空調為建築耗能之大宗,中央空調涉及系統各部件間熱量傳遞,其系統綜合能效頗具整合管理之潛力;本文盤點新加坡、美國對於中央空調水側系統能效管理之具體作為,並循其經驗,蒐集國內中央空調場域現況,分析水側系統能效值,訪談相關專家技師,初步歸納描摹出國內推動中央空調水側系統能效管理制度及高能效中央空調系統設計之方向。
前言
現代變頻化中央空調系統涉及多種設備部件間熱量傳遞與水量、風量、冷媒量調控,即便個別設備部件效率傑出,若多種設備或部件間運轉協調不良,將出現系統虛耗效率不彰之問題,為國內外技師學者長期追蹤精進之議題;我國中大型商辦建築常採中央空調系統,空調耗電為建築夏季用電最大宗,實有必要優先關注中央空調系統節能控制與管理,以因應用電吃緊之
問題。
國際中央空調系統能效管理
制度概說
在關注大型空調系統能效時,不外乎優先切入其耗電大宗「水側系統(包含冰水主機、冰水泵、冷卻水泵、冷卻水塔)」;國內而言,水側系統約占中央空調全系統用電超過6成之譜,並涉及冰水主機、水泵、冷卻水塔之水量、水溫之綜合運轉匹配,對於中央空調整體性能具決定性影響。中央空調「水側系統」能效,一般以kW/RT或kW/ton表示,數值愈小效率愈佳,計算上係以中央空調機組之「冰水主機、冰水泵、冷卻水泵、冷卻水塔」之水側系統總耗電(kW),除以由機組冰水出入水溫差及流量換算之供應冷凍噸(RT)而得,定義及計算邊界概念如圖1所示。
事實上,中央空調「水側系統」能效(亦稱冰水機房系統能效)並非全新概念,多年來學術和工程界探討冰水系統低能效問題之研究文獻相當多,如美國ASHRAE 即於2001年揭示各種技術情境與冰水機房系統能效之關係,如圖2所示[1];然落實管理的國家仍少,值得注意的是美國、新加坡已有較積極的作為,相信會是國際節能產業的新議題。以下簡述這兩個國家的具體作法。
美國ASHRAE開始要求中央空調系統
能效監測
美國冷凍空調協會於2016年公告新版ASHRAE Standard 90.1[2],已可見其中6.4.3.11小節要求大於特定尖峰負載容量之新設水冷、氣冷式冰水系統設置量測儀表,量測冰水系統機房運轉之電力消耗與系統效率,雖尚未落實至冰水系統能效管理,但可見其企圖乃收集並建立冰水系統能效基線,做為未來管理之依據。
新加坡中央空調能效管理
已小有成就
新加坡為全球少數已訂定中央空調系統能效管理制度者,該國之建築節能主管機關建設局(Building & Construction Authority)於2013年起,在綠建築標章Green Mark中要求管理中央空調「水側系統」能效[3].[4],並透過建築管理母法Building Control Act,將綠建築標章提升為強制要求,進而強制要求中央空調系統能效,管理重點包含以下三項:
1. 綠建築標章Green Mark強制化:
透過強制條例要求>2000m2之新建/增建/改建建築,以及>5000m2執行中央空調更新工程之既有建築,需符合Green Mark認證級最低分數要求及必要門檻指標。
2. 綠建築標章Green Mark要求監測中央空調水側系統能效,並應符合特定能效值:
新加坡綠建築標章Green Mark門檻指標包含:於中央空調系統中設置特定精度之溫度計、供校驗用溫度計備用套筒、流量計、電力計以監測中央空調水側系統能效;且需符合特定中央空調水側系統能效數值要求。
3. 三年一次建築空調系統定期能源查核:
設有中央空調系統,且因「綠建築標章Green Mark強制化」而必須取得綠建築標章之建築業主,每三年一次應委託專業技師製作中央空調水側系統查核報告,向新加坡建設局申報一週之中央空調水側系統能效數據,並需符合特定能效數值。
2015~2017年Green Mark大幅改版,除維持前述中央空調水側系統能效監測與數值要求外,亦將管理範疇擴及中央空調空氣側系統,甚至追加「中央空調全系統能效指標(kW/RT)」做為管理指標。表1針對新版Green Mark提及3種中央空調能效管理指標加以說明。後續則分別針對新加坡Green Mark對中央空調系統能效規定之更新動態加以說明。
以新建非居住類建築為對象之Green Mark 2015版並已於2017年實施,其內容除維持既有版本針對中央空調水側系統能效之管理外,亦追加「全系統能效管理」,管理方式如表2 [5]。...更多內容請見《機械新刊》雜誌