冷梁送风系统

第九屆海峽兩岸冷凍空調學術曁技術交流會1報告者：李志鵬2009/09/03台灣世曦工程顧問股份有公司台北市冷凍空調技師公會簡報大綱一、冷樑工作原理二、冰水溫度控制與外氣通風量控制三、室內空氣分佈性能探討四、熱舒適度探討五、冷樑送風系統之適用限制六、冷樑送風系統節能效益分析七、案例簡介八、結論2冷樑(Chilledbeam)送風系統在室內負荷熱交換及熱能傳送方式上為一氣水並行系統(Air-watersystem)藉由空間熱負載和冷面板之間產生『對流』以及『輻射』效應，為一結合冰水提供冷能控制溫度和利用空氣溫差形成氣流循環所建立之空調送風系統。冷樑依據是否有外氣供給，分為『主動式』與『被動式』兩種。主動式冷樑(Activechilledbeam)被動式冷樑(Passivechilledbeam)3150LPM冰水管尺寸50mm*2送風量4.4CMS風管截面積Flowcrosssection1250X450mm熱容量傳遞與吸頂需求空間外氣風量0.22CMS風管截面積250mm冷樑(氣水系統)變風量系統(全氣系統)4TCMQpaΔ=•**1.冰水主機以7℃冰水供應溫度運轉以滿足外氣空調箱除濕需求。2.以二通閥控制一次冰水流量與二次冰水回水混合以獲得較高二次冰水送水溫度例如14℃(高於室內設計條件25℃/50%Rh之露點溫度約13.86℃)。3.二次冰水循環泵採用變頻驅動以反應冰水流量需求。4.旁通管連接一次與二次冰水迴路維持冰水主機定流量。冰水系統流程與控制示意圖5外氣專用空調箱附能源回收轉輪23116.15.911.14.9256.0207.033223018DryBulbTemperatureinoCAbsoluteHumiditying/Kg1.外氣專用空調箱(DedicatedOutdoorAirSystem,DOAS)僅處理外氣負荷，將冷卻除濕後之乾冷外氣與區域循環空調箱混合送風經由風管連接至冷樑。2.第一道全熱轉輪回收排氣冷能，若室內負荷潛熱比較大，可另設第二道被動式除濕轉輪(Passivedehumidificationwheel)以降低送風絕對濕度及提高溫度。6露點14℃露點25.8℃溫度與防冷凝控制7空氣分佈型態與阿基米德數(ArchimedesNumber,Ar)對強制對流力而言其特徵時間尺度tforced可定義為:tforced=L/u對自然對流力而言其特徵時間尺度tfree可定義為:將上式兩邊平方並重新整理為下式:ArGruTgLttfreeforced==Δ=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛222ReβGr:Grashofnumber(浮力/黏滯力),Re:Reynoldsnumber(慣性力/黏滯力)∴Ar:浮力/慣性力8利用阿基米德數解析冷樑空氣分佈性能1.阿基米德數之物理意義為浮力與慣性力的對抗。在非等溫射流之空氣分佈中除了要考慮慣性力和磨擦力之外，還須考慮浮力的影響。2.送風冷氣流下降產生慣性力，室內溫度較高形成浮力，若浮力遠大於慣性力(Ar10以上)，自然對流將主導使送風冷氣流難以下降至工作區，導致局部空間溫度偏高。3.若在外圍區靠窗處加強送風形成表面冷卻，有助於減少日照熱對送風口氣流吹離外圍區之阻斷效應(Disruptiveeffect)。有效的解決方法為選用出風口產生下吹氣流並提高靠窗處送風口速度。9送風氣流阻斷效應左邊靠窗處夏季因受日射熱及傳導熱影響，使該區域自然對流明顯而形成較大浮力，容易產生送風氣流被吹離玻璃外牆(Glazedfacade)之阻斷效應(Disruptiveeffect)，導致外圍區局部高溫之空氣分佈不良現象。10冷樑出風口配置數量計算分析SectionAream2RoomheightmW/m2kWpiecesTypem3/hperbeamWperbeamm3/hkWACH13933.07529.4822300x24001501369330030.122.8023003.07522.5017300x24001501369255023.272.8332373.07517.7813300x24001501369195017.802.7443503.07526.2520300x24001501369300027.382.86N51603.09014.4016C/120080901128014.422.67E6803.015512.409C/120010010839009.752300x240015013693002.747403.01054.204C/120010010834004.333.33E81253.015519.3813C/12001001083130014.084300x240015013696005.48S91583.014823.3813C/120080901104011.7110300x24001501369150013.69S101533.014822.6412C/12008090196010.819300x24001501369135012.32W11883.018015.8410C/12001001083100010.834300x240015013696005.48W12803.018014.408C/120010010838008.665300x240015013697506.85N131513.09013.5910C/12001301394130013.942.872315236.2320124880243.6476.066.465.005.075.365.0311外圍區側吹式冷樑內圍區主動式雙向送風冷樑冷樑平面配置範例12空氣分佈性能探討外牆冷樑空氣分佈性能參數說明玻璃外牆冷樑出風口空氣分佈性能分析採用1200㎜L單向側吹主動式冷樑，選機程式輸入假設條件為:1.室內設計條件:25℃/50%2.一次空氣溫度:12/13℃3.冰水送水溫度:14℃13內圍區冷樑出風口空氣分佈性能分析內圍區冷樑空氣分佈性能參數說明內圍區冷樑出風口空氣分佈性能分析吹風效應主要受局部紊流強度(Turbulenceintensity，Tu)影響，紊流強度為室內風速波動之標準偏差值與室內平均風速之比評估吹風效應對熱舒適的影響程度可用下列公式計算吹風率(Draftrate)DR=［(34－tα)＊(v－0.05)0.62］＊(0.37＊v＊Tu＋3.14)141.表內各項熱舒適度指標建議值為參考ASHRAEStandard55,Thermalenvironmentalconditionsforhumanoccupancy擬訂，用以核對選機程式計算值。2.吹風率檢討計算以頭部至肩膀40㎝為範圍(約吸頂下方1.3m~1.7m處)，辦公室坐姿新陳代謝率為1.2Met，工作區風速小於0.25m/s，由計算分析結果顯示符合ASHRAEStandard55建議值。熱舒適度(Thermalcomfort)探討15項目建議值計算值吹風率（Draftrate）％＜2012.6頭腳坐姿垂直空氣溫差℃＜30.1允許冷牆面(Coldwall)不對稱輻射溫度℃＜101.8允許冷吸頂(Coldceiling)不對稱輻射溫度℃＜140.8熱舒適不滿意度％(PPD)＜10＜10AIRDIFFUSIONPERFORMANCEINDEX(ADPI)空氣分佈性能指標（ADPI）:■在一空調工作區內(Occupiedzone)選取多點位置作溫度量測，則量測點若符合有效吹風溫度（θ）準則『風速在0.35m/s以下，溫度變化在−1.5～+1K範圍內』之合計點數與總量測點數之百分比謂之。■ADPI值在80%以上可視為滿足大多數人舒適要求。有效吹風溫度（θ）之計算公式：16冷樑送風系統之適用限制冷樑送風系統適用限制因素如下:1.外牆開窗設計氣密度不良，造成濕熱外氣滲入與冷樑接觸產生冷凝。2.室內潛熱負荷比較大之場所，例如:餐廳、健身房、游泳池等因冷樑內冷卻盤管為乾盤管設計會有冷凝風險。3.較高換氣率需求之場所例如:各等級工業潔淨室或生物潔淨室。4.室內污染源產生較多設有排氣櫃之場所例如:化學實驗室。※冷樑送風系統之適用與否事實上與地理環境氣候之差異無關，而僅對換氣所需外氣補充引入室內前，外氣空調箱的冷卻除濕量會隨地理環境氣候有所差異。17世界主要城市氣候資料差異比較城市地理位置乾球溫度0C(0.4%發生率)濕球溫度0C(0.4%發生率)露點溫度0C(0.4%發生率)年平均最高溫度及濕度台北25.03N/121.53E34.827.726.536.5/30.1北京39.93N/116.28E3526.926.038/30.1上海31.40N/121.47E34.428.026.936.4/30.1東京35.68N/139.77E33.126.024.736.1/29.5新加坡1.37N/103.98E33.127.626.934.1/30.5吉隆坡3.12N/101.55E34.227.326.235.8/30.7曼谷13.73N/100.57E35.728.026.737.4/33.2杜哈25.25N/51.57E43.231.027.346.7/33.9馬德里40.45N/3.55W36.121.917.438.7/27.2華盛頓38.87N/77.03W34.726.024.536.9/29.4費城39.87N75.25W33.725.724.136.1/31.7亞得來德34.92S/138.62E36.321.619.239.1/24.6室內設計條件乾球溫度250C及相對濕度50%之露點溫度為13.860C。以上氣象資料取自ASHRAEHandbook2005chapter25Climaticdesigninformation18可變風量系統與冷樑空調送風系統定性比較表項次項目可變風量系統冷樑系統冷樑優劣勢1空調箱/送風箱量體較大較小＋2風管尺寸較大較小＋3冰水立管相等相等4樓層平面冰水管較少較多－5天花板佔用空間較大較小＋6風機耗能較大較小＋7水泵耗能相等相等8提供冰水主機自然冷卻運轉無有＋9初設空氣側成本及水側成本較低較高－10空氣冷凝風險較低較高－11再生噪音較高較低＋12控制系統複雜度較高較低＋13人體感受舒適滿意度較低較高＋14運轉及維護成本較高較低＋15租戶滿意度較低較高＋16淨樓板使用面積較低較高＋19一、成本比較說明本評估分析以辦公樓層共22層(總樓層空調面積約50930m2)為例，採用下列兩種系統型式作比較：A.冷樑空調送風系統B.可變風量(VAV)系統進行『初設成本』、『運轉成本』及『維護成本』比較，並以冷樑25年使用壽命為比較基期。二、投資差異回收年冷樑空調送風系統『初設成本』較高，唯其『運轉成本』及『維護成本』較具優勢，經成本比較後其『投資差異回收年』計算如下：冷樑空調送風系統節能效益評估冷樑空調送風系統節能效益評估20以上效益分析不包括節省機房空間(每樓層約40平方公尺)及增加吸頂淨高之商業效益。初設成本及營運成本比較(NT$)項目冷樑送風系統VAV系統差異初設成本209,903,354173,890,88236,012,472生命週期費用調整209,903,354194,754,21815,149,136A.年運轉電費1,224,2218,038,884-6,814,663B.年維護費用430,1001,166,000735,900年營運成本(A+B)1,654,3219,204,8847,550,5632.01投資差異回收年(採用Simplepaybackmethod)冷卻樑板冷卻樑板(ChilledBeam)(ChilledBeam)空調送風系統效益評估空調送風系統效益評估三、節能減碳量冷卻樑板空調送風系統其『運轉節能效益』若與可變風量系統相較，每年約可減少二氧化碳排放量共約1,156公噸。33Kw/Fl*22Fl*2500hr*0.637Kg/Kwhr=1,156,155Kg211.設備型號：TROXDID600B(ActiveChilledBeam)2.裝置數量：共1700台3.冰水送