5℃冰水出水溫度提升

2017/12/8 上午 09:32:37
案例名稱

5℃冰水出水溫度提升

案例說明

該廠採用5℃與9℃雙冰水離心式冰水主機，也是業界常用節能方法；5℃為系統需求最低溫度，在不影響 clean room 環境溫溼度下，將5℃冰水主機出水溫度提升至5.5℃，提升冰水主機性能係數(COP)，並減少R-123冷媒壓縮熱產生。冰水水質加藥控制，降低主機蒸發器趨近溫度，提昇主機熱交換效率，降低壓縮功，以達到節能之目的。

改善前狀況

該廠改善前尚未採用雙冰水離心式冰水主機，因此較為耗能。

改善後狀況

說明：

    1.依設備廠商提供之資料 5ºC冰機效能= 0.6kW/RT

    2.實際5℃冰水出水溫度，冰水主機效能達0.597kW/RT(年平均)

    3.實際5.5℃冰水出水溫度，冰水主機效能達0.567kW/RT

計算：

    將冰水出水溫度調至5.5℃，

    1.主機耗電率由原本0.597kW/RT降至0.579kW/RT

    2.每公斤冷媒的壓縮熱減少3.1%

    3.性能係數(COP)增加3.4%

    約可節省3,605MWh/年之電量，節省運轉成本5,407仟元/年

原理說明(flow chart)：

蒸發溫度T1所構成冷凍循環A-B-C-D，蒸發溫度T2所構成冷凍循環A- B'- C'- D'，其中T1＜T2，ha、hc、hc'、hd'、hd分別為A、C、C'、D'、D狀態時之焓值，A-B'、A-B為等焓過程，所以A、B、B'焓值相同。

對於A-B-C-D(T1)循環，COP = qe/W = (hc－ha) / (hd－hc)

對於A-B'-C'-D' (T2)循環，COP = qe/W = (hc'－ha) / (hd'－hc')

 

目前該廠有12台5℃冰水主機，總冷凍噸數為21,960RT，冷煤為R-123系統，

冷凝溫度：34℃，冷凝器之冷凝壓力：126.1kPa

蒸發溫度：5℃，5.5℃　蒸發器之蒸發壓力：40.9kPa，41.7kPa

 

查表得知：

ha＝234.4kJ/kg＝hb＝hb'

hc(5℃)＝384.5kJ/kg，hc'(5.5℃)＝384.8kJ/kg

 

假設為等熵壓縮，

Sv(5℃)＝1.6632kJ/kg．K，Sv(5.5℃)＝1.6631kJ/kg．K

hd＝410kJ/kg，hd'＝409kJ/kg

 

蒸發溫度5℃時，

qe＝hc－ha ＝ (384.5－234.4)kJ/kg ＝ 150.1kJ/kg

w＝hd－hc ＝ (410－384.5)kJ/kg ＝ 25.5 kJ/kg

qc＝hd－ha ＝ (410－234.4)kJ/kg ＝ 175.6 kJ/k

COP = qe/W = (hc－ha) / (hd－hc) = (384.5－234.4) / (410－384.5) = 5.89

ṁ = 77,211.36 / 150.1 = 514.4kg/s

W = ṁ × (hd－hc) = 514.4kg/s × 25.5kJ/kg = 13,117.2kW

13,117.2kW ÷ 21,960RT ＝ 0.597 kW/RT

8,760hr × 13,117.2 ＝ 114,906,672kW．hr

114,906,672kW．hr × 1.5(NT) ＝ 172,360,008NT

 

蒸發溫度5.5℃時，

qe＝hc'－ha ＝ (384.8－234.4)kJ/kg ＝ 150.4 kJ/kg

w＝hd'－hc' ＝ (409.5－384.8)kJ/kg ＝ 24.7 kJ/kg

qc＝hd'－ha ＝ (409.5－234.4)kJ/kg ＝ 175.1 kJ/kg

 

可得蒸發溫度由5℃提升至5.5℃，每公斤冷媒的冷凍效果增加百分比

[(hc'－ha)－(hc－ha)] / (hc－ha) × 100% = (150.4－150.1) / 150.1 × 100% = 0.2%

 

每公斤冷媒的壓縮熱減少百分比

[(hd－hc)－(hd'－hc'] / (hd－hc) × 100% = (25.5－24.7) / 25.5 × 100% = 3.1%

 

性能係數(COP)增加百分比

(6.09－5.89) / 5.89 × 100% = 3.4%

 

成效分析

(1)經計算改善後每年共節省電力3,605MWh/年

(2)每年總節省金額：3,604,740kWh/年 × 1.5元/kWh ＝ 5,407千元/年

(3)換算成抑低二氧化碳排放率：3,604,740kWh × 0.67 ÷ 1,000 = 2,415公噸-CO2/年
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