| 案例名稱 |
使用熱管設計外氣空調箱 |
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| 行業別 |
電子電機業 |
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| 設備別 |
空調系統 |
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| 案例背景 |
外氣空調的耗能佔了空調系統的極大部分，其最主要的耗能在於以冰水盤管將高濕度的外氣除濕時，需要將外氣溫度降到露點溫度方能除濕，除濕完成的低濕完成的低溫空氣無法直接送進潔淨室，需要以熱水盤管將溫度提升到合理的溫度後送入潔淨室，與潔淨室中吸收機台顯熱氣流混合之後，才能達到潔淨室溫、溼度的要求規格。由空氣中移除單位水分所需要的耗能極大，再加上潔淨室的外氣空調箱一般來說進氣量都很大(數十萬至百萬CMH)，因此總體的耗能極高。在節約能源的考量下，如果能將這個最大耗能的部分作有效的節約，將會節省大量的運轉費用。 熱管(Heat Pipe)應用在外氣空調箱可有效達成節約能源的目的，但目前大多僅見於小型空調箱，潔淨室用的大型空調箱尚不多見。典型IC廠潔淨室擴充工程所新設的兩組外氣空調箱，為了節能因素而採用了熱管的設計，由以下的分析可以估算出，運用熱管設計於此外氣空調箱，每年約可節約運轉成本達354萬元/年。 1.熱管的工作原理 熱管的基本原理利用密閉於管路中的冷媒，在管路不同端因溫度差而造成內部冷媒流動，通常冷媒的運動會伴隨著相變化，而管路兩端的熱量得以快速的交換使達成熱平衡。管路下端因為高溫使冷媒蒸發，冷媒流動到管路上方將熱量傳遞後，又因為凝結而成為液體冷媒而流下，管路兩端的熱量也就因此得以交換。 在空調箱的應用上，熱管都是成兩道盤管，一道在冷卻盤管之前，另外一道則在冷卻盤管之後，二者間管路相通。冷盤前的預冷盤管先將高溫高濕的外氣做初步的冷卻，當冷卻盤管將外氣除濕到設計的對溼度時，出風溫度會過低，此時熱回收盤管會將在預冷時吸收的熱量再度適當釋放，如果熱量不足則再用鍋爐產生的熱水來加熱。 2.外氣空調箱運用熱管的效益分析 某IC廠擴充區所增設的兩台貝滊空調箱，除了正常的兩道冷盤與一道加熱盤管外，另外增加了冷盤管前後的循環盤管，以溫水在這兩道盤管間流動，正常的熱管在盤管內的工作流體是冷媒，兩道間的流動是靠重力與相變化產生的驅動力；在本廠應用的工作流體是水，而流動主要是靠pump來驅動。 為了計算增加這個熱管對於空調箱的運轉效益如何，將空調箱的各個狀態點找出來，以熱力學性質計算在每個過程中的耗能，便可得到熱管的效益。在此分析是以空調箱的設計資料作為計算基準。 狀態點1是外氣的條件。以夏季時溫溼度35℃與80%RH代入，如此可以計算在最嚴重時的狀況。由於熱管的預冷盤管進水溫度為18.7℃，空調箱進氣溫度會下降而預冷盤管出水溫度會提高到29.7℃。 狀態點2為空氣離開預冷盤管時因降溫而使溫溼度成為30.2℃與94%RH。 狀態點3是空氣通過第一段冰水盤管後的狀態，經過第一段冰水盤管的除濕作用，每立方公尺體積的空氣會被去除14.6公克的水分，而此時溫溼度為15.8℃與100%RH，這表示目前空氣是處在飽和狀態。 空氣通過第二段冰水盤管後的狀態，經過第二段冰水盤管會將空氣再次除濕，每立方公尺體積的空氣會被去除4.4公克的水分，而此時溫溼度為8.3℃與100%RH，這表示空氣是處在飽和狀態。第一段冰水盤管是除濕作用最主要區域，但經過第一道除濕後，要再除下4.4公克的水則必須將溫度降低到8.3℃方能達成。 除濕後空氣通過預熱盤管後的狀態點。此部份的能量是由預冷盤管吸收的熱量轉來的，通過預熱盤管後溫溼度可達到20.9℃與44.7%RH，這樣的狀態就可以直接送進潔淨室與循環空氣混金了。如果從預冷盤管得到的熱量不足，另外可以用預熱盤管後的熱水盤來補充不足的熱量。 熱管運用在外氣空調箱可以節約預冷盤管原先需要冰水的能量，以及預熱盤管原先需要補充熱水的能量。2部風量為60,000CMH的外氣空調箱共可產生120,000CMH的進氣量，在預冷盤管可以節約p．Q3Δh = 1.19(kg/m3) × 120,000(m3/h) × 12.93(kJ/kg) ÷ 4.186(kJ/kcal) ÷ 3,024(kcal/RT) = 145.9RT(冷凍噸)。同樣地，預熱盤管也可節約相同的能量。
預冷盤管節約金額的計算：
預熱盤管的能量由鍋爐所產生，其可節約金額計算如下： 因此運用熱管設計的外氣空調箱共可節約運轉費為23.3 + 38.8 = 62.1萬元/月 以上的計算是基於全載運轉且以夏季的狀況估算，若一年中夏季條件以3個月估計，其他季節運轉節約效率平均以30%計算，則每年可節約的運轉成本為：62.1 × (3 + 9 × 30%) = 62.1 × 5.7 = 354萬元/年 |
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