储冰式空调系统

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儲冰式空調系統可行性分析流程圖
設計者考慮之事項
輸入基本資料 決定儲冰設備容量 計算所需之冷凍能量 預估耗電量
選取冷凍主機容量及 主機運轉操作模式
運轉、初期投資及維 修保養費用 經濟效益評估
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設計者考慮之事項
• • • • 電價結構 建築物之類型 空間可利用率 業主的要求
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電價結構
• 儲冰式空調系統夾帶著其優越之「負載轉 移」及「負載攤平」等功能。因此須要電 力公司儘量拉大時間電價的差距，才得以 享受節省運轉電費之益。
• 我們可以很明顯得知，第三類商業辦公大樓之空調 負載較集中且發生在電費較貴的尖峰時段，因此若 採用儲冰系統，即能充分享受電力公司所提供之優 惠離峰時段電價，是深具發展儲冰式空調系統潛力 的建築物。
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空間可利用率
• 儲冰設備之規劃深受擺設位置，建築物結 構型態和冷凍機組位置的影響。儲冰槽空 間的大小，亦影響選取儲冰設計的類別。
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儲冰式空調系統之優點
• 相對溫度低，係因為低溫經過冷卻盤管時，除濕量多，室 內相對濕度降低，空調區間品質、舒適性均較高。 • 利用送水泵浦，可以分區相當精細。 • 可與汽電共生配合，回收熱能並增加經濟效益。 • 儲冰設備在機器損壞或保養時，可以馬上供應空調區間之 冷房能力 • 提高電力系統設備利用率。 • 抑制電力之尖峰用電負載，達到平衡尖離峰時電力負載。 • 結合區域冷房系統，降低初設費用及運轉費用，更具節能 功效。
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運轉、初期投資及維修保養費用
• 運轉費用即儲冰式空調系統的流動電費與 基本電費之總和。其中，流動電費係由預 估耗電量，依據空調負載能量和組件性能 效率，再加上電力公司的時間電價表，基 本電費乃依據契約容量而得。 • 初期投資費用在儲冰式空調系統中，除了 傳統式中央空調系統之組件外，尚須包括 儲冰的設備。有時還包括自動控制系統的 投資。
– 全量儲冰式 – 分量儲冰式
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全量儲冰式
• 空調系統於離峰時段全載運轉儲冰，白天尖峰時 段空調主機完全停止運轉，而由儲冰槽供應空調 所需全部負載，將尖峰時段所需之空調電力全部 轉移至離峰，故尖離峰電價差越大時最有利。
全量儲冰式
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儲冰過程
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空調過程
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分量儲冰式
• 分量儲冰式藉冷凍主機全日運轉，在離峰或非空 調時段儲冰，待尖峰或空調時段由儲冰設備提供 空調能力，不足部份則再運轉冷凍主機分擔部份 空調負載。
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建築物之類型及結構
• 由前述知建築物可區分為四大類型，不管 何類型的建築物，其結構型態對於動態的 空調負載影響很大，此及因建築物外殼接 受日照後，產生相當程度的熱質量效應， 而使白天的熱取得，由於時滯現象，反應 於空調負載上，而產生峰值減小及熱傳波 振幅漸減之現象。
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工程設備資料
• 基於儲冰式空調系統乃是一種系統的組合， 因此對各元件的性能效率，必須加以分析， 藉此選取最佳組合元件。 • 一般儲冰式空調系統，其組合元件可區分 如下：
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儲冰式空調系統之缺點
• 增加儲冰設備之裝置費用與空間。 • 製冰時，蒸發溫度降低，冷凍主機製冷能力降低，單位耗 量增加。 • 系統設計規劃較複雜。
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儲冰式空調系統運轉操作方式
• 主機利用夜間離峰電力將尖峰所需的空 調負載，以製冰或冰水的方式將冷能儲 存起來，而於白天尖峰時段釋放出來， 以供空調負載，而方式分成下列兩種
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決定儲冰設備容量
• 儲冰設備容量深受建築物空調的尖峰負載、 最大空調負載能量（指「冷凍噸小時」）以 及運轉操作模式等之影響。
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預估耗電量
• 能源消耗除因系統組件之性能效率優劣影響外， 尚受全年氣象條件所左右。 • 我們可以根據系統組件（如冷凍主機、冷卻排熱 裝置、儲冰設備、泵、攪拌裝置、空調箱及室內 送風機等）製造廠商所提供之資料，選取較佳組 件之性能率，一般性能效率以KW/RT表示。 • 再依據整年的氣象資料，計算出全年1至12月各 月份之平均空調負載能量，此即各月份能源消耗 之預估值。
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經濟效益評估
• 欲作整個儲冰式空調系統可行性之評估， 除了系統性能效率外，尚無法充分表現其 可行性分析。因此我們必須將整個系統換 算成費用，然後與傳統式中央空調系統作 比較，選取最有經濟效益的系統。
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案例探討
• • • • 系統背景簡介 系統運轉模式 系統耗電量比較 經濟效益分析
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系統背景簡介
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優態鹽(無機鹽)類
• 優態鹽類特點：
– – – – – – 可使用一般的冰水主機系統 採一般傳統式冰水系統設計 不須設計冷凍管線 不須額外之水處理 保養容易 設計各類之運轉模式彈性較大
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儲冰水方式
• 即傳統式系統再加上冰水 儲冰槽所組成 。 • 以冰水之顯熱能力蓄冷 。 • 溫度範圍為一般之空調冰 水溫度 。
黃建翔、林志明 編
等元件的組合系統
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儲冰式空調系統優點
• 冷凍主機容量降低，電力設備費用與機械室面積減少，受電 容量設備可減少。 • 冷凍主機均處於滿載運轉，電力負載平均及電力供給平穩。 • 運轉費用減少，此因冷凍主機容量降低，減少基本電費之支 出。且主機處於高效率狀況下，可節省電力，並且享受電力 公司離峰時段優惠的時間電價，而減少流動電費的支出。 • 空調區間設備容量減少、噪音降低，此乃由於儲冰式空調區 間出水溫度較低之原故。 • 提供消防系統之用水，節省保險費用。
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業主的要求
• 業主對儲冰式空調系統種類的特殊偏好， 都會影響儲冰式空調系統的最後選擇。
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輸入基本資料
•當地的氣象資料 •建築物之類型及結構 •工程設備資料 •空調區間設計之條件
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當地的氣象資料
• 儲冰式空調系統必須很準確的計算動態的 逐時空調負載。而外界的氣象條件如外氣 之乾球溫度、濕球溫度、日射量、雲量、 風向及風速皆是影響動態空調負載的六大 重要因素。
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儲冰式空調系統概述
• • • • 基本原理 優缺點 運轉操作方式 儲冰方式
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基本原理
• 人類在幾千年前利用嚴寒冬季湖泊凍結的冰塊， 切割成為冰磚，儲存於地窖中，以備炎熱的夏 季使用。 • 在電力離峰時間，利用儲冷介質將冷能儲存。 • 尖峰時段將冷能釋放用於滿足空調需求或冷卻 負載。
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系統組成設備
–儲冰槽須有足夠的高度。 –儲槽本身須有適當的深度。 –須考慮溶冰釋冷時之水路設計。
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製冰滑落式
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優態鹽(無機鹽)類
• 優態鹽一般係指水、無機鹽類及添加劑等不同配方所組成之 混合物。 • 日前廣用之商用品有42℉及47℉進行相變化兩種。 • 具較高之結凍溫度，可採用較佳效率之一般冰水主機。 • 須具自動切換控制閥之線路。 • 須注意在高除濕要求下之盤管選取。 • 儲冰槽與冰水主機之間的水路系統設置穩壓閥與安全閥 。 • 優態鹽類成本較高。
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儲冰設備優先運轉
• 空調時，優先運轉儲冰設備提供空調負載， 不足之空調負載，則運轉冷凍主機補充， 當空調負載較小時，可全部由儲冰設備供 應，而僅需離峰或非空調時段造冷，充分 利用電力公司離峰時段的優惠電價。但因 運轉之冷媒蒸發溫度較低，所以主機運轉 較耗電。
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全量及分量儲冰系統特性比較
比較值 種類
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儲冰式及儲冰水式之比較
比較值 項目 容量體積 壓縮機消耗動力 循環泵消耗動力 種類
儲ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式
小 大 小
儲冰水式
大 小 大
冷凍效果
蓄冰效率 所佔體積(m3/RT-HR)
佳
高 0.04
不佳
低 0.3~0.5
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儲冰式空調系統可行性評估
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儲冰式空調系統可行性評估
• • • • • • • • 設計者考慮之事項 輸入基本資料 計算所需之冷凍能量 選取冷凍主機容量及主機運轉操作模式 決定儲冰設備容量 預估耗電量 運轉、初期投資及維修保養費用 經濟效益評估
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冷媒離開儲冰槽之溫度變化
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儲冰方式
• • • • • 冰盤管式 完全凍結式 製冰滑落式 優態鹽(無機鹽)類 儲冰水方式
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冰盤管式
• 將冰直接結在冷媒盤管上。 • 冷凍系統的蒸發器盤管伸入儲冰槽內構成結冰時候 的主幹管。 • 溶冰時則使空調系統之回水直接沖蝕桶內之冰而溶 釋出冷凍能力。
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– 儲冰設備側 – 冷凍設備主機 – 冷卻排熱裝置
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空調區間設計之條件
• 包括室內、外的設計溫度及濕度以及空調 使用時間之時序。
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計算所需之冷凍能量
• 此部份實際那逐時空調負載計算，有以下 兩種方式：
– 以動態空調負載計算逐時負載 – 以參數估算法
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選取冷凍主機容量及主機運轉操作 模式
• 由前述知我們必須考慮冷凍主機因蒸發溫 度降低，所產生「冷凍能力的打折」效應。 • 冷凍主機在空調（冷房）及製冰（儲冰） 時段，所產生的冷凍能量，須滿足計算所 需冷凍能量之最大空調負載能量。
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建築物之類型
• 不同類型建築物，其空調負載型態亦不相同。就建 築物空調使用時間及用途不同，可區分為四類：
– 第一類：全天使用空調的建築物，其空調負載變動率不高 且較平均，如醫院、觀光旅館及生產工廠等。 – 第二類：白天及晚上使用空調的建築物，如百貨公司、餐 飲店及電影院等。 – 第三類：白天使用空調的建築物，如商業辦公大樓。 – 第四類：晚上使用空調的建築物，如娛樂場所。
儲冰式空調系統
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內容
• • • • • 前言 儲冰式空調系統概述 儲冰式空調系統可行性評估 案例探討 結語與建議
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前言
近年來，由於國民所得提高，冷 氣負載大幅增加，導致電力系統尖峰 負載激增。因此，如何推廣儲能空調 系統至一般大型商業辦公大樓及工業 界使用，為現階段最直接也是最有效 的負載管理方式。國內現在雖有少數 大樓採用儲冰系統或冰水儲存系統， 但一般而言其回收年限太過於長久， 因此無法有效的推廣。