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28 變頻泵浦機組與變動負載-1

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泵浦及變頻機組

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28 變頻泵浦機組與變動負載-1

  1. 1. 1 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 變頻泵浦機組與變動負載 講師:簡煥然 煜然有限公司 2014、05、14 竹東
  2. 2. 2 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 摘要: 本份文件的目的在說明變頻泵浦機組的運轉及其監控,變頻機 組必須管理的四組曲線: 等效阻抗曲線 變動負載曲線 電功流功曲線 單位水量耗功曲線 機組運轉時要同步參考各曲線以進行監控,使得機組的供水能 力提高而耗用能源降低。 而泵浦機組採購時除了原有揚程、流量、電功、轉速以外,還 必須引用變動負載曲線、耗能基準線來計算能源效率指標(EEI),以 區分變頻機組在變動負載下的能效。 文由泵浦機組基礎知識的介紹,來協助讀者能真正掌握相關知 識與節能觀念,希望本份文件能有助於推廣節能,本文內容仍有待 經驗豐富的先進不吝指正。 簡煥然 2014 05 17 竹東
  3. 3. 3 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 1. 泵浦性能測試 1.1 泵浦性能資料整理 1.2 耗能基準線 1.3 泵浦的耗能流功曲線 1.4 並聯機組變頻性能測試 1.5 變頻運轉之能效指標(EEI) 1.6 安裝現場測試 2. 泵浦節能日常管理 2.1 泵浦操作點變動 2.2 用水量日常記錄 2.3 用水時間比統計 2.4 系統單位水量耗能 3、泵浦能源效率管理 2.1 系統阻抗曲線與泵浦運轉規劃 2.2 泵浦選用與負載模式 4. 冰水管路系統循環效率 5. 泵浦機組與管路系統管理 大綱大綱
  4. 4. 4 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 1. 泵浦性能測試 1.1 泵浦性能資料整理 1.2 耗能基準線 1.3 泵浦的耗能流功曲線 1.4 並聯機組變頻性能測試 1.5 變頻運轉之能效指標(EEI) 1.6 安裝現場測試
  5. 5. 5 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 壓力P(Nt/m2)=ρgH = 密度ρ(Kg/m3)× 加速度g(m/sec2) × 揚程H(m) 流功(W)=壓力P(Nt/m2)× 流量Q(m3/sec)=ρgHQ 泵浦效率=流功(kW)/馬達軸功(kW) 馬達實際耗能(kW)=馬達軸功(kW)/馬達效率(%) 耗電功(kW)= √3 x 電壓(V) x 電流(I) x 功因 單位水量耗電功(kWh/m3)=耗電功(kW)/流量(m3/h) 1.1 泵浦性能資料整理
  6. 6. 6 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net H 揚 程 Q流量 H-Q Q0 單位水量耗能曲線kWh/m3 單 位 耗 能 kWh/m3 1.1.1 泵浦性能曲線 總 效 率 % 耗 電 功 kW % kW 泵浦性能測試報告的內容  流量-揚程曲線,流量-耗電功曲 線,流量-總效率曲線  單位水量耗功-流量曲線,耗能- 流功曲線  並聯機組EEI能效指標
  7. 7. 7 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 1.以設定的Ns分類範圍為基準,以單級的比速率Ns計入,例如, 70<Ns<125, 125<Ns<250,250<Ns<450,450<Ns<650, 650<Ns<900等。 2.針對單台泵浦與並聯機組的最高效率點,耗能比最低點,彙整 不同規格產品的耗能流功資料的分佈,進行平均曲線計算作 為耗能基準線。 3.耗能基準線跟變動負載曲線並非相依,因為只取耗能比最低點 的數據。 4.流功的計算是採用最大葉輪外徑最大轉速之額定點,其驅動馬 達在該輸出流功下接近於滿載量取耗電功,得到耗能與流 功。 5.國內供應商可以參考上述方法,依Ns分類做出耗能基準線。 6.耗能基準線建立後就可以做為採購的參考,適用於單台定頻泵 浦,單台變頻泵浦,變頻並連泵浦機組。 1.2 耗能基準線
  8. 8. 8 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 耗 電 功 流功 耗能基準線統計 每一個數據點代表每一個 規格泵浦最佳效率點的電 功流功值,數據來源: 1.泵浦廠商的最高效率點 2.過去採購案最佳效率點 統計 3.直接換算泵浦規範與馬 達規範之最高效率值 耗能基準曲線 耗能比=耗電功/流功=1/總效率%
  9. 9. 9 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 耗 電 功 流功 實測點 最大輸出流功 設計點 。 。 。 1.3 泵浦的電功流功曲線 耗能比=1.2 總效率=83.3% 耗能比=1.67 總效率=60% 耗能比=2.5 總效率=40% 馬達過載區 大流量區 低流量區 耗能比=耗電功/流功=1/總效率 離心式泵浦 1.3.1 定頻泵浦的電功流功曲線
  10. 10. 10 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 耗 電 功 流功 實測點 最大輸出流功 設計點 。 。 。 斜流式泵浦 大流量區 耗能比=耗電功/流功=1/總效率 耗能比=1.2 總效率=83.3% 耗能比=1.67 總效率=60% 耗能比=2.5 總效率=40%
  11. 11. 11 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 耗 電 功 流功 實測點 最大輸出流功 設計點 。 。 。 軸流式泵浦 低流量區 大流量區 耗能比=耗電功/流功=1/總效率 耗能比=1.2 總效率=83.3% 耗能比=1.67 總效率=60% 耗能比=2.5 總效率=40%
  12. 12. 12 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 不同機型定頻泵浦耗能流功曲線比較 耗 電 功 流功 軸流泵 斜流泵 離心泵 泵浦的比速率Ns的範 圍在>200以上,泵浦 耗能比<2.0佳 ,比 速率>350以上,泵浦 耗能比<1.67佳,葉 輪為2D葉片者或功率 小於3HP者,泵浦耗 能比<3.0佳,多數3D 葉片的泵浦耗能比 <2.5為限 。
  13. 13. 13 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 1.4 並聯機組變頻性能測試 1.並聯機組的每一單台泵浦都必須先進行性能測試。 2.依據負載曲線設定泵浦的運轉條件,測試方法與測試設備同單 台泵浦測試。 2.並聯機組的負載曲線必須事先告知其編號或9個操作點,無論 恆壓或變動運轉。 3.測試時沿著負載曲線改變測試條件,至少記錄9筆以上數據, 錄流量、揚程、耗電功、轉速等數據。 4.依據流量、揚程數據計算出電功流功曲線,關注落在高耗能比 的那些資料,作為後續維修保養參考與機組性能監控參考。 5.多台並聯機組的電功流功曲線資料彙整後,就可以進一步統計 出耗能基準線,可以做為採購的參考。 7.測試結果有問題時,可以比對單台泵浦的變頻測試資料以找出 問題,但須注意電功流功曲線與負載曲線相依。
  14. 14. 14 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 流量 cmm 揚 程 m 變動負載曲線 泵浦C 泵浦B 泵浦A或2台泵浦B Qmin QB ﹡ Qmax=QA=2QB *QB 1.並聯機組操作時沿負載曲線變換,至少記錄9筆資料,介於Qmin與 Qmax之間等流量間隔進行測試。 2.並聯機組的負載曲線必須事先告知,無論恆壓負載或變動負載。 3.正確變動負載曲線由日常運轉統計得到 恆壓負載曲線 1.4.1 並聯泵浦機組與負載曲線
  15. 15. 15 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 耗 電 功 流功 實測點 最大輸出流功 設計點 。 。 。 高負載區 低負載區 1.4.2 離心式泵浦電功流功曲線-變動負載曲線 耗能比=1.2 總效率=83.3% 耗能比=1.67 總效率=60% 耗能比=2.5 總效率=40%
  16. 16. 16 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 耗 電 功 流功 實測點 最大輸出流功 設計點 。 。 。 1.4.3 離心式泵浦電功流功曲線-變頻恆壓負載 高負載區 低負載區 耗能比=1.2 總效率=83.3% 耗能比=1.67 總效率=60% 耗能比=2.5 總效率=40%
  17. 17. 17 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 耗 電 功 流功 1.4.4 離心式泵浦電功流功曲線比較 變頻恆壓負載 變頻變動負載 定頻負載 1.不同的負載曲線運轉,節能的效果在低負載區有明顯的差異。 2.在高負載區運轉,節能的效果是一樣。 高負載區 耗能比=1.2 總效率=83.3% 耗能比=1.67 總效率=60% 耗能比=2.5 總效率=40%
  18. 18. 18 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 流量 cmm 揚 程 m A泵浦 100%Q75%Q50%Q25%Q 1.5 變頻運轉之能效指標(EEI) EEI(Energy Efficiency Index) 係用來描述泵浦在變動負載下的 綜合節能指標;以泵A2的3600rpm性能曲線為基準,泵A依照變動 負載曲線運轉,找出25%、50%、75%、100%流量Q的操作點下的耗 電功。 耗 電 功 W A泵3600rpm 浦耗電功W* 變動負載 耗電功W Regulation 641/2009/EC and the amendment 622/2012/EC with regard to ecodesign requirements for circulators, October 2012 。 3600rpm 2800rpm 變動負載
  19. 19. 19 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 設定系統運行時間與負載,本處假設的時間比以日常用水量的負 載時間比例,正確比例值由日常運轉統計得到。 負載Q 時間t 時間比% 100% t100% 20% 75% t75% 25% 50% t50% 25% 25% t25% 30%  t100%+t75%+t50%+t25%=100%  運行時間比例與應用系統相關  負載Q的比例次系統應用時的最大流量為100%
  20. 20. 20 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 系統耗能指標系統耗能指標(EEI)(EEI)計算計算 Wave=W100%t100%+W75%t75%+W50%t50%+W25%t25% Wref=W* 100%t100%+W* 75%t75%+W* 50%t50%+W* 25%t25% Wref=W* 100% 或 Wref=耗能基準線相同流功值得耗電能值(歐盟) 耗能指標EEI=Wave/ Wref 把各不同流量點的耗功乘以時間比例,相加後得到平均耗電功Wave 與Wref ,W*為3600rpm性能曲線的耗功,EEI的值即為二者相除之 值。歐盟是用Wref =W* 100%的值計算或耗能基準線的值。
  21. 21. 21 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 安裝現場確認泵浦實際 運轉規格的方法之一, 就是直接流測輸入電功 率與輸出流量,但是必 須先把右圖依據廠測資 料先做好,再把實測數 據標示上去;馬達耗電 值可以比計算軸功還準 確 。由量測得到的流 量推算出原有性能曲線 上的操作點,本項方法 準確性稍低,因為沒有 量測揚程,但可以用來 持續監控耗能。 H 揚 程 Q流量 H-Q Q0 單位流量耗能曲線kWh/m3 單 位 耗 能 kWh/m3 推估等效阻抗曲線 1.6 安裝現場測試 。 實測點 設計操作點 推估操作點 1.6.1 間接量測法
  22. 22. 22 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 地二種方法就是在安裝現場 量測泵浦的揚程與流量及耗 電功, 並算出流功,先依 據廠測資料先做好耗電功- 流功曲線圖,再把實測數據 標示上去 。 由量測得到的流量推算出原 有性能曲線上的操作點,並 計算出阻抗曲線,用來持續 監控系統變動參考。 進一步計算流功做出耗電功 -流功曲線,是一種有效的 耗能監控方法。 H 揚 程 流量 H-Q Q0 等效阻抗曲線 設計點 實測點 1.6.2 直接量測法 。
  23. 23. 23 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 1.6.3 廠測與實測數據差異來源分析 數據的誤差原因有下列幾種: 1.廠測數據不正確:包含儀器未校正,泵浦測試管路 配置不當,未執行TAF實驗室相關性測試來提高數 據可信賴度,導致測試品質下降。 2.現場測試數據不正確:包含儀器未校正,壓力量測 孔不標準,未設置長期監控用壓力與流量量測孔, 管路太老舊無法正確使用超音波流量計,電功率錶 不正確,泵浦的出入口管路長度不足,管路裝置太 多彎管、閥等導致管內流場太紊亂,使得壓力與流 量量測誤差過大。 3.無法在不同時間點之相同用水量下進行測試,導致 數據重現性不佳,無法提供高可信賴性數據。
  24. 24. 24 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 1.6.4 TAF實驗室相關性測試 目前TAF實驗室管理單位並未被要求進行相關性測 試,只有自願性實施,其實施方法如下: 1.建置標準品:含功率大小不同的標準泵數台,用來 在不同供應商TAF實驗室監測試驗證用,泵浦與馬 達同一組不可任意更換。 2.現場測試:定期在不同供應商的TAF實驗室進行測 試,依照其遵循的規範,按相同格式整理測試數 據,含測試誤差與不確定度分析,測試前的查核表 確認所有測試條件與操作人員均符合。 3.數據比較:把各TAF實驗室的數據進行統計與誤差 分析,性能曲線須進行換算成多項式公式。 4.相對誤差過大的實驗室須進行整備,重新進行測試 值到允收範圍。
  25. 25. 25 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 2. 泵浦節能日常管理 2.1 泵浦操作點變動 2.2 用水量日常記錄 2.3 用水時間比統計 2.4 系統單位水量耗能
  26. 26. 26 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 2.1 泵浦操作點變動 2. 泵浦挊能日常管理 流量 cmm 揚 程 m 泵浦等效率曲線 預計操作點 實測操作點
  27. 27. 27 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 泵浦無法在高效率區運轉的分析步驟: 量測流量、揚程、輸入電功 等效阻抗曲線、電功流功曲線 、單位水量耗電功曲線 等效阻抗曲線 預定阻抗曲線 操作點位於 高效率區 操作點位於 次高效率區 安裝管 路問題 修正管路 操作點位於 最差效率區 管網 變動 流量、揚程 統計 更新阻抗曲線 保留阻抗 曲線資料 性能不足 修正泵浦規格
  28. 28. 28 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 管路阻抗曲線計算的誤差,是泵浦安裝後無法在高效 率區運轉的主要原因,其次才是管網變動。 1.現場測試取得流量、揚程、輸入電功。 2.依據等效管路阻抗曲線計算方法得到係數,建立阻 抗曲線公式,與原預計阻抗曲線比較。 3.在不同時間點持續量取數據,建立不同時間點的組 抗曲線,與原預計的操作範圍比較。 4.把變動範圍差距最大的二組曲線與原有泵浦出廠測 試之性能曲線相比較,確認泵浦安裝後實際操作範 圍是否能落入允許的高效率範圍。 5.預計阻抗曲線與等效阻抗曲線的差異原因有可能來 自管網的改變,列出可能原因作為檢討參考。 6.確實保管上述阻抗曲線資料,作為修改泵浦性能或 未來採購泵浦之參考。
  29. 29. 29 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 流量 cmm 揚 程 m 系統的用水量受不同製程時段而變化,使得進行用水量統計為必 要手段,記錄之後的重點在修正用水模型,含變動負載曲線、等 效系統阻抗曲線、恆壓負載曲線。 泵浦負載曲線 。 。 。 。 。。 。 。 。 。。 。 。 。。 。 。 。 。 。。。 。 。 。。 。 。 。 。 2.2 用水量日常記錄
  30. 30. 30 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 2.3 用水時間比統計 用 水 量 時間 。 。 。 。。 。 。。 。 。 。 0 10 11 14 17 20 2286 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。。。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。。。。。 。 。 。。。 。。。 。 。 。 。。。 。。。 。 1.依據機組運行資料,彙整流量分時資料,進一步對時間做出分割 並統計出各時間內的平均用水量,修正變動負載曲線用水時間 比。 2.作為變頻機組能源效率指標EEI計算的依據,可以作為變頻機組採 購、驗收的參考。
  31. 31. 31 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 本處假設的時間比以日常用水量的負載時間比例,正確比例值由 日常運轉統計得到。 負載Q 時間t 時間比% 100% t100% 20% 75% t75% 25% 50% t50% 25% 25% t25% 30%  t100%+t75%+t50%+t25%=100%  運行時間比例與應用系統相關  負載Q的比例次系統應用時的最大流量為100%
  32. 32. 32 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 2.4 系統單位水量耗能 1.單位水量耗能的統計在給水站可以很容易獲得,只要有並聯機組的運轉數 據即可計算,但是在追求更低的耗電功時,往往受限於投資報酬率的評 估。 2.把單位水量耗能乘以電費則可以得到每噸水的電力成本,在過去的統計值 中顯示,電力成本的數值仍十分發散,未來投入更多的管理資源下將會有 更佳的表現。
  33. 33. 33 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0 50 100 150 200 250 300 350 單級每噸成本(元) 輸出流量(m3/hr) 每 噸 成 本 元 電價2.02元/kWh計算 每噸水的電費成本 電價2.02元/kWh 下圖為所有泵浦的額定點的每噸水耗電成本,由於缺乏泵浦負載 曲線來歸納而無法得到有效指標。
  34. 34. 34 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 單級每噸成本(元) 每 噸 成 本 元 單級額定點比速率Ns=rpm*(m3/min)0.5/(m)0.75 電價2.02元/kWh 下圖為所有泵浦的額定點的每噸水耗電成本,由於缺乏泵浦負載 曲線來歸納而無法得到有效指標。
  35. 35. 35 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 管路損失的影響因素 3、泵浦能源效率管理 3.1 系統阻抗曲線與泵浦運轉規劃 3.2 泵浦選用與負載模式 103-133
  36. 36. 36 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.1.1 管路系統阻抗變化 流速 <2m/sec流速 >3m/sec 流量 cmm 揚 程 m 流量減少量 HL=CL*(V2/(2g) ) 管路直徑過小流速提高,或者管路上閥關閉,都會增加管路阻抗 3.1 系統阻抗曲線與泵浦運轉規劃
  37. 37. 37 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 液體濃度會增加管路阻抗 液體濃度 <0.5%液體濃度 >3% 流量 cmm 揚 程 m 流量減少量
  38. 38. 38 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 管路老舊,磨擦損失增加,管路阻抗增加 新管路 20年管路 磨損堵塞 流量 cmm 揚 程 m 流量減少量
  39. 39. 39 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 每日24小時用水量的變化以管路閥調節,隨製程用水 而變。 高流量 製程低流量製 程 流量 cmm 揚 程 m 流量變動量 3.1.2 用水變化與管路阻抗
  40. 40. 40 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 管路阻抗曲線代表流過管路流量Q時,需要提供揚程 H,還可以流功W的觀點看待,流功W最後以摩擦發熱散 逸 阻抗曲線 H=C0+ClQ2 流功曲線 W=ρg (C0Q+ClQ3) 流量cmm 揚 程 m 3.1.3 管路阻抗曲線與需求流功 流功W=壓力P(Nt/m2)×流量Q(m3/sec)=ρgHQ 流 功 W
  41. 41. 41 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 採購泵浦時所指定的額定點流量Q與揚程H,使泵浦運轉時有最佳 效率的操作點,指定測試點就是管路阻抗變動後的操作點,也就 是要預估設想管路系統的阻抗曲線會通過額定點,管路系統組力 增加時阻抗曲線會通過指定測試點。 流量 cmm 揚 程 m 指定額定點 指定測試點 預估阻抗曲線 預估阻抗曲線 變動 3.1.4 泵浦額定點與指定測試點 流量變動量
  42. 42. 42 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.1.5 泵浦運轉模式 定頻? 變頻? 流量 cmm 揚 程 m 操作點 阻抗曲線 流量 cmm 揚 程 m 操作點 阻抗曲線 恆壓 負載曲線 流量範圍 流量範圍 定轉速操作,操作點隨阻抗曲線變動;變頻恆壓操作其負載曲線 的揚程保持恆定,就是輸出壓力保持一定,加工設備最常見;馬 達負載低於50%時,馬達的效率會降低很多。
  43. 43. 43 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 高流量 低揚程 低流量 高揚程 流量 cmm 揚 程 m 流量範圍 變動負載曲線 變頻操作其操作點隨變動負載曲線變動,負載曲線的流量 範圍變動大常見於管路輸送系統,也稱為遠端恆壓負載操 作;等流量負載曲線中的揚程變化大常見於過濾系統。 低揚程 高揚程 流量 cmm 揚 程 m 揚 程 範 圍 等流量負載曲線
  44. 44. 44 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.2 泵浦選用與負載模式 3.2.1 單台定頻運轉的泵浦規格 流量 cmm 揚 程 m 最佳效率區 最高效率點 最低流量點 最高流量點 流量範圍 定頻泵浦運轉時流量的變動係以閥的開關操作,能源效率低,最 優先的考量是流量範圍都能落入高效率區,最大流量點必須位在 最高效率點的右方的次佳效率區,須考慮馬達過載,最低流量點 位在最高效率點的左方的次佳效率區,泵浦多數時間高效率運 轉。 次佳效率區 操作範圍
  45. 45. 45 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.2.2 多台並聯機組的流量預測 流量 cmm 揚 程 m 操作點A 多台泵浦並聯運轉時,在需要增加流量而增加運轉泵浦數量時,真 正的輸出水量仍會沿著系統阻抗曲線移動,反之需求水量減少時, 也會沿著阻抗曲線變動,當2台泵浦A運轉時,會在操作點B運轉, 位於次佳效率區,流量2QB、揚程HB,當3台泵浦A運轉時,會在操作 點C運轉,位於最佳效率區,流量3QC、揚程HC ,當1台泵浦A運轉 時,會在操作點A運轉,位於最差效率區,流量QA、揚程HA。 泵浦Ax1 泵浦Ax3 QC QA 操作點C 泵浦Ax2 2QB 等效阻抗曲線 操作點B QB 3QC HC HB HA
  46. 46. 46 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.2.3 多台並聯定頻運轉的規格搭配 流量 cmm 揚 程 m 操作點B 操作點A 操作點D 多台定頻泵浦運轉時流量的變動係以閥的開關操作,並對泵浦開關 或同時運轉,能源效率低,操作點A位於泵浦A的最佳效率區,操作 點B位於泵浦B的次佳效率區,操作點C位於2台泵浦B的最佳效率 區,操作點D位於2台泵浦B與泵浦A位於最差效率區。操作點B與操 作點D都不是好的選擇。 泵浦Ax1 泵浦Bx1 泵浦Bx2+泵浦Ax1 QA QD=2QB ﹡+QA ﹡QBQA ﹡ QB ﹡ 操作點C 泵浦Bx2 QB ﹟ QC=2QB ﹟ 阻抗曲線
  47. 47. 47 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 多台並聯運轉的規格搭配-定頻+變頻 流量 cmm 揚 程 m 操作點B 操作點A 操作點E 定頻與變頻泵浦同時運轉時,流量的變動係以變頻操作來調整,能 源效率稍高,操作點A與B位於泵浦A與B的最佳效率區,操作點C位 於泵浦B與變頻泵浦C的最差效率區,操作點D位於變頻泵浦C的最佳 效率區,操作點E位於泵浦B與變頻泵浦C並聯運轉位於最差效率 區。操作點C與操作點E都不是好的選擇。 泵浦Ax1 泵浦B+變頻泵浦C 操作點D 泵浦Cx1 阻抗曲線 泵浦B定頻 泵浦C變頻 泵浦Bx1 操作點C 泵浦C變頻 操作範圍 泵浦C變頻 泵浦B定頻 並聯操作範圍 泵浦B低效率區
  48. 48. 48 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.2.4 多台並聯運轉的規格搭配-恆壓負載 流量 cmm 揚 程 m 泵浦x1x3600rpm 泵浦x5 泵浦x4 阻抗曲線 多台變頻泵浦並聯運轉時,流量的變動係以泵浦變頻操作同時運 轉,能源效率稍高,在恆壓揚程H0操作時泵浦A與B都位於最佳效率 區,在恆壓揚程HL操作時泵浦A與B都位於最差效率區。操作點C與操 作點E都不是好的選擇。當單台泵浦變頻運轉的轉速為1800rpm時, 還可以在恆壓揚程HL運轉,所以,變頻運轉時每一單台泵浦都須測 試不同轉速的性能,才能確保各台在合理性能下運轉。 H0 HL 泵浦x1x 1800rpm
  49. 49. 49 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 流量 cmm 泵浦Ax1操作點D 2600rpm 操作點E 泵浦Ax1 泵浦Ax2 阻抗曲線 二台泵浦變頻運轉時流量的變動係以轉速來調整,能源效率稍高, 操作點A揚程HO位於單台泵浦最佳效率區,操作點B位於二台泵浦並 聯最佳效率區,操作點C位於單台泵浦次佳效率區,操作點D揚程HL 可用單台泵浦或二台泵浦並聯運轉,只能獲得次佳效率,用單台泵 浦A較佳。 操作點B 3600rpm 二台相同規格泵浦變頻並聯運轉-恆壓負載1 操作點A 泵浦Ax2等Ns最高效率曲線 泵浦Ax1 操作點C 3000rpm 揚 程 m 泵浦Ax2操作點D 2200rpm Ho HL
  50. 50. 50 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 流量 cmm 揚 程 m 操作點C 操作點D 泵浦A 阻抗曲線 操作點B 二台不同規格泵浦變頻並聯運轉-恆壓負載2 操作點A 泵浦B等Ns最高效率曲線 泵浦B 泵浦A等Ns最高效率曲線 二台泵浦變頻並聯運轉時,操作點A揚程HO位於單台泵浦最佳效率 區,操作點B位於二台泵浦並聯最佳效率區,操作點C位於單台泵浦A 次佳效率區,操作點D揚程HL二台泵浦並聯運轉獲得次佳效率,泵浦 運轉時通必須考量各單台泵浦實際的效率區間,以Hm恆壓運轉能效 最高。 Ho HL 泵浦A+泵浦B Hm
  51. 51. 51 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.2.5 多台並聯運轉的規格搭配-變動負載 流量範圍變動大時,多台變頻泵浦並聯運轉是最佳選擇,由於最高 效率點的等Ns曲線變動方向與負載曲線方向不一致,運轉負載曲線1 都穿過每一台泵浦的最佳效率區,位於最高效率點的右側使得運轉 區間落在更多高效率區,負載曲線2的運轉區間落於相對較少高效率 區,但是變動負載曲線為滿足各種需求,所選擇的運轉範圍不要超 出曲線2與曲線3。 流量 cmm 揚 程 m 負載曲線1 泵浦C 泵浦B 泵浦A 3600rpm 等Ns最高效率曲線 曲線2 曲線3 負載曲線2 高效率區
  52. 52. 52 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 當泵浦A與泵浦B同時變頻運轉在操作點E時,而二台泵浦的轉速都接 近於3400rpm時的效率會較高,若泵浦A為3600rpm而泵浦B以3000rpm 運轉時,泵浦B的效率會過低而讓機組的效率降低,因為最高效率點 的等Ns曲線變動方向與負載曲線方向不一致,負載曲線範圍不要超 出曲線2與曲線3。 流量 cmm 揚 程 m 負載曲線1 泵浦C 泵浦B 泵浦A3600rpm 3400rpm 等Ns最高效率曲線 曲線2 曲線3 3400rpm 3600rpm 操作點A 3000rpm
  53. 53. 53 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 3.2.6 多台並聯運轉的規格搭配-泵浦選配 泵浦並聯機組 流量、揚程、輸入電功統計 等效阻抗曲線、變動負載曲線 設定四等份 流量範圍 大流量區 75%-100% 中流量區 50%-75% 25%-50% 變頻性能曲線 小流量區 < 25% 二台AB並聯 100%流量 最高效率點 單台A泵變頻 單台B泵變頻 最高效率點 單台C變頻 最高效率點 A泵B泵C泵規格 泵浦運轉 控制法 二台BC並聯 50%流量 最高效率點 並聯
  54. 54. 54 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 4. 冰水管路系統循環效率EER
  55. 55. 55 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net HEAT EXCHANGER CONDENSER 冷凝器 EVAPORATOR 蒸發器 4.1 冰水機系統圖(開放式冷卻水塔)
  56. 56. 56 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 4.2 管路系統循環能源效率EER計算方法 管路損失揚程HL(m)= C0+ C1* Q(m3/min)2 流功(kW)= ρ(kg/m3)*g(m/sec2)*HL(m)*Q(m3/min)/60/1000 =C2* Q(m3/min) + C3* Q(m3/min)3 熱負荷(kW)= 4.2*ρ(kg/m3)* Q(m3/min)/60*1000* ΔT(℃)*Cp(kcal/(kg* ℃)) 管路EER=熱負荷(kW)/流功(kW) 管路損失揚程HL代表流體流經管路所需的揚程。 管路的流功曲線代表流體流經管路所需的能量。 熱負荷(kW)包含實際熱負荷與流功的合。 流功(kW)最後會因管路摩擦變成熱傳遞到循環水。 管路EER代表管路系統移動熱量的能力,EER 愈高效率愈好 > 50以上佳、< 20 太耗能。
  57. 57. 57 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 5. 泵浦機組與管路系統管理
  58. 58. 58 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 營運管理 泵浦參數管理 等效阻抗曲線 單位水量耗功曲線 變動負載曲線 電功流功曲線 用水量日常 記錄 用水時間比 並聯機組EEI 能效指標 泵浦磨耗監控採購標準 耗電量監控管理 泵浦性能曲線 並聯機組EEI 能效指標 電功流功曲線 單位水量耗功曲線 供應商資料 採購管理 5.1 變頻機組資料及日常記錄管理
  59. 59. 59 簡煥然顧問 huan12@ms5.hinet.net 變動負載曲線與等效阻抗曲線是配合需求水量來調整給水機組的 運作,電功流功曲線是用來顯示其給水機組是否運轉在高效率 區,而單位水量耗功曲線卻是耗能管理的重要參考,也就是管網 運轉時要同步監控各給水站的上述四組曲線,進一步研究出最佳 管路循環或供水方案,使得管路系統耗用能源降低。 管路管理系統 等效阻抗曲線 單位水量耗功曲線 變動負載曲線 耗能流功曲線 5.2 管路管理系統 耗電量監控管理 變頻機組EEI監控管理

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