案例說明
該校雖已完成智慧能源管理系統及A棟大樓/C棟大樓/B棟大樓空調主機汰換,但尚無規劃空調機群連動卸載控制,本節電措施將完善相關控制系統並執行空調卸載控制策略。A棟大樓中央空調分為2套系統,即使冰水管路相互連結,但平時仍維持2套系統各自運轉,將安裝冰水機組連鎖控制系統,俾使整合2套空調系統,並以變頻器做變流量及變風量節能自動控制。B棟大樓中央空調系統未安裝自動控制系統,本案將安裝冰水機組連鎖控制系統,期以變頻器做變流量及變風量節能自動控制。C棟大樓中央空調系統未安裝自動控制系統,本案將安裝冰水機組連鎖控制系統,期以變頻器做變流量及變風量節能自動控制。
設計理念或改善流程
科技不斷進步,空調自動化系統已是必然趨勢,本措施設計理念主要針對空調卸載做系統性規劃,在系統上安裝溫度感測器、壓差傳訊器等儀器,依空調系統變化自動調整冰水主機及其附屬設備運轉參數,相較以往依靠人力操作,除可節省電力能源耗費,其空調系統調整反應快速,可讓空調環境更舒適。
1.A棟大樓
A棟大樓為一地上12層樓建築物,空調系統分為中央空調系統與VRV變頻多聯空調系統,中央空調系統共有5台空調箱、6台預冷空調箱、66台小型冷風機,分佈於1F~8F,係供應一般教室、會議室、視聽室等公共空間空調。VRV變頻多聯空調系統則分佈於4F~12F,供應空調予研究室與辦公室使用。
地下1樓空調機房內有75RT變頻螺旋機2台(CH-1、2),地下2樓空調機房內有150RT變頻螺旋機2台(CH-3、4)和150RT儲冰滷水主機1台(CH-5),其中CH-1、2於106年更新,CH-3、4於108年更新。CH-1、2之冷卻水塔CT-1、2配接至1樓屋外,CH-3~5之冷卻水塔CT-3~5配接至頂樓。CH-1、2及CH-3、4冰機互為備援,且為一次側冰水系統,CH-1、2泵浦及冷卻水塔風扇有安裝變頻器,但未善加利用變頻器做節能運轉。
2.B棟大樓
B棟大樓為一地上9層樓建築物,空調系統為中央空調系統,中央空調系統共有4台空調箱,係供應各公共空間空調,其餘研究室與教室空間係使用冷氣機供應空調。
地下1樓空調機房內有80RT定頻螺旋機1台和60RT變頻螺旋機1台。2台冰機共用冷卻水管配接至頂樓冷卻水塔。2台冰機互為備援,為一次側冰水系統,泵浦及冷卻水塔風扇均有安裝變頻器,但未安裝空調自動控制系統。
3.C棟大樓
C棟大樓為一地上2層樓建築物,空調系統為中央空調系統,中央空調系統共有1台空調箱,係供應C棟大樓空調。
2樓空調機房內有21RT定頻渦卷機1台,冷卻水塔位於頂樓,為一次側冰水系統,泵浦及冷卻水塔風扇均有安裝變頻器,但未安裝空調自動控制系統。
改善前後狀況說明
A棟大樓、B棟大樓及C棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化改善前後狀況說明如下:
1.A棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化
(1)改善前狀況說明:
A.既有空調系統採用一次側冰水供應系統設計,地下1樓空調機房內有70RT變頻螺旋機2台(CH-1、2),地下2樓空調機房內有150RT變頻螺旋機2台(CH-3、4)和150RT儲冰滷水主機1台(CH-5)。
B.地下1樓75RT×2台冰水主機之附屬設備有冰水泵10HPx3台,冷卻水泵7.5HPx3台、冷卻水塔為方型直交流式100RTx2台、風扇馬達為3HPx2台。
C.地下2樓150RT×2台冰水主機之附屬設備有冰水泵20HPx3台,冷卻水泵15HPx3台、冷卻水塔為方型直交流式200RTx2台、風扇馬達為5HPx2台。
D.地下2樓150RT×1台儲冰滷水主機之附屬設備有滷水泵20HPx2台,融冰泵20HPx2台,區域泵20HPx3台,冷卻水泵15HPx2台、冷卻水塔為方型直交流式200RTx1台、風扇馬達為5HPx1台。
E.地下1樓CH-1&2附屬冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔雖有安裝變頻器,但自動控制功能不齊全,地下2樓CH-3&4附屬冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔未安裝變頻器。CH-1&2與CH-3&4係為一用一備設計,2套系統之管路雖有連結,但平時相連結之管路保持隔開,2套系統各自運轉供應個別空調末端設備。因此目前保持地下1樓冰水泵10HPx1+冷卻水泵7.5HPx1+冷卻水塔3HPx1,以及地下2樓冰水泵20HPx1+冷卻水泵15HPx1+冷卻水塔5HPx1,附屬設備總計用電功率達44.9kW。
(2)改善措施之結果:
A.考量合併B1F及B2F共4台冰水主機為整體空調系統,擬先在B1F及B2F兩套空調系統之冰水供水管路安裝平衡閥,俾使兩套空調系統之冰水供水管路平衡,改善後可望在春秋冬季節空調負荷量減少時,可由1台150RT冰水主機支應大樓中央空調系統。
B.在B2F之CH-3&4之冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔安裝變頻器,並與B1F之CH-1&2之冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔(已有變頻器設備)和B2F之CH-5儲融冰系統整合至冰水機組連鎖控制系統最佳化,可望節省冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之運轉用電約30%。
(3)預估專案計畫節能率:A棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化後預估節能率為40.63%。
2.B棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化
(1)改善前狀況說明:
A.既有空調系統採用一次側冰水供應系統設計,地下1樓空調機房內有80RT定頻螺旋機1台及60RT變頻螺旋機1台。
B.附屬設備有冰水泵10HPx2台、7.5HPx1台,冷卻水泵10HPx2台、7.5HPx2台,冷卻水塔為圓型逆流式1台、風扇馬達為3HPx1台,以及方型直交流式1台、風扇馬達為5HPx1台。
C.附屬冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔有安裝變頻器,但未安裝自動控制系統。2台冰水主機平常保持1台冰水主機運轉,目前夏季為冰水主機80RTx1+冰水泵10HPx1+冷卻水泵10HPx1+冷卻水塔5HPx1運轉,春秋冬季為60RTx1+冰水泵7.5HPx1+冷卻水泵7.5HPx1+冷卻水塔3HPx1運轉。
(2)改善措施之結果:
新安裝冰水機組連鎖控制系統最佳化,除可依季節與空調負荷調配2台冰水主機運轉,並操作冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之變頻器運轉優化調整,可望節省冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之運轉用電約30%。
(3)預估專案計畫節能率:B棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化後預估節能率為17.42%。
3.C棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化
(1)改善前狀況說明:
A.既有空調系統採用一次側冰水供應系統設計,2樓空調機房內有21RT定頻渦卷式冰水主機1台。
B.附屬設備有冰水泵2HPx1台,冷卻水泵3HPx1台,備用水泵3HPx1台,冷卻水塔為圓型逆流式1台、風扇馬達為1HPx1台。
C.附屬冰水泵、冷卻水泵、備用水泵及冷卻水塔有安裝變頻器,但未安裝自動控制系統。平常保持1台冰水主機運轉,目前冰水主機21RTx1+冰水泵2HPx1+冷卻水泵3HPx1+冷卻水塔1HPx1運轉。
(2)改善措施之結果:
新安裝冰水機組連鎖控制系統最佳化,操作冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之變頻器運轉優化調整,可望節省冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之運轉用電約30%。
(3)預估專案計畫節能率:C棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化後預估節能率為30%。
該校A棟大樓、B棟大樓及C棟大樓空調主機連鎖控制系統最佳化之節電成效如以下幾點說明:
1.A棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化
(1)考量合併B1F及B2F共4台冰水主機為整體空調系統,擬先在B1F及B2F兩套空調系統之冰水供水管路安裝平衡閥,俾使兩套空調系統之冰水供水管路平衡,改善後可望在春秋冬季節空調負荷量減少時,可由1台150RT冰水主機支應大樓中央空調系統。
(2)在B2F之CH-3&4之冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔安裝變頻器,並與B1F之CH-1&2之冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔(已有變頻器設備)和B2F之CH-5儲融冰系統整合至冰水機組連鎖控制系統最佳化,可望節省冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之運轉用電約15~25%。
表109-F01-109-AC01-1.A棟大樓冰水機組連鎖控制系統改善前後節能效益
月別 |
改善前 70RTx1與150RTx1兩套系統運轉 10hp+7.5hp+3hp/ 20hp+15hp+5hp(定頻) |
改善後 整合70RTx1與150RTx1兩套系統 10hp+7.5hp+3hp / 20hp+15hp+5hp(變頻) |
5、6、7、8、9、10 |
7.5kW + 5.5kW + 2.2kW + 15kW + 11kW + 3.7kW= 44.9kW (1台75RT, 1台150RT運轉) |
(7.5kW + 5.5kW + 2.2kW + 15kW + 11kW + 3.7kW) × (100% - 15%) = 38.17kW (1台75RT, 1台150RT運轉) |
1、2、3、4、11、12 |
7.5kW + 5.5kW + 2.2kW + 15kW + 11kW + 3.7kW= 44.9kW (1台70RT, 1台150RT運轉) |
(7.5kW + 5.5kW + 2.2kW) ×(100% - 25%) = 11.40kW (1台70RT運轉) |
月別 |
運轉時數 |
改善前 |
改善後 |
5、6、7、8、9、10 |
1300小時 |
44.9kW x 1300hrs = 58,370kWh |
38.17kW x 1300hrs = 49,621kWh |
1、2、3、4、11、12 |
1400小時 |
44.9kW x 1400hrs = 62,860kWh |
11.40kW x 1400hrs = 15,960kWh |
一年用電量 |
121,230kWh |
65,581kWh |
尖峰需量卸載控制:電力監測系統預測電力需求即將超約時,啟動卸載機制,關閉一組壓縮機運轉,以及將各水泵運轉頻率調降,以降低尖峰負載電力需求。預估可提供35kW的卸載容量,每年可節省電力使用約20,000度。
由表109-F01-109-AC01-1可得節能效益為:121,230kWh – 65,581kWh + 20,000= 75,649kWh/年。(A棟大樓冰水主機係為變頻機種,考量冰水主機機組本身控制操作變頻最佳化,未將其列入節能計算。)
節能率:(121,230kWh – 65,581kWh+20,000kWh) ÷ 121,230kWh = 62.40%。
B棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化
新安裝冰水機組連鎖控制系統最佳化,除可依季節與空調負荷調配2台冰水主機運轉,並操作冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之變頻器運轉優化調整,可望節省冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之運轉用電約15~20%。
表12.B棟大樓冰水機組連鎖控制系統改善前後節能效益
季節 |
改善前 80RTx1與60RTx1搭配運轉 10hp+10hp+5hp/7.5hp+7.5hp+3hp(定頻) |
改善後 80RTx1與60RTx1搭配運轉 10hp+10hp+5hp/7.5hp+7.5hp+3hp (變頻) |
夏季 |
7.5kW + 7.5kW + 3.7kW= 18.7kW (1台80RT運轉) |
(7.5kW + 7.5kW + 3.7kW) × (100% - 15%) = 15.90kW (1台80RT運轉) |
春秋冬季 |
5.5kW + 5.5kW + 2.2kW= 13.2kW (1台60RT運轉) |
(5.5kW + 5.5kW + 2.2kW) × (100% - 20%) = 10.56kW (1台60RT運轉) |
季節 |
運轉時數 |
改善前 |
改善後 |
夏季 |
640小時 |
18.7kW x 640hrs = 11,968kWh |
15.90kW x 640hrs = 10,176kWh |
春秋冬季 |
860小時 |
13.2kW x 860hrs = 11,352kWh |
10.56kW x 860hrs = 9,082kWh |
一年用電量 |
23,320kWh |
19,258kWh |
尖峰需量卸載控制:電力監測系統預測電力需求即將超約時,啟動卸載機制,關閉一組壓縮機運轉,以及將各水泵運轉頻率調降,以降低尖峰負載電力需求。預估可提供12kW的卸載容量,每年可節省電力使用約3,000度。
由表12可得節能效益為:23,320kWh – 19,258kWh + 3,000kWh = 7,062kWh/年。(考量B棟大樓冰水主機機組本身控制操作運轉,未將其列入節能計算。)
節能率:(23,320kWh – 19,258kWh + 3,000kWh) ÷ 23,320kWh = 30.28%。
C棟大樓冰水機組連鎖控制系統最佳化
新安裝冰水機組連鎖控制系統最佳化,操作冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之變頻器運轉優化調整,可望節省冰水泵、冷卻水泵及冷卻水塔之運轉用電約30%。
表23.C棟大樓冰水機組連鎖控制系統改善前後節能效益
改善前 2hp+3hp+1hp(定頻) |
改善後 2hp+3hp+1hp (變頻) |
1.5kW + 2.2kW + 0.75kW= 4.45kW |
(1.5kW + 2.2kW + 0.75kW) × (100% - 30%) = 3.115kW |
以一年運轉時數2000小時計算。
改善前:4.45kW × 2,000hrs = 8,900kWh
改善後:3.115kW × 2,000hrs = 6,230kWh
由表2可得節能效益為:8,900kWh-6,230kWh=2,670kWh/年。(考量C棟大樓冰水主機機組本身控制操作運轉,未將其列入節能計算。)
節能率:(8,900kWh –6,230kWh) ÷ 8,900kWh = 30%。
綜合上述,若僅計算夏月期間用電節約量約為11,431kWh,節費32,007元。
1.夏月節能效益
夏月節省用電量
(58,370 kWh -49,621 kWh)+(11,968 kWh -10,176 kWh) +2,670/3 kWh =11,431kWh
2.夏月節費效益
夏月節省電費11,431kWh/年×2.8元/kWh=32,007元
(以電力單價2.8元/kWh計算)
若計算整年連鎖最佳控制及尖峰需量卸載控制節電量約為85,381kWh,節費239,067元,二氧化碳減碳量為45.5公噸CO2e。
節能效益:年節省用電量75.65仟度+7.06仟度+2.67仟度 = 85.38仟度/年