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節能技術手冊.五、水質管理 (8) 三-7~三-9

冷卻水管理與空調主機能源效率關係

節能技術手冊.五、水質管理—(主索引) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

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)

【大綱】　　　　在假貨充斥空調水處理業中，新湧就是信用、專業　　　TOP　BOTTOM

三-7. 冷卻水管理與空調主機能源效率關係
　　7.1.空調主機能源效率　　　　7.2. 鹽垢層之熱傳係數　　　　7.3. 空調冰水主機能效標準
三-8. 大樓空調冷卻水管理與電費關係
　8.1. 大樓耗能之分類分項剖析　　　8.2. 大樓浪費能源分析及其依據　　　8.3. 投資效益
三-9. 冷卻塔設計用資料　　　　　　　9.1. 冷卻塔負荷值　　　　　9.2. 冷卻塔相關設計數值

【內文】　　　　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。

三-7. 冷卻水管理與空調主機能源效率關係

7.1.空調主機能源效率

民國80、81年中技社能源技術服務中心接受經濟部能源局委託，訪測國內約600個案例，統計空調主機EER值下降幅度超過30％，並進一步證實80～90％的個案多因為結垢所造成，只有少數有冷卻水塔安裝不良，導致進風量過低等其他因素。事實上，國人亦常見到冷凝器酸洗過後，冰機效率立即大幅度改善的現象。

 圖6為中技社一連整年訪測的結果，顯示出許多空調主機效率並不理想，雖然EER效率值有些和機型型式有關，但換算各該機型新機的效率值，其衰退的百分比卻都有共通的模式關係，其中水系統操作管理不當即是最主要的因素。這點已經在隨後第二年的訪測中證實。此點亦可利用熱傳、熱力學進一步確認。

7.2.鹽垢層之熱傳係數

鹽垢層之熱傳係數如表81所列示之內容，由本表可知碳酸鈣熱傳係數大約只有鋼的1/35，銅的1/300。

 表81　鹽垢層之熱傳係數值

7.3. 空調冰水主機能源效率標準

經濟部能源局於民國九十年九月公告「空調系統冰水主機能源效率標準」（見表82），並訂第一階段於民國九十二年一月一日實施，第二階段於民國九十四年一月一日實施。

能源局另訂定「政府機關辦公室節約能源措施」，其中規定空調系統應定期清洗主機熱交換器，也就是說運轉應維持在表82所述之高效率狀態。

　　　　表82　空調冰水主機能源效率標準　　　　大綱　TOP　BOTTOM

註：

(1) 冰水機能源效率比值（EER）依CNS 12575容積式冰水機組及CNS 12812離心式冰水機組規定試驗之冷卻能力（kcal/h）除以規定試驗之冷卻消耗電功率（W），測試所得能源效率比值不得小於上表標準值，另廠商於產品上之標示值與測試值誤差應在5%以內。

(2)　　 性能係數（COP）= 冷卻能力（W）÷冷卻消耗電功率（W）＝1.163 EER。1 RT（冷凍噸）=3,024 kcal/h。

三-8. 大樓空調冷卻水管理與電費關係

大樓空調冰機由於耗能龐大，也相對具有高度的節能潛力，特別節能改善與水質管理息息相關，節能改善的投資效益相當高，進一步分析於下。

8.1.大樓耗能之分類分項剖析

空調耗能佔大樓用電總量比例最高，約50～60％（參見圖7）。其中又以空調主機佔空調系統比例最高，約55～65％（參見圖8）。因此對空調主機進行節能改善可以收到事半功倍的好處。

進一步分析耗能及結垢造成浪費，依照中技社實測統計結果，此浪費平均超過30％，再按照各大樓使用特性分別如下節所述。

8.1.1. 百貨大樓耗能分析

以1,000 RT的百貨大樓為例，營業時間10：00～22：00，一年開機365天，夏天平均90％，冬天平均30％，全年平均60％，一年間正常的主機耗能應為

1,000 RT×0.7 kW/RT×60％×12 hr/D×365 D/年
＝1,839,600 kWh/年＝5,518,800元/年（3元＝1 kWh）

但實際上卻因為結垢浪費了30％的電能及電費，約為1,655,640元/年。

圖7　各類大樓的消耗電能分析表，其中以空調系統耗能佔大樓總量比例最高。

　　大樓類型依次由左上至右下為醫院大樓、飯店大樓、辦公大樓、百貨大樓。

8.1.2. 醫院大樓耗能分析

以1,000 RT的醫院大樓為例，開機時間每日24小時，一年開機365天，夏天平均90％，冬天平均30％，全年平均55％，一年間正常的主機耗能應為

1,000 RT×0.7 kW/RT×55％×24 hr/D×365 D/年
＝3,372,600 kWh/年＝8,431,500 元/年（2.5元＝1 kWh）

但實際上卻因為結垢浪費了30％的電能及電費，約為2,529,450元/年。

8.1.3 飯店大樓耗能分析

以1,000 RT的飯店大樓為例，開機時間每日24小時，一年開機365天，夏天平均90％，冬天平均30％，全年平均50％，一年間正常的主機耗能應為

1,000 RT×0.7 kW/RT×50％×24 hr/D×365 D/年
＝3,066,000 kWh/年＝7,665,000元/年（2.5元＝1 kWh）

但實際上卻因為結垢浪費了30％的電能及電費，約為2,299,500元/年。

8.1.4.  辦公大樓耗能分析

以1,000 RT的辦公大樓為例，開機時間每日12小時，一年開機260天，夏天平均90％，冬天平均30％，全年平均70％，一年間正常的主機耗能應為

1,000 RT×0.7 kW/RT×70％×12 hr/D×260 D/年
＝1,528,800 kWh/年＝4,586,400元/年（3元＝1 kWh）

但實際上卻因為結垢浪費了30％的電能及電費，約為1,375,920元/年。

8.1.5. 大樓耗能綜合分析

上述大樓依照其類型及消耗的電力列表如下，表中最右側數值為結垢造成浪費的節能空間，為節能的投資效益潛力最大之處。

8.2.大樓浪費能源分析及其依據

根據調查蒐集及研究結果，下述三方面都互相吻合，其可靠度值得信賴。

8.2.1.  根據中技社實地訪測結果

根據中技社經過80～81年二年訪測全國600多家大樓空調主機之後發現：空調主機平均較當時各該主機出廠之EER浪費了30％以上，且結垢佔了所有因素的90～95％，少數案例為冷卻塔安裝不當及噸數不足造成水溫過高。

其詳細統計曲線如圖6所示。上述實測結果換算的百分比也同樣適用於新機型。其學理依據如下段熱傳熱力學所分析。

8.2.2. 根據冷凍空調的熱傳熱力學原理分析結果

由熱傳學理分析，結垢造成熱傳阻抗增加，因此熱交換率大幅降低，難以立即帶走壓縮機傳送過來的冷媒熱量，冷凝溫度和壓力隨之升高，冷凍能力降低。為了維持相同的冷凍能力，以便達到設定之溫度濕度等空調條件，冰機的自動控制模式就自動加載，因此耗電當然大幅增加。

再由熱力學的Mollier曲線的熱焓值來推算，結垢導致冷凍能力降低極為明顯，又增加電力耗損及電流值。

8.2.3. 根據業界實務經驗

每一個空調主機的操作工程師實際經驗都發現：主機經過年度保養酸洗之後，第二天開機後相同運轉下負載都大幅降低，加上電流值也降低，二者合併降低高達30％以上。

8.3.投資效益

8.3.1. 提高主機運轉效率的效益

依照上述分析，空調節能潛力高達90～95％以上，空調冰機的節能技術又加上電腦EER節能專家管理系統，可以立即且隨時顯示電能運轉狀況及電力節省狀況，並且建立資料庫提供日後的追蹤考核及分析，是業主不可多得的節能專家等級之幫手。每年的效益如下表所示。

8.3.2. 延長空調設備壽命的效益

空調工程的壽命以可靠度為標準，大都工程公司只承認10～15年，事實上許多空調系統運轉5～7年之後，就有經常因腐蝕問題造成維修零組件的大筆花費。一般節能專家技術可以延長為20年以上，如果以1,000 RT空調工程4,000萬元的公認估價計算，每年的折舊費用可以由400萬元（4,000萬元÷10年＝400萬元/年）大幅降低為200萬元（4,000萬元÷20年＝200萬元/年）。此部分的經濟效益高達400萬元/年－200萬元/年＝200萬元/年。

8.3.3. 水質管理節能改善之綜合效益

有形經濟效益

綜合上述節能效益高達120～240萬元/年，折舊效益200萬元/年，合計有形經濟效益高達320～440萬元/年，或20年累計達6,400～8,800萬元。

其他無形經濟效益

因為跳機或不冷造成自用的營業損失、辦公效率不彰，或出租時房東與房客因電費高低的爭執、影響樓宇出租的業務或管理，甚至因為需彌補此空調能力的結垢損失而增加空調工程投資費用，在邁入微利時代自用或承租戶都會精打細算的年代，凡此種種都屬於無形效益。 

三-9. 冷卻水塔設計用資料

9.1.冷卻水塔負荷值

　　　　　　　表79　熱交換設備冷卻水塔負荷一覽表　　　　大綱　TOP　BOTTOM

9.2.冷卻水塔相關設計數值

9.2.1. 冷卻水塔設計選用的溫度值

冷凍空調用冷卻水塔出入水溫差(△t_w)通常約設計在5（CNS 12812、12575）～5.5（ARI-550）℃，外氣濕球溫度與出水溫度（稱為冷卻水塔趨近溫度）約在3（先進國家高級機種）～5（國內機種）℃以下。

9.2.2. 冷卻水塔之氣水比

冷卻水塔之氣水比(λ＝L/G)約在0.7～1.5

　　　　　　　表80　出入水溫差與氣水比　　　　　　　大綱　TOP　BOTTOM

9.2.3. 冷卻水塔橫截面積

(1)L/A值介於2,500～17,000 kg/m²；h值在冷卻範圍小且趨近溫差大時，取大值，冷卻範圍大而趨近溫差小時，則取小值。

(2)G/A_G值較經濟實用者約9,500 kg/m²；h，塔內風速2.5 m/s以上。

(3)工業用冷卻水塔L/A值約在7,000～10,000 kg/m²；h，空調用約10,000～12,000 kg/m².h。 

9.2.4. 冷卻水塔風壓損：

(1)空調用逆向流型約10 mmAq，直交流型約6～8 mmAq。

(2)工業用大型冷卻水塔約10～16 mmAq或以上。

(未完待續)

(本章結束)　　　　　　　　大綱　TOP　BOTTOM

節能技術手冊.五、水質管理—0介紹與主索引、1水質管理判斷基準、2鍋爐用水、3鍋爐水管理與節能關係、4高壓鍋爐給水之水質標準、5鍋爐用水處理相關規定、6冷卻水水質管理、7常用藥劑、8冷卻水管理與空調主機能源效率關係、9常見工業用水水質要求

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