室內試驗儀器與設備介紹

本室內試驗針對空調機性能測試方面，以【CNS-3615 無風管空 氣調節機】標準規範為測試依據標準，選用儀器的精度也在規範要求 之上。室內試驗遺儀器配置如圖3-6 所示，依儀器用途可分八類：

z 空調系統：提供試驗所需之熱量

z 循環冷卻水系統：將箱型空調機的熱送到冷卻水塔散熱 z 地下水循環冷卻系統：將箱型空調機的熱送到回水井 z 溫濕度量測系統：記讀箱型空調系統各部位溫濕度 z 風量量測系統：量測箱型空調機之出/回風口風速 z 流量量測系統：量測箱型空調機之冷卻水進流量 z 電力量測系統：監測箱型空調機系統之電力品質 z 壓力量測系統：量測箱型空調機之冷媒高低壓力 以下分別說明之。

3.2.1 空調系統

為模擬實際地下水空調系統中所採用之空調機的冷卻能力，本試 驗使用一座常見之往復式水冷式箱型空調機，空調機外型如圖 3-7 所 示，空調機規格如表 3-1 所示，用以模擬使用地下水為循環冷卻水空 調系統之穩定熱源；流經空調機之冷卻水流量，由循環冷卻水系統中 之加壓水泵驅動，藉以流動的冷卻水將空調機所吸收到之熱量帶出；

冷氣機標定冷氣能力為循環冷卻水進出冷氣機冷熱側溫差達 5℃(如 37℃Æ32℃)時，冷卻能力為 22400 kcal/h。

室內試驗限定在開啟水冷式箱型空調機之前，需先確定水路滿水 及加壓水泵能正常運轉，才能開啟空調機進行試驗，以免試驗時發生 意外；並限定流過冷氣機之冷卻水，當出口處達 37℃(熱側)時，為此 空調機之壓縮機最大熱負荷，由於壓縮機是空調機中最高成本的部 分，若不立即將冷卻水降溫或停機，將會造成壓縮機損壞。

3.2.2 循環冷卻水系統

加壓水泵驅動循環冷卻水，用來帶走空調機內所產生的熱量，而 送至冷卻水塔將熱量排放到外氣以達到降溫的效果，試驗中無論是冷 卻水塔循環冷卻水模式或地下水循環冷卻水模式皆由同一加壓水泵 驅動，水泵外型及規格如圖3-7 所示，水泵馬力為 2 HP，最大流量為 230 lpm，揚程為 15 m，水管材質為 PVC 硬質塑膠管，使用管徑為 1.5 in.(42 mm)，管長由冷卻水塔至箱型空調機約 6 m，來回長合計約 12m；管長由儲水桶至箱型空調機約 6m，來回長合計約 12m，並於 冷卻水進入加壓水泵後10 倍管徑處裝設平衡閥(照片 2)以控制循環冷 卻水進入空調機進水流量的大小。由試驗發現，冷氣機所能承受的最 大冷卻水水量為145 lpm，故冷卻水流量最大只能達到 145 lpm，無法

達到水泵所標定的最大流量230 lpm，故所有的冷卻水流量控制試驗 僅能施做於145 lpm 以下。

3.2.3 地下水冷卻系統

本試驗當採用地下水循環冷卻水模式之空調系統時，需模擬現地 抽水井所抽取景美礫石層地下水做為循環冷卻水，由於室內實驗無法 提供如此大的水量，故以一直徑2 m，高度 1.7 m 塑膠圓桶容器作為 儲水桶，在桶內裝滿自來水以模擬地下水，在試驗進行時，桶內的自 來水不斷的由加壓水泵進入箱型空調機之冷凝器進行熱交換，而熱交 換產生的熱循環冷卻水直接排入渠道，係模擬現地試驗將熱交換後產 生熱的冷卻水以回水井的方式導回地下。為了模擬現地抽水井不間斷 抽水並維持儲水桶內水頭一定高度，目的在穩定循環冷卻水進水量不 受桶內水頭影響而改變流量（相同的壓力水頭），所以在施行室內試 驗時不斷提供自來水已維持儲水桶的蓄水量，以供給水冷式箱型空調 機之用。

3.2.4 溫濕度量測系統

室內試驗溫度量測系統使用白金電阻式（Platinum Resistance Temperature Detector，PRTD）溫度計、熱電耦（Thermocouples）K-type 溫度計（照片3）與 HT-8001 型相對溼度計（照片 4），測溫溼度的工 具，於後簡介。本試驗作為量分別使用 9 支 PRTD 溫度計、4 支 K-type 溫度計與4 支 HT-8001 型相對溼度計，以下分別說明溫度佈設位置：

為了瞭解箱型空調機出風乾球溫度變化，將PRTD#1 與 PRTD#2 分別 置於箱型空調機出風口的左右兩側位置；為了瞭解箱型空調機回風乾 球溫度變化，將PRTD#3 與 PRTD#4 分別置於箱型空調機回風口的左

右兩側位置，PRTD#1、PRTD#2、PRTD#3 與 PRTD#4 係為量測當改 變循環水進水量時箱型空調機的出/回風溫度變化；為了解循環冷卻 水所做的熱功率，將 PRTD#5 與 PRTD#6 作為量測循環冷卻水出/入 箱型空調機的水溫；為了解加壓水泵是否會提供熱量給予循環冷卻 水，將PRTD#7 作為量測循環冷卻水於加壓水泵前進水溫度；為了解 箱型空調機的冷凍效率，將 PRTD#8 作為量測室內溫度的變化；為了 解大氣溫度對於儲水槽內水溫的影響，將 PRTD#9 作為量測戶外溫 度；K#1 作為量測蒸發器冷媒出口溫度，K#2 作為量測冷凝器冷媒出 口溫度，K#3 作為量測冷凝器冷媒入口溫度，K#4 作為量測壓縮機冷 媒出口溫度；為與PRTD#1、PRTD#2、PRTD#3 與 PRTD#4 所量得之 乾球溫度利用空氣氣線圖查得其出風口焓差，以了解箱型空調機之冷 凍能力與循環冷卻水進水量之關係，將RH#1 與 RH#2 分別做為量測 當改變循環水進水量時箱型空調機的出/回風相對濕度變化，RH#3 為 量測外氣相對濕度，RH#4 為量測室內相對濕溫度與 PRTD#8 量測位 置相同，溫濕度計配置位置如圖3-9 所示。

本研究在溫度量測部分係使用白金電阻式溫度感知器（PRTD）

與熱電耦（thermal couple）以量測各定點溫度，以下分別說明：

1. 白金電阻式溫度感知器（PRTD）

白 金 電 阻 式 溫 度 感 知 器 （ Platinum Resistance Temperature Detector）的動作原理是以鉑或稱為白金（Platinum）之電阻變化與本 身溫度呈正比的基本物理性質為基礎。最常見的PRTD 在 0℃時電阻 值為 100Ω，白金絲的標準溫度係數 α 值為 0.00385 Ω/Ω/℃、純白金 線α 值為 0.00392Ω/Ω/℃（DIN 43760）。感測器的量測導線電阻與之 相較下非常小。本試驗以工業用三線（ABB）連線法，每支 PRTD 串 以10KΩ±1%之電阻降低雜訊與導線溫升造成的誤差，以 2100 mV 激

勵電壓激發電路，以量測各溫度下PRTD 之電阻，並以 ∆R=α∆T 換算 出量測溫度，解析度控制在0.04℃，精度控制在 0.5℃。

2. 熱電耦（K-type）

熱電耦（Thermocouples），熱電耦的原理是當兩種不同性質的金 屬連在一起而形成閉合回路時，使其一接點的溫度高於另一接點時，

則在迴路中有電流的流通。此一直接由熱能來產生電流的現象稱為熱 電效應（thermoelectric effect）或席貝克效應（Seeback effect）。經由 席貝克效應所形成的是一種用途最廣但結構最簡單的溫度感測器，此 一溫度感測器則稱為熱電耦溫度計。由於使用的材質不同熱電耦的形 式可分為很多種，本實驗採用的為K 型熱電耦。由於 ASHRAE 41.1-86 與 CNS B7291 對 於 不 同 對 象 的 溫 度 量 測 與 儀 器 應 有 的 準 確 度

（Accuracy）、精確度（Precision）及容許誤差訂定其標準。因此，為 了使實驗數據獲得更準確與達到其要求，各白金電阻式溫度感知器與 K 型熱電耦在使用前必須先用標準水銀溫度計參考溫度作溫度校 正，方可獲得正確之溫度數據。

溫濕 度計量 測資料 擷取採用 Campbell Scientific, Inc.出產之 CR10X 資料量測與記讀模組，在串聯擴充之記讀模組（照片 5），以 供13 支溫度計與 5 支溼度計使用，紀錄頻率為每分鐘 6 次。

本實驗所採用的白金電阻式溫度感知器、熱電耦與相對濕度計之 型號與特性如表3-2 所示：

3.2.5 風量量測系統

本實驗於評估空調機冷凍效率以空氣焓差法評估，因此空調機出 風口風量非常重要，已知實驗之水冷式箱型空調機其額定風量為 70 m

³

/min 為了更確定其準確性，依 CNS14464 無風管空氣調節機與熱

泵之試驗法及性能等級要求，將出風口面積平均劃分為12 個區塊（編 號為W

₁

～W

₁₂

）其劃分方法如圖3-10 所示。於水冷式箱型空調系統 在額定電壓、額定頻率及各項物理量測值均達到穩定狀態(其中循環 冷卻水出水溫、室內側空氣溫度與高低壓力錶均達穩定)時，繼續穩 定運轉 1 個小時以上之後，以每 20 分鐘取值一次，共三次，最後取 三次之平均值，係為計算其熱傳量。

本 實 驗 所 採 用 的 風 速 計 為 PROVA 所 生 產 的 輪 葉 式 風 速 計 AVM-03 型（照片 6），因此在量測風速與風溫時，必須注意讓風由後 向前吹向輪葉且風扇與風的方向的夾角盡量保持在 20 度內，避免產 生誤差。

3.2.6 流量量測系統

本實驗於現場控制流量的工具為平衡閥（Balancing valve），是藉 由閥體精確的流量調整與測量，將實際系統比設計量多出來的壓差

（揚程）抵消掉，使系統與設備皆能回復到預期流量，因此可確保系 統所有設備於運轉時都能依設計流量運作。而平衡閥其功用不僅可平 衡系統壓力，亦可搭配專屬量測儀器，求得液體溫度、流量與壓力差，

但在使用流量量測時，必須先了解管徑大小、流體特性與管路材質，

且應注意以下幾點：

1. 平衡閥安裝於管路時，避免裝於上游或下游流場之擾動處，若上 游為加壓水泵，則裝設位置至少距離上游10 倍管徑處，下游 2 倍 管徑處；若為一般集水管、幹管等，則需距離上游 5 倍管徑處，

下游 2 倍管徑處，否則會因為彎管、耦合接管及其他擾動造成影 響，會使誤差增大。

2. 避免平衡閥上游端含有空氣，以免造成量測儀器之準確度降低甚

至誤差。

本實驗所採用的平衡閥為 TA BALANCE VALUES STAD-C（照 片7），此種平衡閥之閥開度以數字型轉盤表示，共可分為 40 種開度，

因此於室內試驗進行時更能精確掌握進入箱型空調機之冷卻水量。於 室內試驗設備皆安裝完整後，先行測試各種閥開度與流量之關係，並 同時施作秤重法以檢覈量測結果之準確性，藉以作為室內試驗於流量 限制下之掌控利器。經由測試結果而閥開度與流量的關係如圖 3-11 所示，所量測數值如表3-3。

3.2.7 電力量測系統

本室內試驗量測水冷式箱型空調機之消耗電功率，作運轉效率分

本室內試驗量測水冷式箱型空調機之消耗電功率，作運轉效率分

在文檔中 以台北盆地景美層水體冷卻水冷式空調系統之研究(II) (頁 42-50)