冰水主機趨近溫度的觀察
陳永昌
萬鼎工程服務股份有限公司 E-mail：yungchang@res.com.tw
摘要
趨近溫度為熱交換器的效果指標，因受到負載變動的影響而波動。但如將趨 近溫度與主機的負載率當作變數作圖，就可顯現其相關性。初步判斷趨近溫度略 與負載率呈線性關係，並受到冷卻水進水溫度及冷卻水流量影響；如能將此參數 程式化，當可加強其應用。本文將主機運轉資料轉換成圖表曲線，試圖呈現趨近 溫度的各種面貌。期予以拋磚引玉，供運轉中主機管理之參考。
關鍵字: 趨近溫度、水處理、負載率、節能
趨近溫度在冷凝器為冷卻水出口溫度與冷媒之飽和冷凝溫度的差值，如附圖 一示。小的趨溫設計表示熱交換面積要加大，簡單說就是：較貴!但運轉效率高、壓縮機作功會較省。新的進口大型主機，也可選購滿載下趨溫 1℃(2℉)以內之 高效機種。其主要熱交換在冷凝器與蒸發器，而冷凝器之冷卻水，多採開放循環 過程，因冷卻水塔與大氣接觸緣故，容易受到污染及水的蒸發濃縮，而有菌藻、 結垢及腐蝕的問題，造成熱交換效果下降，並表現在趨近溫度的上升。蒸發器為密閉冰水系統較無此問題，故本文擬就冷凝器之趨近溫度變化進行觀察分析。
(附圖一)
趨近溫度常受到負載變動的影響而波動，故一直沒有受到重視。但如果將趨 近溫度與主機之負載率(約為運轉電流百分比)分為變數，以 X、Y 軸作圖，就可 顯現其相關性。今擬以一案例說明之，本例資料取自某高科技廠一年份，透過通 訊軟體收集之主機運轉記錄。冷凍噸位由 350~850RT 之進口主機。附圖二由七台 冰機於 2010 一整年每小時取一點之資料繪製而成。此圖傳達出主機運轉集中在 #3、#5、#7 這三台。#5 主機在 90%負載率之趨進溫度，約有 1~4℃間變化，如按 一般推算：冷凝溫度每降 1℃可節省 2.5%~3% 的耗電；則可下降 3℃的 850RT 主 機，運轉一天約可省850RT*0.65KW/RT*平均負載率 60%*24hr*7.5%=600 度電！
(附圖二)
附圖三將#3 主機各月份分別以不同的顏色予以區分則更為明顯，趨近溫度逐月 上升。其中 12 月份的黃色點分在兩個區塊，顯示主機於當月執行了大保養，故 趨近溫度明顯降低。各月份的點群大約有 0.5℃的寬帶，判斷也受外氣溫度影響 冷卻水進水溫的緣故。
(附圖三)
附圖四標示出乾淨或髒污(結垢或生物膜影響)情況下之趨溫曲線。除略呈線性關 係外，斜率亦會變陡。由實際運轉資料推算該年該機因此增加之額外電費約為： 平均 56.1%負載率，其趨溫由 0.5℃升至 2.3℃，平均電價以 3 元計，共 850RT*56.1%*0.65kw/RT*5859hr*(2.3-0.5)/2℃*2.5% loss/℃*3 元=122,500 元。(平均負載率與運轉時數為實際值)
(附圖四)
附圖五取大保養前後各一天(12/15 及 12/20)，負載率與趨近溫度的關係，因冷
卻水進水溫集中在 24~26℃，故趨勢線的 R 平方值顯示其線性關係良好。另乾淨 的熱交換器曲線斜率亦較平緩。
(附圖五)
為了解冷卻水進水溫對趨近溫度的影響，附圖六取主機#7 一月到五月(四月沒運 轉)，冷卻水進水溫為 23.01~23.99℃時，負載率與趨近溫度的關係圖，也顯示 逐月升高之趨勢。點群擴散的程度縮小至約 0.2℃的寬帶。
(附圖六)
附圖七取#7 主機單一月份，不同之冷卻水進水溫，其負載率與趨近溫度的關係。 顯示在相同的負載率下，冷卻水進水溫愈高，其趨近溫度有略降之現象。如數據夠多時，當可再作進一步分析(如取同一天之資料比對，本例資料收集為每小時取 1點，一天僅 24 點)。
(附圖七)
當然這些都是採一般性的判斷，有相當的誤差可能性。例如今天投殺菌藻藥， 明天趨溫會因生物膜去掉而略為下降。有時剛開停機、加減載或冷卻水塔增減影 響流量時的數據較不準等；也就是說還得配合上實際的水處理模式及現場操作判斷才好，所以當然由設備操作工程師判讀為最佳。
趨近溫度目前僅當作維修指標的參考(如：趨溫 3℃了，該通管啦！)，殊為 可惜。一般水處理常委由專業水處理公司進行水處理投藥之控制，作菌藻、結垢 與腐蝕控制之處理，靠的是經驗、是間接的參考值，而不是直接的回授信號。在 主機配備有趨近溫度裝備之後，它能顯示出水處理的主要目標與成效，故菌藻用 藥已應可經由此回授資訊加以應用，以減少投藥量。結垢的產生與消除則沒這麼 即時，目前趨溫於此還只能當作參考指標用。希望爾後每月的水處理效果，不再是水中各種離子含量是否控制在範圍內為主；而是本月主機的運轉數據，其趨近溫度是否皆在合理的範圍內，甚至以天為單位的觀察判斷。 其它建議： 1. 冷卻水塔仍有改善空間，應避免冷卻水直曬日光，則可大量減少藻類控制的 投藥量。如方型冷卻水塔上方撒水區加蓋防曬應列標準配備，側邊水流區防 曬效果改善還可努力。
2. 國內開發物理式水處理應同時兼顧菌藻、結垢與腐蝕控制要一起解決，否則
成效不彰。磁性處理使水分子團變小，僅有助於結垢的抑制與消除，但對菌
藻產生之生物膜仍需加把勁。生物膜的熱阻，根據研究，為水垢的 4 倍多 ( http://www.wet-usa.com/data/bullets/46.pdf )，產生的也快；故判斷
目前仍以\"棉球式冷凝器自動清洗機\"較具成效(http://www.hvs.sg)。 3. 高科技廠使用製程回收純水當作冷卻水塔補給水，其趨近溫度往往能控制在
1℃以內，其投藥量應可參考趨溫，作為調整的依據。
4. 建議國產主機製造商應將趨近溫度顯示列入標準配備(使用冷凝壓力錶換算
方式，誤差過大且不實用)，則使用者對主機的運轉效率才能有資訊參考。 5. 如果能在主機大保養後，大量收集其運轉資料：各種負載率、各種冷卻水進
水溫，有必要在不同之外氣溫，執行大保養(如冬夏各一次)，建立起趨近溫度的標準值。那麼在各負載率及各冷卻水進水溫下，就都有合理的趨溫值，可當預警參考或其它更有效的運用。
6. 節能運用於變冷卻水流量時，水流量也是一影響趨溫的參數，分析將更為複
雜。由定流量入手當是一個起步而已。