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系統效能與耗能分析

完成了上述冰水主機運轉效能模型及冷卻水塔運轉耗能模型後,接下 來便是將程式安裝在伺服主機上,根據資料庫所記憶的運轉資料進行總體 耗能分析,由於本實驗所需擷取的數據為運轉中之系統,為了不影響供應 品質,故在操作上會依正常運轉情形給予以下的限制條件:冰機最少開 7 台;冰機負載率上限設定小於 95%;冷卻水塔出水水溫(冰水主機冷卻水 入水水溫)下限設定必須大於 20℃;因為冰水系統負載較大,且超過 50

%的負載為製程冷卻用,瞬間氣候變化對空調負載變化影響不大,故可以 假設冰水系統總體負載量於操作後一段時間恢復調校前數值,也就是假設 製程負載及空調負載在半小時內不會有改變;為避免過度頻繁的操作影響 系統穩定性,設定節能效益至少應大於 1%始可進行操作。利用約五個月 的歷史資料,確認節能系統所能達成之效能,並就冰水主機節能系統之運 作瓶頸作一探討。為了有效縮減系統模擬所需的時間,故將 2005/8/23 ~ 2006/1/25 其間每三十分鐘的資料以每分鐘之頻率轉匯入程式模擬資料庫 2006/1/1~2006/1/6 中,調整系統模擬頻率,設定為一分鐘進行一次模擬計 算,可將 155 天的數據於六天內模擬完成,所擷取出來的廠務系統總資料 數為 7440 筆,其中可進行操作,使節能效益大於 1%的資料有 5301 筆,

約有 71 %的時間是可以進行有意義之節能操作,其餘 29%的時間經評估 後,以維持目前操作狀態為最佳之運轉模式,平均節能效益為 4.77%為了 能夠更明確知道各月份結果的分析結果與節能效益,與冬季和夏季之節能 效果差異,因此將分析結果分成 5 個月來做檢討

在 8/23 到 9/30 的分析資料中,區間總共可用資料有 1872 筆,可進行 操作使節能效益大於 1%的資料有 1691 筆,約有 90%的時間是可以進行有 意義之節能操作,其餘 10%的時間經評估後,以維持目前操作狀態為最佳 之模式,9 月份的平均節能效益為 5.22%,見圖 4-29。

在 10/1 到 10/31 的分析資料中,區間總共可用資料有 1488 筆,可進 行操作使節能效益大於 1%的資料有 1055 筆,約有 84%的時間是可以進行 有意義之節能操作,其餘 16%的時間經評估後,以維持目前操作狀態為最 佳之模式,10 月份的平均節能效益為 4.35%,見圖 4-30。

在 11/1 到 11/30 的分析資料中,區間總共可用資料有 1440 筆,可進

行操作使節能效益大於 1%的資料有 998 筆,約有 73%的時間是可以進行 有意義之節能操作,其餘 27%的時間經評估後,以維持目前操作狀態為最 佳之模式,11 月份的平均節能效益為 3.8%,見圖 4-31。

在 12/1 到 12/31 的分析資料中,區間總共可用資料有 1488 筆,可進 行操作使節能效益大於 1%的資料有 319 筆,約有 21%的時間是可以進行 有意義之節能操作,其餘 79%的時間經評估後,以維持目前操作狀態為最 佳之模式,12 月份的平均節能效益為 4.6%,見圖 4-32。

在 1/1 到 1/25 的分析資料中,區間總共可用資料有 1152 筆,可進行 操作使節能效益大於 1%的資料有 988 筆,約有 86%的時間是可以進行有 意義之節能操作,其餘 14%的時間經評估後,以維持目前操作狀態為最佳 之模式,1 月份的平均節能效益為 4.57%,見圖 4-33。

圖 4-29 8/23 到9/30 的分析資料

圖 4-30 10/1 到 10/31 的分析資料

圖 4-31 11/1 到 11/30 的分析資料

圖 4-32 12/1 到 2/31 的分析資料1

圖 4-33 1/1 到 1/25 的分析資料

據以上的模擬結果進行以下分析,利用約一季之建模資料進行耗能

操作的時間偏低。為何 12 月份只有大約 21%的時間是可以進行節能的?

主要目前冰機開台數最低限制為七台,開台數是七台的時間佔全月時間的 79% ,如圖 4-35 所示。關閉不必要運轉之冰機使得其他冰機達到最適運 轉效能點為提升系統效能最有效之方式。大部分濕球溫度極低的冬季,冰 機開台數大約是七台,無法進行冰機關機之動作,致使 12 月份節能效益 有限。冰機開台數限制之訂立主要是因為受限於一次,二次側冰水流量平 衡的需求,如果流量過低恐會造成冰水逆流進而造成出水水溫不正常,雖 然總冷卻負載極低的冬季,當初評估最低的冰機開台數也不能夠少於 7 台,致使許多的冰水回流至主機降低的冰水主機的負載率並增加水泵的耗 電。但在濕球溫度極低的冬季,總負載需求隨著濕球溫度逐漸降低,如圖 4-36 所示。冰機的開台數也逐漸降低至開台數限制值七台,如圖 4-37 所 示。可是冰水的回流量卻依然很高,如圖 4-38 所示。故實際上經由分析後,

發現即使在濕球溫度低、負載低的狀況 ,限制其開台數為七台仍有極大 部分時候回流量超過一台一次冰水泵浦的流量,故理論上還是可以減開一 台冰機的。

最適化分析所得到的相關數據。冰機開台數限制導致 12 月份可以進行有 意義節能操作的時間偏低,在圖 4-34 所示,12 月份可以進行有意義節能

圖 4-34 各月份可進行節能操作時間比率

0 20 40 60 100

時間比率

(%)

80

九月 十月 十一月 十二月 一月

日期 可進行節能操作之時間比率

0 200 400 600 800 1000 1200

資料數

10 9 8 7 6

冰機總開台數

圖 4-36 冰機負載 濕球溫度分佈圖

負載

5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000

5 10 5 20

濕球

負載

1

負載

VS

冰機開台數

0 2 4 6 8 10 12

5 10 15 20 25

濕球溫度

冰機開台數

冰機開台數

圖 4-37 冰機開台數 VS 濕球溫度分佈圖

冰水回流量

0 500 1000 1500 2000 2500

5 10 15 20 25

濕球溫度

冰水回流量

冰水回流量

圖 4-38 冰水回流量 VS 濕球溫度分佈圖

在 11 月份大部分時間冰機都是維持在高負載狀態,使得平均節能效 益略低,如圖 4-39 所示。雖然 11 月份大部分時間冰機開台數都是多於七 台,如圖 4-40 所示,為何只有約 73%的時間是可以進行操作來有效節能 的?且平均節能效益並不是很高(3.8%)。由於關閉不必要運轉之冰機使 得其他冰機達到最適運轉效能點為提升系統效能最有效之方式。由於冬季 冰機開台數較低,大部分時間冰機都是維持在高負載狀態(如圖 4-41 所 示),關閉冰機會使得其他冰機負載過大,落於較為耗能的區間,所以本月 部分的模擬結果效益較差。換句話說,在 11 月份既有的冰機系統的設備 規格得以配合外界環境以及既有操作策略,使得本月份系統效能較高。

圖 4-39 各月份平均節能效益圖

0 2 4 6

平均節能百分 率(%)

九月 十月 十一月 十二月 一月

日期 均節能效益 系統平

圖 圖

0 100 200 300 400 500 600

資料數

10 9 8 7

冰機總開台數

4-40 11 月份冰機總台台數分佈

0 50 100 150 200

資料總數

72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 間最大負載率

十一月份負載範圍分析

圖 4-41 11 月份最大負載率分佈圖

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