趨近溫度的謬思(1)
總彙系列:1.CNS/EER/積垢/熱傳熱力綜合系列,2.CNS/EER系列/應用,3.總彙.水處理化工技術,4.總彙.水處理術語,5.EER工程.早期總彙,6.E平台-水處理技術
水處理技術系列:1.空調水質污染計算,2.EER問題與改善方法.原理,3~4.化工技術解說(1),(2),5.空調技師-水處理設計技術,6承包商水處理技術,7水處理.實用技術及市場狀況
CNS系列檔案:CNS,AHRI技術,CNS,AHRI技術要點,EER節能技術90%,空調主機EER量測驗析實務技術,EER全年確效技術,冰機EER.基準值技術及運用技術
EER與積垢浪費檔案:EER訪測.經濟部,綠基會實測,費用展開表,LCC 20年比較表,積垢與LMTD公式演算,積垢熱傳熱力分析,LMTD公式演算筆記,節能術語解釋及技能說明
工程效益系列:費用展開表,工程經濟效益評比,偷工減料、損害業主權益
EER改善成效檢驗系列:懶人包(0)、(1)、(2),穩態EER技術(1)、(2)、(3)
成效驗析實務系列:EER驗證分析實務(1)、(2),EER驗證分析系統畫面(新版)
趨近溫度系列:趨近溫度的謬思(1)、(2)、(3)原來一直都錯了、(4)謬思的實證
防蝕技術系列:1腐蝕測試.SOP,2腐蝕試片,3腐蝕照片與防蝕效益,4冷卻水管腐蝕破管
防蝕效益系列:1冷卻水處理腐蝕率標準,2水處理防蝕經濟效益技術
法令系列:1水處理採購與法令,2水處理與能源管理法,3水處理與技師法,4.EER工程帶動空調產業發展,5.ESCO產業發展的契機,6水處理與偽造文書,7承商水處理技術
業主系列:1主機EER改善.第一步,2業主進階技術,3基本功,4業主再進階技術,5運轉EER改善專案,6精明購買家.知識經濟,7.CUS/EUS發包範例.解說,8水處理送審範例解說
監造系列:搶標下.業主監造技術(1)、(2)、(3),揭開按圖施工的誤謬(1)、(2)、(3)
【大綱】 在假貨充斥空調水處理業中,新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
一、本文背景 偽科學1 偽科學2
A.謬思產生的緣由 B.台電電費、節能與趨近溫度無關
二、正確的科學的主機效率EER、COP量測
A.CNS 12575/AHRI 550量測主機效率EER、COP B.台電電費與EER、COP
三、結論
【本文】 在假貨充斥空調水處理業中,新湧就是信用、專業 TOP BOTTOM
30~40年來空調業界的雙重困擾之處,尤其是施工採購送審未達CNS 12575防垢成效標準卻假冒者,就是不真,就是假貨,充斥在空調水處理工項中,毋庸贅述。
要言之,防垢成效檢驗技術如下,此可由本公司研發成功的M&V節能量測驗析軟體的518,400筆/年運轉資料庫依序提供:
1. EER量測(CNS 12575)取得動態EER→
2. 依水溫負載群組→取得穩態EER→
3. 依相同水溫負載及週,月,季,半年,年之時序做比較分析→
4. 由比較分析結果確定防垢成效;之此系列技術。
進言之,本技術之實務與解說參見超連結;又,M&V節能量測驗析軟體為其進階的應用實務技術,可提供快速且正確的防垢成效檢驗結果。
一、本文背景
最近拜訪電子廠,言談之中有少數空調廠務員以“趨近溫度代替主機效率EER、COP,只要趨近溫度控制在2℃或3.6℉以內,主機效率EER、COP就高”,這是非常嚴重的謬思。因為我和主機廠商都很熟而詢問過他們,沒有人承認有這種講法。意思是:沒有人肯負責這種謬思。但因本公司推動主機效率EER、COP節能改善,這種謬思及錯誤並非普遍亦非多數,但該個案卻嚴重影響推動成效,該少數電子廠依據經濟部二次實測本身也因為積垢浪費而受損,且因無改善持續受損卻不自知。
這謬思就像下面非常普遍的例子,常見有人把“人有二隻腳”倒果為因,講成“有二隻腳就是人”。因為牠可能是雞、鳥、猩猩、猴子等等而不是人。這是用具體事物來比擬抽象概念的因果倒置之比方。原始意思只有“趨近溫度最好控制在2℃或3.6℉以內,不超過的話表示效率還好”一句方便的話,沒有想到有人愈描愈黑,也拿雞毛當令箭,把它和EER、COP畫上連結甚至等號;完全忽略運轉EER、COP必須量測及分析比較的檢驗,才能得知積垢浪費的嚴重程度。
這些人又有點像罹患肝病、胰臟癌等等症狀病人,雖有罹病癌跡象,但因不會痛就誤以為可拖延,往往延誤就醫,而等到症狀嚴重及檢查報告出來都已經是末期了。同樣的,拖延改善病症使得因積垢浪費(已由經濟部二次實測證實),繳付給台電公司的這大筆本來可節省之電費,自己浪費了就構成冤枉繳付,那是不能退回的。由於主機效率EER、COP比較分析必須藉助電腦程式做為工具量測與計算,這有科學依據的部分,因為必須先學習主機效率相關因子及排除干擾等錯綜複雜的專業步驟才能理清楚,然後花錢購買程式因而容易產生推託的心理障礙;在這種種情況下,偽科學(定義參見下段註1)就可以讓空調員自己編故事、穿鑿附會口頭報告或文字解說,一方面可當作應付上級長官的藉口、而自我感覺良好,另一方面更避開學習的難度、及花錢且繁複的採購、驗收檢驗成效、保固追蹤成效之程序,又可滿足“眼不見為淨”的人類通病,這通病早已存在且孳生蔓延在各地的空調員。逃避是另一更深層次的人類通病,忙碌是人類很好的藉口及安慰劑(醫學測試經常利用安慰劑來篩濾心理作用的誤差),這通病部分本文也表示同情;但浪費的電費一旦繳交給台電,就無法要回來;且萬一被長官發現是你浪費的,再加上可採用正確的科學的運轉EER、COP量測驗析,你應提出改善卻未提出,身為後者的你就麻煩了,遑論長官是否被你連累因浪費電力而受責一事,就更難說了;你「應提未提」這點卻是眾人不爭已明、也是得要面對的事實。二者有前述數個共同的心理病癥,既然講明,就此不再深談。此外,台灣的電子廠幾乎都仰賴出口而存續其營運,在這波歐美著重碳足跡的潮流,歐盟碳交易體系建於2005年,2023年起課徵碳關稅,美國與中國大陸即將出現,我國環保署跟隨該潮流而與時俱進;空調耗能佔比高於其他設備,在生產原物料碳足跡相同之下,設備耗能佔比是否足夠節能,CNS 12575運轉EER、COP比較分析的防垢成效檢驗技術,這重要性就凸顯出來了;屆時,趨近溫度的謬思已無可躲藏,必須攤在陽光下了。
註1:偽科學(pseudoscience),又稱假科學、壞科學、疑似科學,是指任何自宣稱(包括來源)為「科學」,或描述方式看起來「像科學」,但徒具外表,
1. 實際上並不符合「科學方法」之基本、簡單要求(即再現性)的知識、
2. 缺乏支持證據,
3. 禁不起可信性測試,或
4. 缺乏科學形式;
偽科學常常使用模糊的、自相矛盾的、誇張的或無法證明的主張,過度依賴人的支持而不是嚴格的檢驗,缺乏其它專家的公開確認,缺乏系統化、理性化的理論過程。日常生活常出現「似是而非」的詭辯,偽科學就是類似狀況,最常出現者為資料分析採內插法屬科學,但採外插法非屬科學;這點大家都知道。但以敘述辯證時,採外插法就很難被抓小辮子了,原因是聽的人抓住重點已非易事了,何況抓出把柄更是難上加難;這也是偽科學可以混水摸魚、無法斷絕而長期存在之因由。本文還是回歸正確的科學的EER、COP技術。
簡言之,趨近溫度控制在2℃或3.6℉以內,在台電的電錶仍無法秀出他的節能成果,或是浪費電力的節能總量(主因是二者都有可能),台電仍依照電錶收費。這就是謬思所造成的積垢損失並須繳電費,特別碳足跡影響營運的損失,都將由業主自行概括承受。總括來說,空調主機製造廠為了
(1)主機售後年保的業務商談,趨近溫度控制在2℃或3.6℉以內一事,唯一的功用僅是擬
定出來作為和該主機客戶有客觀的服務數據,當作其主機運轉順暢與否的評估依據;
(2)另趨近溫度高達在5℃或9℉,則當作酸洗與否的決定依據。
這屬於主機製造廠的業務開發與服務工作,不是科學與技術的嚴謹領域,大家都予以尊重(即實務上各忙各的、無暇理會),無人願意予以探討。
本文乃討論此謬思的緣由,而正確的、科學的EER、COP量測已有CNS 12575之國家標準及AHRI 550之國際標準,本文在第二節澄清解說及改正趨近溫度的錯誤;惟,仍以建立正確的量測驗析EER、COP為基礎。
A. 謬思產生的緣由
空調主機製造廠同樣也是其PLC階梯圖、人機介面(Human-Machine Interface;HMI)的程式開發廠,
但過度操弄這手段(意即該講清楚卻不講清楚,而任令此謬思繼續存在),導致空調主機操作維護工程師有上述謬思,以消費者保護法的無過失責任為標準來論,製造廠當然有過失,至少有道義上的瑕疵是免不了的。特別是製造廠把趨近溫度相關的計算依據納入營業機密隱瞞,外人無從得知。
下一小節為本公司研發所得的空調主機及相關程式學理,敬請業界先進予以指教。
1. 冷凝器過冷設計及程式撰寫的機密
由冷凍空調原理的莫里耳曲線在壓焓圖呈現,可以很容易看出冷凝器過冷設計可以比飽和冷凝狀態設計創造超較高的效率。另外,製造廠的程式撰寫亦可指定趨近溫度低於0.1、0.2℃或℉以下者,均以該數值呈現。數值由製造廠自行訂定。這是簡單的撰寫技術。但這二者通常製造廠都當作營業機密,外人無從得知。
再者,全球的電子式溫度計,標準型之儀表精度,其誤差為+/-0.5℃,而精密型之儀表精度為+/-0.1℃,但為前者之數倍價格。一般商業競爭下採用前者。此時,趨近溫度為二個溫度的差值,其誤差可能達1.0℃,亦即如果有一個誤差是+0.5℃,另一個誤差是-0.5℃,雖然二者個別都經過校正,也都是合格品。當然這就是機率問題了。但二個溫度的差值達0.3、0.5、0.7℃,甚至是負值(雖然冷凝溫度高於冷卻水出水溫度,但溫度計的誤差高於趨近溫度時,顯示負值),也都是機率問題了,且前述負值由程式取其正值,亦是簡單可行。
程式撰寫當然可隨製造廠的意思來設計。製造廠非常了解使用者的心態,也極力避開眾所共知:使用運轉的EER、COP因積垢大幅降低所造成的困擾。特別是這困擾必須浪費他的人力物力,增加他的成本費用,但他卻很難收取費用,更不要說利潤了。這種狀況下,當然“不顯示EER、COP”就是第一首選了。但還是必須給使用客戶相類似的指標,此時趨近溫度便成為第一候選人。趨近溫度與熱傳概念有部分關聯,但無計算式可以依循(連LMTD雖有計算式,只需注意把相同水溫負載的LMTD做比較即可看出積垢程度變化趨勢。趨近溫度沒有計算式可以依循,更無法比較而與運轉EER、COP無關)。只要他的業務工程師不要越界踩紅線,使用客戶因為空調運轉EER、COP缺乏訓練,技術概念不足,容易自己越界踩錯誤的紅線,那是使用者的錯。只要自己的業務工程師不要越界踩紅線,就可以撇清責任了。這種模糊混亂狀況下,把使用者誘引到滑溜區域卻不提醒,等於馬路施工沒有警告標誌一般;趨近溫度作為顯示指標,當然就是第一首選了。本文下節CNS 12575量測主機效率EER、COP(參見二A1.~2.小節)及台電電費與EER、COP二段,寫出EER、COP量測及台電電費方式都看出電費與趨近溫度並無正相關。趨近溫度的謬思有個有趣的比方就是,男人可以娶女人當老婆,但謬思卻是在馬路上看到女人就帶回家當老婆。
2. 謬思的產生
謬思顧名思義就是錯誤的思想模式、偏差的思維。
本公司經過調查發現:電子廠的空調主機操作維護工程師,他們很少受過科技大學四技空調系的完整訓練,大多數是機電科系,所以容易被誤導或自己誤導產生上述謬思。主機廠業務工程師只要選擇性解說對自己有利的主機性能效率及趨近溫度,但對如何計算效率EER、COP及真實運轉後的積垢降低EER、COP卻避開不加以講解,這就造成謬思產生的溫床。
B. 台電電費、節能與趨近溫度無關
Σ[(kW/RT*RT)*h]=Σ(kWh),這就是台電電錶中空調主機耗電收費的量測方式,可由計算式明顯看出電費與趨近溫度無關。
由於電費及CNS對EER、COP已有明確的計算式與量測步驟(參見二A1.~2.小節),足夠以澄清趨近溫度無法作為節能的計算式,本文就不用再探索趨近溫度的謬思一事,以節省時間。畢竟,時間及資源應用於節能等有意義的事上,不要浪費在錯謬事上。以下再進一步來說明。
二、正確的科學的主機效率EER、COP量測技術
就像是偽鈔都印刷的非常像是真鈔的樣子,照樣,趨近溫度的謬思也“似乎”像是主機效率EER、COP的替身。但,不是就是“不是”。首先,主機廠“沒有人承認有這種講法”。這是最直接的表達。其次,台電的電錶計算用電量也與趨近溫度無任何關聯。最重要的是:國家標準CNS 12575與世界標準AHRI 550都列印出直接量測主機效率運轉EER、COP的標準方法。
A. CNS 12575/AHRI 550量測主機效率EER、COP
1. 主機效率EER、COP計算式
CNS 12575/ AHRI 550量測主機效率EER、COP的標準方法請參見冰水機EER、COP測試方法(包含附圖)。其計算式如下。
Q =m*Cp*ΔT=UA*ΔTLM --------------(1)
m:冷卻水或冰水流量 Cp:水的比熱,1 kcal/℃-kg
ΔTLM:對數平均溫差(簡稱LMTD)=(ΔT1-ΔT2)/(lnΔT1-lnΔT2)------(1-1)
ΔT1:入水端溫度差(入水溫與冷媒冷凝溫),ΔT2:出水端溫度差(出水溫與冷媒冷凝溫),一般俗稱之趨近溫度指的是出水端溫度差。再由相關計算式,已足見趨近溫度與EER、COP關係錯綜複雜,可能節能亦可能浪費,倘若因此項誤判而受損害的危險,卻因主機耗能相當大而變大,就得不償失了。
積垢與LMTD公式演算一文對LMTD有深入探討。
由式(1)演算 ΔTLM=Q/UA --------------------------(1-2)
Q:散熱能力(QCOND,冷凝器側)或冷凍能力(QEV,蒸發器側)
2. CNS 12575/AHRI 550主機效率EER、COP量測步驟
CNS 12575/ AHRI 550量測主機效率EER、COP的標準方法請參見冰水機EER、COP測試方法(包含附圖)。其量測步驟如下。
1. 量測水流量、進出水溫差後計算(包含單位換算)得出散熱能力或冷凍能力
2. 再由散熱能力及對數平均溫差計算得出UA值及(1/UA)值。由每月的UA值可以看出熱交換的變化(遞減或降低的趨勢),由每月的(1/UA)值可以看出熱阻抗的變化(遞增或上升的趨勢)
COP=QEV/kW --------------------(2)
QEV:冷凍能力(單位kW、kcal/h、RT)
kW:量測得出的電功率
COP:空調主機性能係數(單位:無因次,或kW/kW)
EER=COP*0.86 (單位kcal/W –h) --------------(3)
1 kW/RT=3.516/COP=3.024/EER (單位kcal/W –h) --------------(4)
由每月的COP、EER值可以看出空調主機效率的變化(遞減或降低的趨勢) 。而kW/RT為耗電率,顧名思義,它與COP、EER就有倒數關係,正如式(4)所示。
B. 台電電費與EER、COP
能源效率比值有COP、EER和kW/RT三個表達方式。式(2)之QEV冷凍能力其單位以RT表示時,kW/RT就是能源效率COP的倒數。Σ[(kW/RT*RT)*h]=Σ(kWh),這就是台電電錶空調主機耗電收費的量測方式。必須注意的是電錶直接量測電源端電流、電壓、功因的綜合結果。空調主機耗電遇上積垢導致能力不足時,主機自動加載所增加的電量就屬於浪費的部分。這部分金額龐大,可經由積垢改善的水處理技術而節約。
三、結論
科學和技術都屬世界通用的原理、計算式所建構,使用者絕不能胡亂增減、延伸或縮短,否則錯誤都須自行承擔其後果。這是工程師的常識,必須謹記在心。
趨近溫度是簡易及粗糙的使用名詞,但不是空調主機的能源效率名詞。能源效率應依CNS 12575標準來量測計算,且因積垢導致EER、COP大幅下降,進行節能改善其經濟效益極高,且應要求改善之技術服務業者提供量測驗證分析,來驗證改善效益。這樣,不但自身享受節能改善效益,且碳足跡良好及節能減碳績效能增進地球村的人類福祉。
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