出版日期:2020年02月22日
一趟美國行給我許多期待與感觸,美國是當代最富裕的一群人,但在我的工作領域中又明確的知道,美國是當代最浪費地球能源的一群人;所以情緒中總有一股去驗證的仇快感。
從申請簽證開始見識到美國人的恐慌與霸氣,進關的安檢讓人有草木皆兵的肅殺感,幸好當天我的褲子沒有太大、襪子沒有破洞,這是我對美國的第一印象;接著是如一線天的高樓大廈,幾乎都是最耗能的玻璃帷幕外牆,那樣的建築物如果沒有空調,應該無法生存吧;而路上的車輛驗證了傳聞,巨大的車輛滿街跑、而且大部分都是一個人駕駛,而車輛的效率規範,美國也是遠低於歐盟與日本,而動輒5000cc的大車子讓我大開眼界,難道是美國人比較胖嗎?(確實比例頗高)。
回收物或是廢棄物皆未分類,他們是否是執行後處裡?我不清楚。但這樣的生活習慣我不認同,另對物資的珍惜態度讓我吃驚,除了自助餐外,每餐我們幾乎都要一再叮嚀少一點,真的到了恐怖的階段,每一道菜的量大到讓吃的人都有壓力,所以剩菜的現象比比皆是,我觀察每一家餐廳客人結帳離開時桌上的食物,大都剩一半,真的夭壽!!!!
另積極消費的生活習慣也讓我大開眼界,積極消費促進經濟流動,其利弊見仁見智、眾說紛紜,我無法評斷。但每一件商品、都是由眾多資源彙整而成的,如因為需要那可以控制,如因為想要那會成為地球負擔,美國擁有全世界最便宜的購物天堂,卻也為地球增加了無以計量的負擔,這是價值觀的爭議。
其實美國人應該是人類現階段,最有機會與能力在節能減碳的產業上有突破的一群人,因為他們所擁有的研發能力與相關資源最強大,但因為他們的自大與蠻橫錯失了許多機會,尤其國民對生活習慣的堅持而讓他們成了全世界最耗能的人種,真是一個應該羞愧的成就。
但其對大自然森林的維護與堅持則讓我心生嚮往,好大一片森林、好美麗的一片綠意、水清澈見底,生態的完整度令人敬佩,我身處美麗的秋紅中心想,這是一塊得天獨厚的國土,他們也擁有改變世界的能力與機會,如果老天仍然厚愛人類,就讓美國人從現今忽視資源的珍貴、無感地球的危機中醒過來,以領頭羊的身分積極投入維護地球的行列中,這是一個祈禱。
空調系統來說,中央空調系統耗能主要為流體物質之熱交換器與流體機械二種。熱交換器是作為二種流體能量交換的設備,如冰水盤管、蒸發器、冷凝器與冷卻水塔散熱材等;流體機械則是推動工作流體循環的動力源,諸如風車、泵與冷媒壓縮機等。
熱交換器之耗能與節能分析於前幾期電子報已跟大家分享,本期與大家一同探討流體機械之耗能與節能分析。
流體機械耗電量(kWh)的多寡決定於運轉時數(hr)、輸送的工作流體流量(Q)、工作流體循環所需之揚程(H)以及效率(η,包括流機效率、機械效率、馬達效率等)。
kWh = Q×H×hr/η
只要不運轉流體機械當然就不用電也就不消耗能源,但這並不是空調目的。空調目的在於提供使用者舒適之環境或是製程時所需之工作環境,而是要「當用則用,當省則省」。
如何降低運轉時數,並有效而合理的管理,避免設備做不必要的運轉,是節能首要工作。
其次,流體機械設備容量之合理性,需搭配管路系統特性選配適當的流體機械,避免因設備容量過大造成耗能,再者可依負載需求調整系統流量,如將風量、冰水量及冷媒流量依負載需求調整變化,以減少系統在部分負載(Partial Load)時之耗能量。
可依下列方式做調整:- 選擇適合系統之水泵:
- 更換符合負載需求之高效率冰水主機:
- 適當地調整冰水主機之設定溫度:
- 冷卻水塔採溫度控制運轉,且冷卻水溫隨外氣濕球溫度重置,及更換高效率冷卻水塔之散熱片。
- 如有電熱器熱源裝置可併入既設之鍋爐蒸氣或熱水系統,冷卻水熱回收(Heat Recovery)系統,及太陽能之應用。
- 更換不合宜或故障之自動控制設施,或導入中央監控系統作最佳化運轉控制。
- 空調系統保養維護之管理:
依水泵之特性曲線圖選擇適合系統之水泵,不僅可確保冰水系統順暢地運轉,維持冰水泵之運轉壽 命,而且可以節省電費的支出。
以前設計者為了安全起見,絕大部分之冰水主機容量要比實際尖峰熱負載大,再加上實際尖峰熱負載在全年出現的頻率相當低,造成冰水主機大部分的時間都在低負載下運轉,而冰水主機負載率在60%以下運轉效率是不佳的
近年來新上市的冰水主機的耗電率已經普遍下降,如果使用之冰水主機老舊,COP值(性能係數)及EER值(能源效率比值)皆偏低,可考慮汰換成符合負載需求之高效率冰水主機,其經驗數據提出,投資成本約可在四年左右回收。
冰水溫度愈高,則主機耗電率愈低,亦即其效率愈佳。故就其適可範圍內調高其冰水溫度,將可減少許多不必要之運轉費用。
空調系統必須由專人或專業保養公司負責保養及維護,以延長其運轉壽命,並進行訂定、記錄、保養及定期評估節約能源目標值之措施。
各家空調系統因使用者之使用方式、工作環境等皆不同,除有良好的規劃、設計及施工,更需有良好的維護保養制度才能維持系統在最佳狀況下運轉。如能裝置中央監控系統,因其有計量、監測及長期持續追蹤考核系統性能。因為唯有透過資料擷取系統,將運轉數據蒐集、整理、及分析才能獲致有用的資訊及做出系統最佳化運轉。
變頻器應用於空調送風系統可簡單稱之為可變風量VAV系統(Variable Air Volume),其完整系統之控制包括五個子系統;室內溫度控制、供風量控制、供風及回風風量之匹配、供風溫度控制、及外氣量的節能循環控制,這些子系統控制的問題及一些VAV整體系統所產生的問題都和這五個子系統的運作有相當的關聯性。
可變風量VAV系統之簡圖
根據風扇定律,風扇馬達之功率消耗與風扇之轉速三次方成正比,因風量與風扇轉速之一次方成正比,故風扇馬達之功率消耗相當於與風量三次方成正比。但相較於其他空調系統(例冰水系統),VAV 系統的風扇整體耗能較低,所節省之效能也就相對較少。可是其控制難度與其他系統比較起來,卻是屬於難度較高的一種,因為若控制不良,將可能引起下列問題,必須謹慎注意:
- 減少的風量太多,導致空氣無法適當分配、換氣不良,高濕度、人員抱怨。
- 若使用直膨式盤管,風量的減少將導致盤管結冰及空氣溫度控制不良。
- 減少穿過任何熱交換氣的風量,會使得系統變得很複雜,造成控制更加困難。
- 在任何VAV 系統中,在系統各個末端出口之間,有效靜壓的分佈非常廣。若要取得良好的區域控制,就要採用適當之系統平衡及壓力補償的方法。
- 對於回風與送風之平衡與匹配控制,是相當的複雜且成本也高。
很明顯的,VAV 系統並不是簡單或可完全穩健自動控制的。使用VAV 系統需要謹慎的考慮及充分的理解,並留心在每個子系統的設計、控制與運作細節。
因為這個控制問題可能是在VAV 系統最困難且最受爭議的部分,所以特別選出來向讀者介紹。一般而言,為了彌補排氣風量及建築室內壓力的建立,回風量應少於送風量。最簡單的控制方式是單一控制器的風管設計,在送風風管中,回風及送風兩個風扇均被一個安裝在送風風管內的靜壓控制器所控制。因控制器以同樣的比例來降低回風與送風量,故兩者風量之絕對值差異量亦隨之下降,因此將會造成外氣補氣量與排氣量失去平衡。
單一控制器的風管設計
- 如下圖所示,利用風量計補償的風管設計,精準的量測送風及回風的風量,且調整風量保持絕對差。這是最昂貴的控制系統,但也是較好的控制系統。
- 利用二個靜壓控制器的風管設計,是相當經濟有效的系統設計方案。該系統在送風及回風風扇使用分離的靜壓控制器,重置回風風扇控制器以維持兩個風量之間的絕對差。該系統之主要問題在於尋找較好的回風靜壓測量點,混風區就是好的測量點,但是擾動較大。在濾網的下游的空氣相對較穩定,較適合測量點的設置,但可能會受濾網骯髒產生壓降而影響。
- 使用排氣輔助風扇,來替代回風風扇,如下圖所示。但採用排氣輔助風扇控制之方法只適用於較短的回風管路及較小回風壓損時,而排氣輔助風扇及風門可由建築內部之壓力控制。
利用風量計控制的風管設計
利用二個靜壓控制器的風管設計
利用排風控制提供回風平衡的風管設計
由許多節能案例中,了解國內工業、商業建築及家電,已逐漸普及,採用變頻器控制調整系統變風量、變水量及製程速度合理化,如空調系統(變頻冰水主機、VWV 區域冰水泵、冷卻水塔變風扇、VAV 空調箱)、抽排風機、給水泵及家電(變頻洗衣機、變頻分離式冷氣機)等,都可獲得節約用電約30%及更穩定舒適空調環境,目前變頻器因普及化,國產品質提升,價格大幅降低,已加速投資改善回收年限。
希望藉由這幾期之內容,讓大家能夠了解變頻器的功能及其應用之處,讓變頻器能夠推廣使用在各種系統上,相信若有完善的設計及使用控制,對整體節約能源方面將會帶來相當大的助益,不僅可減少運轉費用,也能幫助地球節能減碳,讓我們替岌岌可危的地球盡點心力。
作 者:釋戒嗔
出 版:圓神出版社有限公司
作者介紹:
戒嗔小和尚小時候因為家貧,12歲被母親送入寺院,如今已20出頭。
12歲在江蘇省茅山上的寺院出家,住在山裡的天真、懂事的小和尚,和我們一樣會上網、看電視、讀小說,並將自己生活週遭的生活點滴,化成一個一個小故事,於網路世界中造成極大迴響與共鳴。
「小和尚的白粥館」第14個故事:一克重的砝碼
那還是好幾年前,淼鎮新開了一家玩具店,主要經營一些玩具和裝飾品。有天和智緣師父以及戒塵小師弟一起去山下辦事,路過了這家店,戒塵被櫥窗擺放的各式各樣玩具吸引,邁步艱難。玩具店的老闆林施主以前也做過不少生意,其中有段時間在販賣家具,恰好寺裡更換家具,所以他和智緣師父打過交道。見我們路過,林施主便招呼我們進來坐,智緣師父看著戒塵留戀的樣子,笑著嘆氣帶著戒嗔一起進了店裡。
林施主請我們在茶几上坐,他從身後的櫃子拿出個小茶葉罐子,泡茶給我們,戒塵已經跑到櫃檯裡面去擺弄玩具了。坐了一會兒,戒塵搬了一個天平跑到我們坐的茶几旁問林施主,這個也是玩具嗎?
林施主說,這個是替鎮上學校採購的實驗用品。天平附帶著一個小盒子,裡面有各種重量的砝碼,重的幾百克,輕的只有一克重。
戒塵把砝碼倒在桌上,大大小小挨個兒往天平上放,林施主笑著看著他。天平在砝碼的改變下升升降降,戒塵拿起一個最小的砝碼,那個砝碼只有一克重,戒塵說:這個砝碼太小了,沒有什麼用途。
智緣師父說:那可不一定。他拿過那個一克重的砝碼,然後把天平兩端托盤上的砝碼全部拿掉,在兩邊各放一個一百克的砝碼,天平在搖晃中,慢慢平衡下來。
智緣師父把那個一克重的小砝碼放在天平中的托盤上,那個托盤立即沉了下去。 戒塵看著下沉托盤笑著說,原來這個小砝碼的作用居然如此之大。 智緣師父又說,那也不一定。他伸手把和小砝碼放在一起的一百克砝碼取了下來,托盤「咚」的一聲再次升了起來。
生活中的我們大多只是平凡的小人物,就像那個最輕的小砝碼,千萬別以為自己是沒什麼用的,因為在最關鍵的時刻,也許左右全局的人就是你。但即便左右了全局,也別以為你真的就那麼重要,必不可少了,要時刻記得自己只是一顆微不足道的小砝碼。
浮浮沉沉都不是我們應有的生活態度。
在便利、富裕及安樂都會中生活忙碌的我,看到這131個小故事,簡短卻發人省思的故事中,卻深藏著人生智慧與哲理。每個故事帶給我的是感動、反省與珍惜,甚至是心情的沉澱與寧靜。雖然讀書會分享仍在進行中,我卻迫不及待摘錄一小篇的故事與您分享~~
看完這個故事,我深感認同,若站在節能環保的立場上,我們每一個人都如同這個小砝碼。在地球上,一個人的力量微小如微塵般,但是越來越多人所形成的力量,雖不能與自然力量抗衡,但是減低破壞速度,卻是刻不容緩。讓我們一起努力,也讓越來越多人跟我們一樣朝節能環保的道路前進,也許踏出一步都是艱難萬分,但是您已經踏出第一步了嗎?加油喔!
安修是新進同事,是負責維修、保養、安裝設備之工程師。雖然仍是試用階段之工程師,但是他的工作態度深獲主管肯定,工作專業度上也獲得同事的讚賞。
以新進人員來說,安修是很值得培養的工程師,在教育訓練課程上安修要加油,別缺席喔!相信你會很快晉升正式工程師喔!