協調運轉以提高整體之節能效果並無深入之研究，因此，雖然變頻控制具有節能優勢，若不知如何去整合操作各變頻器，將很難獲得最佳之節能效果。本文主要在透過經濟調度(EconomicDispatch)之運轉策略以降低空調系統運轉成本，對於任何指定之空調負荷，經濟調度決定了系統統內各機組之輸出，使系統運轉所需之成本減至最低，應用經濟調度原理配合變頻控制技術可大幅降低空調系統運轉成本，提升系統運轉效率。本文以四部管排風機(FANCOILUNIT)簡稱FCU供應一小

7、型會議室空調之協調控制與傳統ON・OFF控制以及個別機組變頻變速控制予以比較，來印證多機空調系統變頻協調之節能優勢。。二、研究實驗設備本文所選用的研究實驗設備，係以勤益技術學院冷凍空調系冷凍空調自動控制實驗室之儲冰空調教學系統為研究對象；此儲冰系統既可提供空調環境又可當教學實驗設備，為一全凍結式儲冰空調系統，其主機容量為60冷凍噸，儲冰能力為380噸■小時。其運轉模式有儲冰、溶冰與空調三種模式；儲冰模式係利用夜間製冰儲存以提供日間使用，如此可轉移日間尖峰電力；溶冰模式係溶解夜間所儲存於冰水槽之冰層

8、，以提供空調冷房所需之冰水；而空調模式則在儲冰量不足以應付空調負載時，可予回復空調模式繼續運轉。本文實驗以溶冰模式進行，空調冷房所需之冰水由冰水泵提供循環動力，本儲冰空調系統之各附屬設備及管圖三本儲冰空調系統之各附屬設備及管路配置路配置如圖三所示。三、傳統控制(一)傳統定頻控制圖四為一小型之空調系統此系統包含四部管排風機機組，並以集中供應冰水方式設計，由一冰水泵提供循環動力丁加％)K=l,2,3,4…提供空調冷房所需之冰水以與會議室內空氣熱交換進行溫濕度控制完成空調冷房任務。管排風