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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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