傑能系統工程 - 節能電子報

節能電子報：
出版日期：2020年02月22日

只是需要面對文：鍾榮中

月前因為有一個計畫需要前往事先勘查，所以會同朋友驅車前往我已經許多年未曾再親澤的南橫公路(省20號道)，台灣三條橫貫公路我最喜歡南橫，大山大水綠山白雲，也因交通功能沒有那麼強大，所以沿途交通流量其實不高，非常適合健行，我第一次獨自一個人以四天由梅山口徒步往東健行，越過關山啞口隧道，猶記著當時因為不是旅遊旺季，知名的救國團啞口山莊沒有開放，當晚就借宿啞口派出所與值勤的一位口音非常濃的警員擠在值勤室過夜，這段往事充滿年輕的熱情與探索的勇氣，那沿途的美麗景觀讓我難以忘懷，造就往後又有許多次獨自或是邀團在南橫健行，這是一段令人心滿意足且驕傲的記憶，我還曾將南橫的照片與國外的山友分享，得到許多讚美與驚嘆，這條公路一直都是我心靈上的後花園。

當天的勘察沿著楠梓仙溪往北而上，到甲仙之前整體的生態與地質狀態雖有些坍方，但都是小規模，過了甲仙南橫公路往東切出，過了荖濃就沿著荖濃溪切東北向而行，到了溫泉勝地寶來後整個溪谷的景觀開始出現令人驚訝的狀態，從該處直到梅山口的南橫公路幾乎是沿著荖濃溪畔開鑿而行，道路忽左忽右循著山勢而行，猶記著溪水的嘩啦流動聲總會在耳裡環繞著，就是一幅台灣美麗山區的景色，氣溫涼爽、山景翠綠、山勢蜿蜒、生態豐富、原住民部落錯落各處，但今我一過桃源不久許多處公路的路基全部被沖走，便道在溪谷中臨時被建構出，滿天黃砂滾滾，溪谷因為堆滿沖刷而下的大小石頭而幾乎看不見原來的水路，有幾段幾十公尺高的砂石填滿整個溪谷，車子行走在便道上顯得渺小與危險，這樣的景觀將我多年來深植內心的美麗與安祥敲碎，雖然我早已知莫拉克颱風重創南橫，但我沒有親眼目睹無法想像傷害如此慘重，除了目瞪口呆的驚嚇外，還有心疼自然大地的傷口。

南橫公路自開通以來，地質的因素常有造成交通中斷災害，所以其交通功能不強，但卻因此維持住該路線的原始景觀，平心而論南橫公路西段其開發狀態還算合理，與中橫比起來已經好很多，但地質的脆弱因素使其經不起天候的考驗，這就是大自然的平衡狀態，我們只能虛心的接受與面對，而且還要非常謹慎的與大自然相處；這次的南橫之行雖然有許多驚嚇與傷感，但我也真實的體認了人與大自然的角色地位，我們生存在大自然的管轄區域內，我們如以”乞丐趕廟公”的心態與大自然角力，那最後受傷的一定是人類，因為我們的人類與大自然相比太短暫與邈小了；當我們盡力的保護或是禮讓大自然，但天災仍然出現那我們真的只是需要面對而已，因為主人其實是大自然。

報載今年(2014年)南橫有可能會通車，這樣的信息讓我心動而神遊起來，我應該有機會再背起背包一一問候那天池的老松樹、檜谷的巨木、關山隧道口的帝雉、還有那雲、那潺潺的水鳴，及倘佯在山野的心靈悸動。

冷卻水泵葉輪修整節能案例分享文：張亦勛

一、前言

最近本公司於空調節能改善工程過程中發現，部分水泵由於當初計算安全係數設定過大，往往造成水泵設備能力選擇過大，造成系統試車調整時，才發現揚程或水量過大，進而調整閥體開度，導致管路噪音加大，且因此增加許多運轉費用，但有時因水泵設備設置時間很短，若直接更換，不僅需額外支付一筆費用，更換下來的水泵也幾乎無法用上，導致雙重浪費，本期專欄便是利用修整既有水泵葉輪，讓能力選擇過大的水泵不僅能將揚程及水量下降至適當條件，更能降低耗能量進而節能，以下就讓我們提供本公司執行的案例分享。

二、概念

離心設備當轉速不變，改變直徑，其特性會有下列關係：

$\frac{Q_1}{Q_2} = \frac{D_1}{D_2}$ (流量與直徑成正比)

$\frac{H_1}{H_2} = \left( \frac{D_1}{D_2} \right)^2$ (揚程與直徑平方成正比)

$\frac{P_1}{P_2} = \left( \frac{D_1}{D_2} \right)^3$ (軸功率與直徑三次方成正比)

以上稱為風車相似定律。

$Q= \pi \times D_2 \times b_2 \times \large{\eta_v} \times \large{\varphi_2} \times V_{2m} $
其中

$Q=流量 \left(m^3 / s \right)$
$D_2=葉輪外徑 \left(m \right)$
$b_2=葉片出口寬度 \left(m \right)$

$\large{\eta_v}=水泵容積效率 \left(\% \right)$
$\large{\varphi_2}=出口處葉片排擠係數$
$V_{2m}=流體出口速度軸面分速度 \left(m / s \right)$

$ \therefore Q \propto D_2$

$H_t= \frac{u_2}{g} \times \left( \sigma \times u_2 \times \frac{Q_t}{\pi \times D_2 \times b_2 \times \large{\varphi_2}} \times \cot \beta_2 \right)$
其中

$H_t=理想揚程 \left(m \right)$
$u_2=圓周速度 \left(m / s \right)$
$g=重力加速度 \left(m / s^2 \right)=9.81 \: m/s^2$
$ \beta_2=外徑與切線的夾角 \left( \theta \right)$

$\to u_2 \propto D_2$
$\therefore H_t \propto D_2$

$P_u= \rho \times g \times Q \times H$
其中

$P_u=有效功率 \left( w \right)$
$ \rho=介質密度 \left( kg/m^3 \right)$

已知$Q \propto D_2 \& H_t \propto D_{2^2}$
$\therefore P_u \propto D_{2^3}$

$\triangle h_{m3}=k \times \rho \times D_{2^5} \times n^3 $
其中

$\triangle h_{m3}=葉輪磨擦損失 \left( kw \right)$
$k=葉輪磨擦係數$
$n=轉速 \left( rpm \right)$

$\to u_2 \propto D_2$

由上式可知摩擦損失與外徑成5次方正比，可見減少葉輪大小能夠降低摩擦損失，使效率提升。

註：當用葉輪切割法改變水泵特性時，由實驗結果得知，如果按照理論值切割葉輪，那麼切割葉輪達不到期望值，葉輪切割的量越大，實際值與期望值之差異越大。

$ 轉速比n_s= \frac{3.65 \times n \times \sqrt{Q}}{H^{3/4}} $，其中，$ n=轉速 \left( rpm \right) $

轉速比	< 60	60 - 120	120 - 200	200 - 300	300 – 350	Over 350
允許切割量	20%	15%	11%	9%	7%	0
效率下降	每切小10%效率下降1%		每切小4%效率下降1%

三、驗證

此次分享案為冷卻水泵能力選擇過大，導致揚程及水量過大，冷卻水塔處不斷濺灑出冷卻水，造成積水以及水資源的浪費。原始改善方式利用調整閥體開度，增加管路磨擦損失，降低水泵揚程，但也因此產生噪音問題。後續本公司利用修整水泵葉輪，成功降低水量及揚程，也解決噪音及冷卻水噴濺問題，更降低水泵耗電量。

改善前電流

改善後電流

改善前揚程

改善後揚程

設備原始能力	40HP	設備適當能力	25HP	電源	3Ф380V60HZ
	葉輪直徑 CM	流量 LPM	揚程 M	電流 A	耗電量 KW
改善前	31	3,600	32	60.4	39.75
改善後	26	3,500	21	33.7	22.18
				節能率%	44.2%

若以此處冷卻水泵每年運轉4,000小時計算，每年約可減少$\left(39.75 - 22.18 \right) \times 4000=70.280\,KWH $，以及$70.280 \times 0.636=44698.08 \,kg \,CO_2 $，其中1度電CO₂排放量參考經濟部能源局提供之資料，若以平均電價每度3.5元計算，每年約可省下245.980元

四、結論

由上述驗證數據得知，能力過大的水泵的確可利用修整水泵葉輪進行改善，不僅可改善既有問題，更可減少廢棄水泵所造成的二次浪費，但最重要的還是在設備選用之初，審慎評估現場環境，選擇適當設備，才不會在使用之時，產生一連串的問題後，再去尋求解決方案，往往得不償失阿。