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空調設備量測筆記

閱讀時間約 15 分鐘

目的

於本筆記中，重點說明使用空調設備量測的過程與方法，以評估潛在節能的效果量化過程。

量測原理、方法與工具

空調設備的能效主要考量以下幾個指標：

  • EER (Energy Efficiency Ratio)：表示空調設備的冷氣輸出與電力消耗的比率。常見單位為 kcal/W·hr (註：一般常見表示會省略 h，直接以 kcal/W 表示)，數值越高表示能效越好。
  • COP (Coefficient of Performance)：表示空調設備的冷氣輸出與電力消耗的比率，與 EER 類似，但為無因次指標。
  • kW/RT (千瓦/冷凍噸)：表示空調設備的冷氣輸出與電力消耗的比率，常見單位為 kW/RT，數值越低表示能效越好。

根據這些指標，我們可以透過量測空調設備的冷氣輸出與電力消耗來評估其能效。像是我國經濟部能源署公告的(蒸氣壓縮式冰水機組容許耗用能源基準與能源效率分級標示事項方法及檢查方式)[https://law.moea.gov.tw/LawContent.aspx?id=GL000836]，就提供了相關的標準，如其中「附表五、冰水機組製冷能源效率分級基準表」如表 1 所示。

表 1. 冰水機組製冷能源效率分級基準表 (來源：經濟部能源署)
冰水機組類型標示額定製冷能力 (kW)製冷能源效率分級基準
性能係數 (COP)		製冷能源效率分級基準
能效比 (kcal/W·h)		製冷能源效率分級基準
千瓦/冷凍噸 (kW/RT)
水冷式-容積式< 528● 3 級: 4.45
● 2 級: 4.80
● 1 級: 5.15		● 3 級: 3.83
● 2 級: 4.13
● 1 級: 4.43		● 3 級: 0.79
● 2 級: 0.73
● 1 級: 0.68
水冷式-容積式≥ 528；< 1758● 3 級: 4.90
● 2 級: 5.30
● 1 級: 5.70		● 3 級: 4.21
● 2 級: 4.56
● 1 級: 4.90		● 3 級: 0.72
● 2 級: 0.66
● 1 級: 0.62
水冷式-容積式≥ 1758● 3 級: 5.50
● 2 級: 5.90
● 1 級: 6.35		● 3 級: 4.73
● 2 級: 5.07
● 1 級: 5.46		● 3 級: 0.64
● 2 級: 0.60
● 1 級: 0.55
水冷式-離心式< 528● 3 級: 5.00
● 2 級: 5.40
● 1 級: 5.80		● 3 級: 4.30
● 2 級: 4.64
● 1 級: 4.99		● 3 級: 0.70
● 2 級: 0.65
● 1 級: 0.61
水冷式-離心式≥ 528；< 1758● 3 級: 5.55
● 2 級: 5.95
● 1 級: 6.40		● 3 級: 4.77
● 2 級: 5.12
● 1 級: 5.50		● 3 級: 0.63
● 2 級: 0.59
● 1 級: 0.55
水冷式-離心式≥ 1758● 3 級: 6.10
● 2 級: 6.60
● 1 級: 7.10		● 3 級: 5.25
● 2 級: 5.67
● 1 級: 6.10		● 3 級: 0.58
● 2 級: 0.53
● 1 級: 0.50
氣冷式全機種● 3 級: 2.79
● 2 級: 3.00
● 1 級: 3.20		● 3 級: 2.40
● 2 級: 2.58
● 1 級: 2.75		● 3 級: 1.26
● 2 級: 1.17
● 1 級: 1.10

因此，在量測空調設備的能效時，我們需要同時量測其冷凍能力與電力消耗，並根據上述指標進行評估。
其中，冷凍能力的量測透過測量空調設備的冰水迴水/出水的溫度差與流量來計算，而電力消耗則透過電表或功率計來量測。而在實際的量測過程中，還需要考慮到環境因素、設備運行狀態等因素對量測結果的影響，以確保量測的準確性與可靠性。

量測過程

在實際的量測過程中，我們需要按照以下步驟進行：

  1. 確定量測的空調設備類型與規格，並根據相關標準確定量測指標與方法。
  2. 進行量測前的準備工作，包括校準量測設備、確認環境條件等。（其中，需特別注意電力量測設備的電源，現場可能會沒有 110V 的電源，需另外準備延長線、或是使用電池供電的量測設備）
  3. 電力功率的量測：使用功率計或電錶來量測空調設備的電力消耗，以每秒為單位進行記錄，持續量測至少 30 分鐘以上，以確保量測數據的穩定性與可靠性。（其中，需注意霍爾電流感測器的量測範圍，確保其能夠量測到空調設備的電流大小，以及量測設備的方向，確保其能夠正確量測到電流的方向，以避免量測數據的誤差）
  4. 冷凍能力的量測：使用流量計來量測空調設備的冰水迴水/出水的流量，並使用溫度計來量測其溫度。需特別注意，流量計通常使用超音波流量計，使用時須有辦法確認管徑、管厚、材質等資訊，以確保量測的準確性。並且在量測過程中，選用可以記錄數據的流量計與溫度計，以便後續的數據分析。如果沒有可以記錄數據的流量計與溫度計，也可以使用手動記錄的方式，建議至少每分鐘記錄一次，以確保數據的完整性。

數據整理與分析

數據整理方式很簡單，基於以下方式可以計算出空調設備的能效指標：

  • 電力消耗 (kW) = 看電錶或功率計的量測數據。
  • 冷凍能力 (RT) = 流速 (L/hr) × (冰水迴水溫度 - 冰水出水溫度) (°C) / 3024
  • EER (kcal/W·hr) = 冷凍能力 (RT) × 3024 / 電力消耗 (kW)
  • COP = 冷凍能力 (RT) × 3.517 / 電力消耗 (kW)
  • kW/RT = 電力消耗 (kW) / 冷凍能力 (RT)

在數據分析的過程中，我們可以將量測到的數據與相關標準進行比較，以評估空調設備的能效等級。此外，我們還可以透過數據分析來找出空調設備的運行狀態與能效之間的關係，進而提出節能輔導的建議。

補充：三相電力的量測數據計算

在量測三相電力的過程中，我們需要同時量測三相電流與電壓，會得到以下的數據：

  • 電壓 (V)：三相電壓的量測數據，通常會有四個電壓值，分別為 V1、V2、V3 及其平均值 Vavg。
  • 電流 (A)：三相電流的量測數據，通常會有四個電流值，分別為 I1、I2、I3 及其平均值 Iavg。
  • 頻率 (Hz)：電力的頻率，通常為 60 Hz。
  • 實功率 (kW)：三相電力的實功率，通常會有四個實功率值，分別為 P1、P2、P3 及其總和 Psum。
  • 虛功率 (kVAR)：三相電力的虛功率，通常會有四個虛功率值，分別為 Q1、Q2、Q3 及其整體的虛功率 Q。
  • 視在功率 (kVA)：三相電力的視在功率，通常會有四個視在功率值，分別為 S1、S2、S3 及其整體的視在功率 S。
  • 功率因數 (PF)：三相電力的功率因數，通常會有四個功率因數值，分別為 PF1、PF2、PF3 及其整體的功率因數 PF。

當設備受限、數據遺漏，或因人為操作導致數據異常時，可利用數學方法來補齊缺失的數據，以確保分析的完整性與準確性。

其中，可修正的情境如下：

  • 電流錶反向量測導致實功率數據為負值：此時可將反向量測的實功率數據乘以 -1 來修正其方向，以確保計算的準確性。
  • 比流器或比壓器的量測倍率設定錯誤：此時可透過重新設定倍率來修正數據。

不可修正的情境如下，這些情境下無法透過數學方法來修正數據，建議重新量測以確保數據的準確性：

  • 相位錯接導致電壓與電流的相位關係錯誤
  • 量測儀表的接線系統 (Wiring Mode) 設定錯誤
  • 電流超出量程或比流器 (CT) 發生磁飽和 (Saturation)

以下為三相電力的相關指標的計算方式：

  1. 三相電力的實功率總和 (Psum) 計算方式：
    ，其中 代表三相電力的第 個相位的實功率。

  2. 三相電力的視在功率 (Si) 計算方式：
    ，其中 = 1, 2, 3 分別代表三相電力的三個相位。

  3. 整體的視在功率 (S) 計算方式：


    • 若用此方式計算，則 計算時需使用線電壓 (line-to-line voltage) 來計算，即 ，其中 為線電壓。

    • 若用此方式計算，則 計算時需使用相電壓 (phase voltage) 來計算，即 ，其中 為相電壓。

  4. 三相電力的虛功率 (Qi) 及其整體虛功率 (Q) 的計算方式：
    ，其中 = 1, 2, 3 分別代表三相電力的三個相位。
    ，其中 代表整體的視在功率， 代表整體的實功率。

  5. 三相電力的功率因數 (PFi) 及其整體功率因數 (PF) 的計算方式：
    ，其中 = 1, 2, 3 分別代表三相電力的三個相位。
    ，其中 代表整體的實功率， 代表整體的視在功率。

數據應用

在量測到空調設備的能效指標後，我們可以將這些數據與相關標準進行比較，以評估空調設備的能效等級。此外，我們還可以透過數據分析來找出空調設備的運行狀態與能效之間的關係，進而提出節能輔導的建議。

具體來說有兩種主要的討論方法：

  1. 設備老舊
    透過量測數據與設備銘牌上的能效指標進行比較，若量測數據顯示空調設備的能效指標低於銘牌上的標準，則可能表示設備老舊或運行狀態不佳，建議進行維修或更換以提升能效。

  2. 設備更新
    透過量測數據可以評估空調設備的能效等級，若量測數據顯示空調設備的能效指標低於相關標準，則可能表示設備需要更新，建議進行設備更新以提升能效。

    舉例來說，當量測空調設備的冷凍能力為 100 RT 且電力消耗為 75 kW 時，可知其 COP 為 4.69，依據經濟部能源署公告的標準，此設備的能效等級為 3 級，建議進行設備更新以提升能效。
    我們可以分析 100 RT 的空調設備在一年中的運行狀態，假設一年每天運行 12 小時，則其每年運行的總小時數為 365 × 12 = 4380 小時（有些時候也可以假設每個工作天運行 8 小時，時數則為 250 × 8 = 2000 小時）。在這種情況下，該設備每年的電力消耗為 75 kW × 4380 小時 = 328,500 kWh。
    如果進行設備更新到能效等級為 1 級的設備，假設其 COP 為 5.15，則其產生相同冷凍能力的電力消耗為 100 RT × 3.517 / 5.15 ≈ 68.3 kW。這樣一來，更新後的設備每年的電力消耗為 68.3 kW × 4380 小時 ≈ 299,154 kWh。
    因此，透過設備更新，我們可以每年節省約 29,346 kWh 的電力消耗，進而達到節能的效果。

    進一步可以估算節省的電費、設備更新的成本與回收期、減少的碳排放量等，以全面評估設備更新的效益。

關係圖譜

Recent Notes