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應用蓄熱能電池於儲冰式空調系統之研究

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Academic year: 2021

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應用蓄熱能電池於儲冰式空調系統之研究

林鴻彬 蕭明哲 黃明朝 曾文森

南開技術學院電機系

摘 要

本文將蓄熱能電池(thermal battery, TB)加裝於氣冷式冰水機組中,利用 蓄熱能電池之儲能特性,於冷房負荷輕載或無載時,將空調系統多餘的能量轉 換為儲冰,並於高冷房負荷時融冰以提高冷房能力;故不論冷房負荷如何變 化,本系統隨時以近於滿載之狀態運轉,因此運轉效率佳。另外,由於本系統 之結構簡單,管路系統單純,在保養維護上亦相當容易。

經實驗證明,加裝蓄熱能電池之儲冰式空調系統,與一般的氣冷式空調系 統相較,其優點如下:(一)能夠提高 40∼60%的冷房能力,減少空調設備的設 計容量。(二)配合足量之儲冰,在尖峰負載時約可轉移空調電力的三分之一。(三) 對於運轉八小時的場所,至少可節省 15.1%的電費。故若能以本系統取代傳統 的儲冰式空調系統,不僅能夠轉移夏季的尖峰電力需求,對於業主亦可收到節 省電費的效益。

關鍵詞:蓄熱能電池、氣冷式冰水機組、尖峰負載。

A STUDY ON THERMAL BATTERY USED IN ICE-STORAGE AIR CONDITION SYSTEM

Hung-Pin Lin Ming-Jer Hsiao Ming-Chao Huang Wen-Sen Tseng Department of Electrical Engineering

Nan- Kai Institute of Technology Nan-Tou,Taiwan 542, R.O.C

Key Words:

t

hermal battery, air cooled chilling unit, peak power demand.

ABSTRACT

This paper is aimed at incorporating a thermal battery (TB) into an air cooled chilling unit to store surplus thermal energy by generating ice under light-loaded or unloaded conditions and to reclaim the energy by melting the stored ice to enhance cooling capability during the peak-load period. It is shown in this paper that the proposed system can operate at almost full-load condition despite load fluctuation, which means high efficiency for the proposed system. In addition, the pipeline structure of this system is simplified by reducing the number of heat exchangers and hence the maintenance.

Experimental results are shown to indicate the advantages of the proposed system. These results show that the system is able to increase cooling capability by 40~60%, transfer approximately one third of the peak power demand required by an air-conditioning system, and save at least

(2)

15.1% of the power fee for 8-hours of operation. Therefore, replacing traditional air conditioning systems by the proposed system is a solution to easing the peak load demand during the summer and acquiring economic benefit.

圖 1 傳統儲冰式中央空調系統

一、前 言

近二十年來,隨著經濟的快速發展,人們對於環境舒 適度愈加講究,因此空調系統需求量急遽增加,尤其是夏 季炎熱的亞太地區[1];由於冷凍空調所增加的電能消耗,

使得能源消耗量迅速上升,並擴大日夜間之電力負載差 距,因此亞太各國之官方能源部門及電力公司紛紛際出獎 勵辦法,希望能夠提高空調系統之效能以降低尖峰負載需 求。近年來,儲冰式空調系統因移轉電力的特色而廣受矚 目,其移轉電力的效果極為顯著,但由於其熱交換效率不 佳,故專家學者紛紛針對此一系統進行探討,主要的研究 方向包括:(一)儲冰效率的提昇[2],(二)系統之性能分析與 預測[3,4];(三)系統的省電效益評估[5,6]等。

在臺灣,冷凍空調之電力需求約佔總負載量的三分之 一,尤其是炎熱的夏季,負載需求跟外氣溫度關係密切,

尖峰負載通常是發生在最高溫的時刻附近,故空調電力之 管理對於尖峰負載值具決定性之影響。過去相關單位為減 少尖峰負載之空調電力需求,故大力推廣儲冰式空調系 統,希望藉其在夜間儲冰、白天融冰的特性,以減少日間 高溫時之空調耗電量。目前至少有 350 套以上的大型傳統 儲冰式空調系統在運轉[7],對於日夜間之電能移轉確有幫 助。但如何提高此系統之運轉效率,亦為國內空調界學者 努力的課題,其中有針對泵浦進行變流量節能設計者[7,8]

有透過圖控軟體,模擬負載容量控制,並評估經濟調度者,

更有著手於最佳儲冰量與融冰釋冷時刻之相關研究者 [9];雖然針對此系統研究者眾,但由於其熱交換次數高達 五次(如圖 1 所示),管路相當複雜,且動件又多,往往因 為操作不當、維護不良,加上業者沒有完善的管控措施,

致其運轉效率不如預期。

本文所提出之含蓄熱能電池之儲冰式空調系統,係將 蓄熱能電池加裝於氣冷式冰水機組中,利用蓄熱能電池的 儲能特性,於低冷房負荷時儲冰,並在高冷房負荷時融冰

圖 2 含蓄熱能電池之儲冰空調系統

圖 3 蓄熱能電池之構造及示意圖

釋冷,如此將可轉移日夜間的電能需求。經實驗後證明,

加裝蓄熱能電池之儲冰式空調系統,可減少尖峰冷房負荷 之空調電力約 30∼40%。而且由於蓄熱能電池的構造簡 單,整個系統之複雜度與氣冷式冰水機組相差不大,但是 熱交換次數(如圖 2 所示)明顯少於傳統儲冰式空調系統,

故效率較高而且操作及維護均較簡單,故本文所提系統,

對於目前尖峰負載之移轉及節約能源確有助益。

二、蓄熱能電池之簡介

本文所使用之蓄熱能電池為一項專利產品[10],其構 造與示意圖如圖 3 所示;係利用熱管之熱傳特性,使能量 在冷媒與儲能介質間迅速地傳遞,進而達到高效率之儲能 與釋能作用。由於熱管之構造簡單、沒有動件、故障率極 低,故目前在工業界之應用極為廣泛,尤其是散熱系統方 面,如應用於筆記型電腦之散熱[11]。

由於此蓄熱能電池為專利產品,目前僅有學者針對儲 能介質的選擇及熱管中工作流體填充量進行儲、融冰之效 率研究[12],在空調界則尚無實際之應用;故本文將其加 裝於氣冷式冰水機組中,利用蓄熱能電池之儲、釋能特性,

來調節冷房負荷之冷媒需求量,使壓縮機隨時以滿載狀況 運轉。目前本系統裝置於南開技術學院工程大樓七樓實驗 室中,並於九十二年度八月底開始運轉。

如圖 3 所示,由冷凝器流出之冷媒分兩路進入蓄熱能

(3)

圖 4 量測系統示意圖

PS:黑點處即為溫度量測處

圖 5 TB-CHU 空調系統

電池中,流經上路之冷媒用來儲冰,至於冷房所需之冷媒 則由下路通過。在低冷房負荷時,多餘的液態冷媒由上路 進入蓄熱能電池中,並在此蓄冷儲冰;至於冷房所需之冷 媒則由下路通過,與蓄熱能電池中之冰水進行熱交換後,

形成過冷卻(sub-cooling)狀態,由莫里爾線圖可知,其 焓差加大,故能夠提高單位冷媒之冷房能力。隨著冷房負 荷上升,儲冰之冷媒量逐漸減少,大部分的冷媒流經融冰 之路,以應付較大的冷房需求。當冷房負荷達到最大時,

所有冷媒均流經下路,若蓄熱能電池已有足量的儲冰時,

此時之冷媒除了焓差加大外,其過冷卻狀態亦造成冷媒密 度提高,使得冷媒流量變大,使冷房能力因加乘作用而放 大,其冷房能力可達原系統容量之 140∼160%。

三、實驗量測與系統架構

如圖 4 所示,在氣冷式冰水機組中,加裝蓄熱能電池;

基於量測之需要,並於系統中裝置下列儀表:

1. 多點式溫度計:用以量測系統各點之溫度變化。

2. 壓力表:量測系統之排氣壓力、凝結壓力及吸氣壓力。

3. 電度表:量測系統運轉所消耗之電能。

4. 數位型交流電表:量測系統之瓦特、電壓及電流值。

5. 流量計:量測冰水之流量。

威斯康辛大學的 Klein[13]曾利用壓縮機吸入口側之冷 媒來進行過冷卻作用,其作法為是加裝一熱交換器,將冷 凝器出口之液態冷媒引入此熱交換器中,並在此與壓縮機 吸入側之冷媒進行熱交換,使液態冷媒降溫達到過冷卻狀 態後,再進入膨脹閥,經實驗證明此舉確可提高系統之運 轉效率。故本文認為若能以蓄熱能電池來進行過冷卻作 用,除可獲得較高的運轉效率外,並能夠移轉日夜間之電 力需求。本文將蓄熱能電池加裝於 4RT 之氣冷式冰水機組 中,並稱之為 TB-CHU 空調系統(如圖 5 所示),另基於 實驗需要,加裝 SV1 和 SV2 兩個電磁閥。本系統利用蓄 熱能電池來調節冷房負荷變動時之電力需求,使壓縮機隨 時維持全載運轉。當冷房負荷小時,使部分冷媒由上路流 經 TB,透過熱管迅速之熱交換作用,在此蓄冷儲冰;流經 下路之冷媒則因 TB 中冰水之熱交換而產生過冷卻狀態,

使相同冷媒量之冷房能力提昇。只要適度調整冷媒分流 量,使流經下路之冷媒量,恰足以供應冷房之空調需求即 可,多餘的冷媒用來儲冰。隨外氣溫度之改變,其運轉模 式可分為下列四種模式:

(一) 無冷房負荷:SV1 ON 而 SV2 OFF,冷媒流經 TB 之 上路進行儲冰動作,此時僅壓縮機系統運轉,其餘動 件均 OFF。

(二) 低冷房負荷:利用冷媒之分流(SV1 與 SV2 均 ON) 可同時進行儲冰與空調運轉。

(三) 冷房負荷滿載:此時空調主機之冷房能力恰足以供應 負載需求,故已無法進行儲冰功能。

(四) 最高冷房負荷:此時 SV1 OFF 而 SV2 ON,所有冷媒 流經下路,與冰水進行熱交換後,過冷卻狀態之冷媒,

將使冷房能力提高至空調主機容量之 140∼160%。故 可節省尖峰負載時之空調電力需求。

透過不同的運轉模式,使壓縮機隨時以滿載運轉,對 於壓縮機之效率、壽命均有幫助,而且可達到轉移日夜間 電力之目的,故此系統有助於解決目前日夜間電力差距過 大的問題。

四、最大冷房能力提昇

空調系統之冷房能力與冷媒在蒸發過程之吸收熱成正

(4)

圖 6 莫里爾線圖

比,故提高單位冷媒在蒸發過程之焓差,即可提高其冷房 能力。

因此過冷卻作用對於冷房能力之提昇,其效果極為顯 著;本系統之冷媒由冷凝器流出後,再進入 TB 進行過冷 卻作用後,其冷房能力將提高為ηi 倍(相關參數如圖 6 所 示)

ηi

4 1

' 4 1

h h

h h

(1)

經實驗發現,當 TB 已有部分儲冷時,其過冷卻溫度 差最大可達 31.2℃,相關數據如表一所示:經對照 R-22 之莫里爾線圖,可取得各相關點之焓值,並代入(1)式,

可得單位冷媒之冷房能力放大值,ηi 約為 1.292。

ηi 1.292 447 . 113 727 . 149

836 . 102 727 . 149

4 1

' 4

1 =

= −

h h

h h

過冷卻作用除了能夠提高單位冷媒之焓差外,更由於 液態冷媒之溫度降低後,其密度亦將增加,使相同容量之 管路流過更多的冷媒,成為冷房能力提昇的第二項因素。

假設液態冷媒管路之容量為V(m3):

ηg g

' g =

d

* V

' d

*

V =

d '

d (2)

由表一可知,冷媒經冷凝散熱後之溫度為 41.3℃,若 再經 TB 融冰散熱後,其溫度將降為 10.1℃,故由液態冷 媒密度表可得:

ηg1.11 724 . 1122

34 .

' 1246

= d =

d

使用 TB 後冷房能力放大倍率 η=ηi×ηg=1.292×1.11=1.434

由上式之計算結果可印證,加裝 TB 之氣冷式冰水機 組,其最大冷房能力可提昇約 43.4%。此外經加裝 TB 後 之儲冰式空調系統,其壓縮機之吸入側壓力將略微上升(其 Pabs≒6.096∼6.307 kg/cm2),此舉將使其吸入側之比容下 降,對於冷媒循環量亦有提昇之作用,因此只要經過適當 的設計,加裝 TB 之儲冰式空調系統後之冷房能力可為原 系統之 1.4∼1.6 倍。

五、容量設計及運轉策略

為得到足夠的冷房能力,TB-CHU 系統之主機容量及 蓄熱能電池的體積尺寸,該如何規劃?首先必須計算冷房 之最大熱負荷量及一運轉週期之熱負荷曲線[14]。由於該 空調場所位於頂樓,且西、北兩面外牆均有極大面積的窗 戶,故夏季最大熱負荷發生於下午四點左右,其最大熱負 荷約為 16066kcal/hr,如表二所示;由表二可知,最大負荷 均發生於西晒嚴重的下午時段。既然最大冷房負荷值已 知,配合 TB 之釋冷能力,即可決定 TB-CHU 之主機容量。

在此所選定之主機容量為號稱四冷凍噸的壓縮主機,其額 定冷房能力為 10380 kcal/hr。

當壓縮機之容量決定後,接著必須設計蓄熱能電池之 容量。由表二可知在中午十二點以前,空調主機容量足以 應付冷房負荷之需求,甚至有多餘的能力進行少量之儲 冷,但是下午不足的冷房能力累積達到 17363 Kcal,換算 成儲冰量約需儲冰 180kg(包括部分顯熱值),經考慮冰之 密度及熱管之體積後,即可估算出蓄熱能電池的體積。因 此本系統中所製作之 TB 容積為長 0.408m3(0.85m、寬 0.4m、高 1.2m),扣除熱管體積及水結冰後之體積膨脹能,

最多只裝入 360kg 的水。經實驗後結發現,當冰層太厚時,

其熱傳效果會變差,導致儲冰效率降低,若儲冰量超過 200kg 時,儲冰之 EER 值約降至 1kcal/hr•w 左右,故為 得到較高的儲冰效率,裝水量設定為 360 公升(為儲存較 多之顯熱值),且儲冰量儘可能在 200kg 以下。若以 200kg 的儲冰量,反推約可提供 15936kcal(潛熱量)加上 5400kcal

(顯熱量,假設 TB 中之水溫維持在 15℃以下),共 21336 kcal 之儲冷量,加上原主機容量之 10380kcal/hr 之冷房能 力,便足以應付夏季之任何一天的冷房需求。

本系統運轉於學校上課期間,故空調運轉時間包括早 上八點到十二點及下午一點到五點共八個小時。為充分利 用離峰時間之電價優惠,本系統之運轉策略為每天早 表一 92 年 9 月 1 日融冰運轉紀錄值

時間 TB 之冰水 溫度

融冰入口 溫度

融冰出口 溫度

凝結壓力 Psig

吸氣壓力 Psig

冰水回水 溫度

冰水出水 溫度

室外 溫度

設定

溫度 冰水流量 15:30 6.4℃ 41.3℃ 10.1℃ 234 72 14℃ 9.9℃ 32℃ 22℃ 4m3/hr

(5)

表二 夏季冷房之尖峰熱負荷值 kcal/hr 時刻 外氣

溫度

設定 室溫

冷房

負荷 備註 AM 08:00 32℃ 25℃ 8374.56 AM 09:00 33.5℃ 25℃ 9076.68 AM 10:00 34℃ 25℃ 9391.74 AM 11:00 34.5℃ 25℃ 10300.76 AM 12:00 35℃ 25℃ 11188.8 PM 01:00 35℃ 25℃ 12498.8 PM 02:00 35℃ 25℃ 14172.8 PM 03:00 35℃ 25℃ 15336.8 PM 04:00 34.5℃ 25℃ 16065.76 最大負荷 PM 05:00 34℃ 25℃ 15793.72

表三 空調系統之電氣特性表 型號

項目

TB-CHU 某品牌

冷房能力 Kcal/hr 10380 14500 輸入功率(kw) 3.8 5.1 壓縮機

運轉電流(A) 19.4 24.4 風扇 輸入功率(kw) 0.44 0.44 冰水泵 輸入功率(kw) 0.88 0.88

總輸入功率 kw 5.12 6.42

上四點半至七點半,系統開始進行單獨儲冰運轉,八點至 十二點進行儲冰與空調同步運轉,下午一點至五點則進行 融冰與空調同步運轉(如圖 7 所示)。由於壓縮機隨時滿載 運轉,故可用以儲冰之能量總和約為 35516 kcal(如圖 7 主機容量以下之陰影區面積),只要儲冰效率大於 0.5,則 總儲冷量至少 17758 kcal,便足以應付下午的高冷房負荷。

六、電費效益

TB-CHU 空調系統係以某品牌冰水機組(原冰水機之冷 房能力為 10380 kcal/hr)改裝而成,改裝後之最大冷房能力 約為 16800 kcal/hr,由於容量較小,在電費上無法找到容量 相當的傳統儲冰式空調系統來比較,只好以同品牌之氣冷式 冰水機組作為比較對象。兩者之耗電量如表三所示:

由 表 二 可 知 實 驗 場 所 之 最 大 冷 房 需 求 為 16066 kcal/hr,但該品牌並無適當容量之機型,只好選擇容量為 14500 kcal/hr 的某品牌氣冷機組,作為電費評比對象。在 電費的計算上,以台灣電力公司所公佈的電價作為計算之 依據(如表四所示),由於 TB-CHU 空調系統能夠轉移日 夜間之電力需求,故可採用高壓二段式時間電價計費。

假設每月運轉 26 天:

某品牌冰水機運轉一個月所需之電費為(以非時間電 價計費)

6.42×8×0.9×3.465×26=4164.3(0.9 為每日運轉率)

圖 7 冷房負荷曲線

圖 8 溫度變化曲線

至於 TB-CHU 運轉一個月所需之電費為(以時間電價 計費)

基本電費(契約容量) 223.6×5.12=1144.8 每天之流動電費 4.24×3×0.606+5.12×8×2.058=92 每月所需之電費為:1144.8+92×26=3536.9

故採用 TB-CHU 空調系統每個月至少能夠節省 627.4 元之電費,其節省比率約為 15.1%。

七、結果與討論

TB-CHU 空調系統於九十二年八月底安裝完畢,並於 系統裝置多點溫度計、壓力表及各種電氣儀表後,接著進 行一連串之試驗性運轉,並於九月一日之上午儲冰三個多 小時,於下午 2 點 15 分開始進行融冰及空調運轉,所記錄 之相關的實驗數據,可分為下列幾點來探討:

1. 冷房溫度變化:在 TB 之儲冰量足夠的狀況下,其冷房 能力高達主機容量的 1.5 倍以上,故當系統進行融冰空 調運轉時,室溫將可迅速下降。其各項溫度變化如圖 8 所示。

2. 冷房能力之測量:TB-CHU 空調系統在儲冰後究竟能夠 提供多少的冷房能力?為測量其最大冷房能力,在九月 一日下午之融冰空調運轉中,將室溫設定於 22℃,藉以 提高冷房之熱負荷。經記錄一個小時之各項溫度及冰水

(6)

表四 非時間電價與時間電價之收費表 計費方式 非時間電價 高壓二段式時間電價

電費 501 度以上 3.465 元/度

經常契約:223.6 元/kw 流動電費:

尖峰電費:2.058 元/度 離峰電費:0.606 元/度

表五 儲冰效率表 類別

日期 10/29 11/1 11/3 11/18

儲冰時間(hr) 5 5 5 5

冰水初溫(℃) 23.4 3.1 4 17.1 外氣溫度(℃) 25∼30 26∼29 25∼28 25∼30 總儲冷量(kcal) 22383 21373 19834 21813 總耗電量(kw-hr) 16.6 15.65 15 16.21

平均EER 值

(kcal/ hr-w) 1.348 1.366 1.322 1.346 冰水主機之EER 值 2.448 2.448 2.448 2.448 儲冰效率 0.551 0.558 0.54 0.549 附註:(一) 冰水主機之 EER 值=主機之冷房能力/(壓縮機+風扇)

之輸入功率 10380/(3800+440)=2.448(kcal/hr-w)

(二) 儲冰量計算(g)=v (cm3)/{(1/0.917)-1}

其中 0.917 為冰之密度(g/cm3)

△ 為儲冰過程水之體積增加量(儲冰過程中,測出水v 位上昇量,即可計算出v)

(三) 總儲冷量(kcal)=361(kg)×△ ℃ +儲冰量(kg)×79.68 t( ) (kcal/kg)

(四) 儲冰效率=儲冰之 EER 值/冰水主機之 EER 值

流量後發現,冰水在板式熱交換器之出入口溫度差,最 大達到 4.2℃,而冰水流量每小時平均為 4M3/hr,由此 推算其最大冷房能力可達 16800 kcal 左右。由圖 9 可看 出,冷媒經過 TB 後,其溫度差隨著冷媒之凝結溫度之 升高而逐漸拉大,最大可達到 31.2℃。隨冷房溫度逐漸 達到設定值後,冰水之回水溫度與出水溫度均跟著降 低,兩者之溫度差始終維持在 4.1 左右(如圖 10 所示),

顯然其冷房能力穩定維持在 16400 kcal 左右,一直到室 溫降至設定值後,其冷房能力才稍降為 14000∼15000 kcal 左右(下午 3:30 到 4:00)。經過數次實驗後發現,

其最大冷房能力大約在 16800kcal 左右,且所發生的時 機大多為融冰空調運轉開始後,室溫大幅度下降時。

3. 儲冰效率:儲冰效率不佳是儲冰式空調系統必須面對的 困境,故一直是空調界的學者及專家努力的方向。儲冰 效率不易提昇的主要原因有二[15]:(一)在儲冰時,當冰 水溫度下降到冰點附近,並不會立即結冰,而是繼續下 降,而形成過冷狀態,接著溫度回升到冰點,並產生樹 枝狀冰晶,此段過冷過程造成能量的浪費。(二)結冰本 身會阻礙熱傳作用,因此太厚的冰層附著在熱管管壁 上,會產生較大的熱傳阻抗,使儲冰效率降低。由於原

圖 9 冷媒經過 TB 之溫度變化

圖 10 冰水之溫度變化

因一係介質本身之特性使然,除非改變儲冷介質,否則 不易改善;但是本系統仍希望以水作為儲熱介質,除了 安全、穩定及方便以外,未來更可配合盤管中冷凝水之 回收,減少冷氣滴水所造成的問題,並可提高系統之熱 交換效率。至於結冰阻礙熱傳的問題,有些專家提出動 態儲冰的方式來克服[6,15];在 TB-CHU 中則以縮短熱 管間隙,減少結冰厚度的方式來面對。不論儲冰效率如 何改善,TB-CHU 永遠比傳統儲冰式空調系統之少了兩 次熱交換,在熱交換效率上佔盡優勢。經實際測試後,

TB-CHU 之儲冰效率大約為 0.55 左右。如表五所示。

4. 壓縮機之耗電量:本系統之最大特色是,不論外氣溫度 如何變化,TB-CHU 空調系統將以適當的運轉模式來因 應,其壓縮機隨時以近於滿載的狀況運轉,故可得到較 佳之運轉效率;而且可減少停機、啟動的次數,有益於 系統的穩定性。經實際測量後發現,隨運轉模式之不同,

壓縮機電流也有明顯的變化;以九月一日為例,儲冰運 轉與同時儲、融冰運轉之差距不大,而融冰空調運轉之 電流值大於前者約 1∼2 安培,並且已趨近於 19.4 安培 之滿載值,如圖 11 所示。

(7)

圖 11 不同運轉模式之壓縮機電流

八、結 論

TB-CHU 係配合蓄熱能電池而設計的空調系統,藉蓄 熱能電池之應用,簡化系統之構造,減少其熱交換次數,

以改善傳統儲冰式空調系統效率不佳的缺點;此外在節約 能源、保養、維修及節省電費上均具優勢,其各項優勢分 述如下:

1. 冷房能力大:能夠提供主機容量之 1.4∼1.6 倍的冷房能 力。

2. 電力移轉:配合足量的儲冰,能夠移轉約 1/3 的尖峰電 力。

3. 節省電費:對於日間八小時運轉的實驗場所,至少可節 省 15.1%的電費。

4. 高效率運轉:壓縮機隨時穩定運轉,運轉效率高且故障 率低。

5. 維護容易:因為構造簡單,在維修及保養上比傳統儲冰 式空調系統容易。

雖然 TB-CHU 在儲冰量比不上傳統中央儲冰式空調系 統,但分時儲冰的特性,依然保有電力移轉的優點;而且 面對多變的外界環境,能夠以不同的運轉模式因應,更適 合各種不同的空間需求,尤其是需要 24 小時運轉的空調場 所,故對於重視節約能源的今日,TB-CHU 將是未來空調 界的新選擇。

符號索引

d 未加裝 TB 之冷媒密度

d' 經 TB 之過冷卻作用後冷媒密度 g 一般空調系統冷媒循環量 g' 含 TB 之空調系統冷媒循環量 ηg 加裝 TB 前後之冷媒循環量比值 ηi 單位冷媒之冷房能力放大值

參考文獻

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2004 年 10 月 08 日 收稿 2004 年 11 月 04 日 初審 2005 年 03 月 07 日 複審 2005 年 06 月 13 日 接受

數據

圖 4 量測系統示意圖  PS:黑點處即為溫度量測處  圖 5  TB-CHU 空調系統  電池中,流經上路之冷媒用來儲冰,至於冷房所需之冷媒 則由下路通過。在低冷房負荷時,多餘的液態冷媒由上路 進入蓄熱能電池中,並在此蓄冷儲冰;至於冷房所需之冷 媒則由下路通過,與蓄熱能電池中之冰水進行熱交換後, 形成過冷卻(sub-cooling)狀態,由莫里爾線圖可知,其 焓差加大,故能夠提高單位冷媒之冷房能力。隨著冷房負 荷上升,儲冰之冷媒量逐漸減少,大部分的冷媒流經融冰 之路,以應付較大的冷房需求。當冷房負荷達到最
圖 6 莫里爾線圖  比,故提高單位冷媒在蒸發過程之焓差,即可提高其冷房 能力。  因此過冷卻作用對於冷房能力之提昇,其效果極為顯 著;本系統之冷媒由冷凝器流出後,再進入 TB 進行過冷 卻作用後,其冷房能力將提高為 ηi 倍(相關參數如圖 6 所 示) 。  η i = 41 '41hhhh−−  (1)  經實驗發現,當 TB 已有部分儲冷時,其過冷卻溫度 差最大可達 31.2℃,相關數據如表一所示:經對照 R-22 之莫里爾線圖,可取得各相關點之焓值,並代入(1)式, 可得單位冷媒之冷房能力放大值,η
圖 11  不同運轉模式之壓縮機電流  八、結    論  TB-CHU 係配合蓄熱能電池而設計的空調系統,藉蓄 熱能電池之應用,簡化系統之構造,減少其熱交換次數, 以改善傳統儲冰式空調系統效率不佳的缺點;此外在節約 能源、保養、維修及節省電費上均具優勢,其各項優勢分 述如下:  1

參考文獻

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