結論 - 結論與建議 - 以台北盆地景美層水體冷卻水冷式空調系統之研究(II)

第五章結論與建議

5.1 結論

1. 由室內試驗結果發現，空調機系統之冷凝器熱交換能力為固定效率，所以進水量變小則出水溫度會提高。而且利用地下水溫度較低的特性，在一次熱交換方式的條件下可以將額定所需進水量降低。此舉不但可減少直接抽取地下水量，更可將礫石層可能產生的沉陷將至最低。

2. 由計算結果發現當進水量於 145 lpm 下，地下水冷卻水循環模式與傳統式冷卻水循環模式比較得空調機性能係數提升了 26.5％，且就壓縮機耗電量而言，前者比後者節省了 8.9％的電力。由此驗證在相同的冷卻水進水量下，由於地下水進水溫度較低，可節省電力消耗而使空調主機達到節能的效果。

3. 本次試驗結果，地下水經過空調系統所排放出之水溫約為 27℃

～34℃，仍遠低於法律規定之 35℃～45℃（環保署，2003；

台北市下水道管理規則，2003），故此工法使用上仍在現行法規的允許範圍。

5.2 建議

1. 由於使用地下水為冷卻水，可以減少其進水量，但由於室內空氣於四季的溫度不同，故空調機所需要做的功也不同，因此為了更精密控制地下水量，建議採用變頻式泵浦，更可增加此模式之可行性與達到節能。

2. 此研究之最大目的在於研究地下水可否用來當作空調系統之

循環冷卻水，對於熱能在地層流動所造成的升溫情形並無太深入的探討，需日後更深入的研究。

3. 本工法尚需考慮水質，由文獻（經濟部水資源局，2001～2003）

可知台北盆地地下水目前沒有足以造成劇烈腐蝕本工法之空調系統的威脅性和嚴重的汙染（包括嚴重的結垢）。

參考文獻

1. ASHARE Handbook, Fundamentals, ASHRAE, pp6.2-6.9 ,

（2001）.

2. Stoeck, W.F. & Jones, J.W., Refrigeration and air conditioning, McGraw-Hill, London, pp.157-182（1982）.

3. Wang, S. k., Handbook of air condition and refrigation.

McGraw-Hill Publishin Cogmpany（1994）.

4. Melo , C., Ferrira , R.T.S., Boabaid, N. C., Goncalves, J.M.

Mezavila, M.M., An experimental analysis of adiabatic capillary tubes, Applied Thermal Engineering 19, pp. 669-684（1999）.

5. Wolf, D. A. Pate, M. B., Adibatic calillary tube performance with alternative refrigerant, ASHRAE research project pp762,

（1995）.

6. Wolf, D. A., Adiabatic capillary tube performance with alternative refrigerant, ASHARE, final report（1995）.

7. Bolstad, M.M. and R.C. Jordan., ”Theory and of the capillary tube expansion device,” Refrigerating

Engineering(December):519（1948）.

8. Anthony J.Caristi., ”Practical Air Conditioning Equipment Repair,” McGraw-Hill Book Company（1991）.

9. Larry Jeffus, ”Refrigeration and Air Condition ,” Pearson Education Inc（2004）.

10. 胡邵敏，「三重―蘆洲之地層特性對捷運深開挖工程之影響」，地工技術第十七次研討會～特殊深開挖技術，台北，第 1-14 頁（2003）。

11. 經濟部水資源局，「台北盆地地下水位及水質檢測（一）」，農

業工程研究中心，MOEA/WRB-890031V1（2000）。

12. 經濟部水資源局，「台北盆地地下水位及水質檢測（二）」，農業工程研究中心，MOEA/WRB-900011V2（2001）。

13. 經濟部水資源局，「台北盆地地下水位及水質檢測（三）」，農業工程研究中心，MOEA/WRB-910049V2（2002）。

14. 「大橋國小地下水測站監測值報表」，環保署環境水體水質資料庫，http://alphapc.epa.gov.tw/cgi-bin/get_ugw_fixed？4421。

15. 張惠富，「空調系統能源規劃」，電機月刊，第八卷，第五期，

第 227-233 頁（1998）。

16. 韋宗楒，「窗型、箱型空調機的節能要領」，電機月刊，第七卷，第六期，第 122-127 頁（1997）。

17. 吳三明、葉忠泓，「中小噸數冷媒壓縮機的形式與性能比較」，

電機月刊，第二十九卷，第六期，第34-42 頁（2003）。

18. 潘子明，「退伍軍人症」，科學月刊，第二十六卷，第三期，

第199-206 頁（1995）。

19. 謝桂平、謝建新，「空調機性能測試出探」，東南學報，第二十八期，第263-272 頁（2005）。

20. 張明吉、賴炎生，「冷卻水變流量控制之節能方法」，機械月刊，第二十六卷，第七期，第 416-421 頁（2000）。

21. 陳國珍撰著，「冷卻塔撰鑑」，良機國際集團，第Ⅰ-42-Ⅰ-46 頁（2003）。

22. 何宗岳，「空調省能觀之另類思考」，電機月刊，第十三卷，

第五期，第 170-176 頁（2003）。

23. 王文博、胡興邦，「冷凍空調原理(上)」，承美科技圖書有限公司，十二版（2003）。

24. 王文博、胡興邦，「冷凍空調原理(下)」，承美科技圖書有限公司，十二版（2003）。

25. 李希聖，「空調節能技術」，財團法人徐氏基金會，第 233-253 頁（1993）。

26. 黃瑞隆、陸紀文、黃建民、謝文健、謝建新譯，「空調工程與設計-含供暖與通風」，高立圖書有限公司，初版，第601- 652 頁（2003）。

27. 蘇金佳譯，「冷凍與空調」，國立編譯館，二版，第 229-281 頁（2004）。

28. 蕭明哲，「冷凍空調概論」，全華科技圖書股份有限公司，第-頁（1983）。

29. 賴瑩栩，「箱型空調系統模擬之研究」，碩士論文，國立台北科技大學冷凍空調工程研究所，臺北（2004）。

30. 傅彥鈞，「蒸氣壓縮式冰水機組之熱力最佳化分析」，碩士論文，國立台北科技大學冷凍空調工程研究所，臺北（2005）。

31. 陳志鵬，「以熱力學第二定律效率探討R-134a 冷煤之運轉特性」，碩士論文，國立屏東科技大學機械工程系，屏東（2001）。 32. 陳正逸，「以循環式地下水作為空調系統散熱媒介之研究」，

碩士論文，國立台灣科技大學營建工程所，臺北（2005）。

表3- 1 水冷式箱型空調機規格表

型式單體型

機型 PW0862C

冷氣能力 22400 kcal/h 電源 3ψ 220V 60Hz

運轉電流 23.8A

起動電流 128A

冷媒 R-22 3.1kg 額定風量 70 m

³

/min

E.E.R 3.0 kcal/h.w 消耗電功率 7.5 kw

功率因數 83％

電熱裝置容量 12 kw 額定機外靜壓 0/10 mmAg

總重量 276 kg DPH 22 kgf/cm

²

L 13 kgf/cm

²

表3- 2 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

種類型號材料溫/濕度範圍精度

白金電阻式溫度感知器

PRTD-100 白金 -200~850℃ ±0.5℃

熱電耦 K-type

正極：鎳鉻合金負極：鎳鋁合金

-270~1372℃ ±0.5℃

相對濕度計 HT-8001 macro-molecule

humidity sensor 5~95％RH ±3％

表3- 3 平衡閥閥開度與流量之關係表平衡閥閥開度流量（lpm）

4 145.0 3 139.6 2 113.8 1 79.4 0.5 58.4 0.3 45.8 0.1 32.5

表 3- 4 泰仕 3600 電力分析儀之規格

TES-3600 1V～

999.9V 註：1.DB:乾球溫度，RH:相對溼度，WB:溼球溫度， h:焓值，d:密度

2. 出/回風焓差 ∆h=59.689-40.191=19.498 kJ/kg

表 4- 2 室內試驗 1 實驗結果彙整表循環冷卻水流量（liter/min） 145

循環冷卻水入口溫度（℃） 28.6

循環冷卻水出口溫度（℃） 31.7

箱型空調機出風口焓值（kJ/kg） 40.191 箱型空調機回風口焓值（kJ/kg） 59.689

壓縮機之耗電量（kW） 7.18

壓縮機之壓縮比 2.577

冷卻水冷卻能力（kW） 31.315

壓縮機之冷凍能力（kW；RT） 27.157 ； 7.73

性能係數COP 3.78

註：1. 冷凍能力=焓差值×風量×密度；風量為 70 m

³

/min，

密度為1.2 kg/m

³

2. 可將冷凍能力單位換算為冷凍噸（RT），1 RT=3024 kcal/hr 3. COP 性能係數=冷凍能力 kW/壓縮功 kW

4. 壓縮比= 高壓絕對壓力/低壓絕對壓力

表4- 3 室內試驗 2 不同循環冷卻水量之冷卻能力表

M(liter/min)

C(kcal/kg ‧℃ ) ∆T( ℃ ) Q(kW)

145.0 1 3.0 30.305

113.8 1 3.8 30.126

79.4 1 5.3 29.317

58.4 1 7.8 31.734

45.8 1 9.6 30.630

註:Q=M×C×∆T

， M:流量，C：比熱，Q：熱通量

表 4- 4 室內試驗 2 出/回風口物理性質表

表4- 5 室內試驗 2 不同循環水流量與空調機效能關係表

試驗編號 (lpm)

焓差值 (kJ/kg)

耗電量 (kW)

冷房能力 (RT)

冷房能力 (kW)

COP

G145 22.053 6.59 8.97 31.504 4.78

G113.8 21.612 6.63 8.62 30.257 4.56

G79.4 20.735 6.79 8.27 29.029 4.27

G58.4 20.031 7.15 7.99 28.043 3.92

G45.8 19.026 7.23 7.69 27.014 3.74 註：1. 冷凍能力=焓差值×風量×密度；風量為 70 m

³

/min，

密度為1.2 kg/m

³

2. 可將冷凍能力單位換算為冷凍噸（RT），1 RT=3024 kcal/hr 3. COP 性能係數=冷凍能力 kW/壓縮功 kW

表4- 6 室內試驗 2 不同循環水流量與空調機壓縮比之關係表表壓力

（kg/cm

²

- g）

絕對壓力 (kg/cm

²

- a) 試驗編號

(lpm) 高壓低壓高壓低壓

壓縮比

G145 12.0 4.5 13.033 5.533 2.355 G113.8 12.7 4.6 13.733 5.633 2.438

G79.4 13.0 4.6 14.033 5.633 2.491 G58.4 14.5 4.9 15.533 5.933 2.618 G45.8 15.0 4.9 16.033 5.933 2.702 註：1. 絕對壓力(kg/cm

²

- a) = 大氣壓力+表壓力（kg/cm

²

- g），大氣

壓力為1.033 kg/cm

²

2. 壓縮比= 高壓絕對壓力/低壓絕對壓力

表4- 7 以地下水為循環冷卻水對傳統使用冷卻水塔之 COP 提升率表

試驗編號

（lpm）

COP

COP 提升率

（％）

C145 3.78 ―

G145 4.78 26.45 G113.8 4.56 20.63

G79.4 4.27 12.96 G58.4 3.92 3.70 G45.8 3.73 -1.32

圖2- 1 物質像變化的方法示意圖

圖2- 2 冷氣機運作原理示意圖（王文博, 2003）

高壓高溫冷媒

圖2- 4 冷媒控制器功用圖（王文博, 2003）

圖2- 5 蒸氣壓縮冷凍循環示意圖（Anthony J.Caristi, 1991）

圖 2- 6 標準蒸氣壓縮冷凍循環壓力-焓圖（蘇金佳, 2004）

圖 2- 7 標準蒸氣壓縮冷凍循環溫度-熵圖（蘇金佳, 2004）

圖2- 8 實際蒸汽壓縮循環與標準蒸氣壓縮循環之比較示意圖

（蘇金佳, 2004）

圖 2- 9 空氣氣線圖（ASHARE Handbook. 2001）

DRY BULB TEMPERATURE - °C

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

HUMIDITY RATIO - GRAMS MOISTURE PER KILOGRAM DRY AIR

(A)

(B) RR

AS HR A E P S Y C HR O M E T R IC C H AR T NO .1

NORMAL TEMPERATURE

圖2- 10 絕熱飽和過程示意圖（蘇金佳, 2004）

圖 2- 11 理想壓縮機的壓容圖（蘇金佳, 2004）

高溫氣態冷媒入口t

_hi

冷凝之液態冷媒出口t

_ho

冷卻水流出

_tco

冷卻水流入t

ci

圖 2- 12 二重管式冷凝器示意圖（黃瑞隆, 2003 ）

圖2- 13 理想冷凍循環的莫里爾線圖（Larry Jeffus, 2004）

圖 2- 14 圓柱體熱阻熱傳示意圖

r _i r _o

T _i T _o h _o T _fi

T _fo

對流熱阻對流熱阻

T _fo T _fo

h _o T _i T _o T _fo

傳導熱阻

圖2- 15 冷卻管之全部熱阻示意圖

圖2- 16 對向流與平行流的溫度變化曲線示意圖（黃瑞隆, 2004）

圖 2- 17 外均壓管配合冷媒分配器配置示意圖（黃瑞隆, 2004）

圖2- 18 典型毛細管內壓力與溫度之分佈示意圖（賴瑩栩, 2004）

圖2- 19 冷卻水塔運轉示意圖（王文博, 2003）

A

T

∆

T

owb

T

圖2- 20 界限溫差與接近溫差的關係示意圖

pumpe

air conditioner system circulation coolant

system hot coolant

cool

圖2- 22 現地試驗地層剖面及抽水井斷面圖（陳正逸, 2005）

圖 3- 1 採用地下水為水冷式箱型空調系統之循環冷卻水示意圖

80

圖 3- 2 室內試驗 1 儀器配置示意圖

試驗開始

裝設電力分析儀並啟動

調整平衡閥開度

開啟補給水，使冷卻水塔內確定滿水

開啟加壓水泵，使冷卻水流動

開啟冷卻水塔

記錄試驗系統各測點溫溼度並持續紀

錄至試驗結束

啟動水冷式箱型空調機

冷卻水溫、出/回風溫度與冷媒高低壓

力趨於穩定

擷取試驗數值

穩定運轉1小時後

關閉空調機、加壓水泵與冷卻水塔

試驗結束

圖 3- 3 室內試驗 1 操作流程圖

82

圖 3- 4 室內試驗 2 儀器配置示意圖

10RT Package Air-Conditioner

Pumper

Balance valves

Valve

Water meter PRTD#7

PRTD#5 PRTD#6

PRTD#9 RH#3

Simulating groundwater

PRTD#1 PRTD#2

PRTD#4 PRTD#3

Compressor Expansion

valve

Condenser

Evaporator RH#2 RH#1

K#1

K#2 K#3 K#4

Tap water

圖 3- 5 室內試驗 2 操作流程圖

84

圖3- 6 室內試驗儀器配置示意圖

圖 3- 7 PW0862C 水冷式箱型空調機外型規格圖（摘自東元電機公司網頁, 2006）

TECO 3PHASE INDUCTION MOTOR

TYPE AEEF-AB RATING CONT.

OUTPUT 2HP 1.5KW FRAME 90L

POLES 2 Hz 50 60 S . F 1.0 R.P.M 2840 3410

ROTOR C VOLTS 220/380 220/380

INS. E AMP’S 5.8/3.3 5.4/3.1

DATE 1999 IP-54 220V 380V

6205EE BEARINGS

6205EE DESIGN JIS-C4210

WEIGHT 22 Kg

CONNECTI ON

圖 3- 8 加壓水泵外型及規格圖

圖 3- 9 溫濕度配置圖

111cm

25cm 11cm

35cm 37cm 35cm

11cm

W10

W11

W12

Compressor Condenser

Evaporator Expansion

valve

10RT Package Air-Conditioner

圖 3- 10 岀風口風速量測方法示意圖

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

plug lift(％)

flo w (lpm)

flow

Plug lift 4

#145

Plug lift 0.1

#45.8 Plug lift 0.5

#58.4

Plug lift 1

#79.4

Plug lift 2

#113.8

圖3- 11 平衡閥閥開度與流量關係圖

絕對壓力（kg/cm

²

-a）=大氣壓力+表壓力（kg/cm

²

- g）

圖 3- 12 絕對壓力與表壓力之關係圖

PRTD#7

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec) RH(％)

RH#1 RH#2

圖4- 4 室內實驗 1 箱型機出風口相對濕度與時間關係圖

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

0 600 1200 1800 2400 3000 3600

Time(sec)

y = -0.0642x + 11.582

圖4- 33 室內試驗冷卻水流量與空調機冷凍能力之關係圖

COP

圖4- 34 室內試驗冷卻水流量與空調機性能係數 COP 之關係圖

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 63-119)

結論

第五章 結論與建議

5.1 結論

5.2 建議

參考文獻

3

2

2

3

3

M(liter/min)

C(kcal/kg ‧℃ ) ∆T( ℃ ) Q(kW)

， M:流量，C：比熱，Q：熱通量

試驗編號 (lpm)

3

3

2

2

2

2

2

高壓高溫冷媒

AS HR A E P S Y C HR O M E T R IC C H AR T NO .1

hi

ho

tco

ci

r i r o

T i T o h o T fi

T fo

對流熱阻 對流熱阻

T fo T fo

h o T i T o T fo

傳導熱阻

A

T

T

T

T

pumpe

air conditioner system circulation coolant

system hot coolant

cool

80

穩定運轉1小時後

82

10RT Package Air-Conditioner

Pumper

Balance valves

Valve

Water meter PRTD#7

PRTD#5 PRTD#6

PRTD#9 RH#3

Simulating groundwater

PRTD#1 PRTD#2

PRTD#4 PRTD#3

Compressor Expansion

valve

Condenser

Evaporator RH#2 RH#1

K#1

K#2 K#3 K#4

Tap water

84

CONNECTI ON

Compressor Condenser

Evaporator Expansion

valve

plug lift(％)

flo w (lpm)

flow

Plug lift 4

#145

Plug lift 0.1

#45.8 Plug lift 0.5

#58.4

Plug lift 1

#79.4

Plug lift 2

#113.8

第五章結論與建議

³

²

²

³

³

³

³

²

²

²

²

²

_hi

_ho

_tco

r _i r _o

T _i T _o h _o T _fi

T _fo

對流熱阻對流熱阻

T _fo T _fo

h _o T _i T _o T _fo

²

²