冷 冻 水 系 统 / 设 备

冷 冻 水 系 统 是 指 空 调 系 统 内 负 责 把 冷 冻 水 运 送 到 不 同 送 风 系 统 设 备 的 系 统 。 此 系 统 包 括 所 有 在 冷 冻 水 输 送 网 络 内 的 设 备 , 例 如 冷 冻 水 管 、 制 冷 机 、 水 塔 及 防 垢 装 置 等 。 以 下 将 会 介 绍 多 种 可 被 应 用 在 冷 冻 水 系 统 中 的 节 能 科 技 。

冷 冻 水 系 统 的 防 垢 技 术

技 术 概 要 ∶
在 水 冷 空 调 系 统 中 , 制 冷 剂 所 排 出 的 废 热 经 冷 凝 器 中 的 冷 却 水 吸 收 并 且 排 走 。 随 著 杂 质 在 冷 却 水 流 中 积 聚 , 污 垢 以 及 沉 积 物 会 逐 步 在 冷 凝 器 的 管 壁 上 形 成 , 令 冷 凝 器 的 传 热 表 面 结 垢 。 这 会 降 低 了 冷 凝 器 的 传 热 效 率 , 因 而 增 加 了 制 冷 机 的 能 量 消 耗 。 现 时 市 场 上 有 以 下 三 种 防 垢 技 术 :

〔 1 〕 自 动 管 道 清 理 系 统

此动画说明自动管道清理系统。以下的段落描述自动管道清理系统。

自 动 管 道 清 理 系 统 通 常 会 附 设 在 冷 凝 器 内 。 系 统 会 按 预 先 设 定 的 时 间 定 期 在 管 道 内 释 放 软 棉 球 来 清 理 冷 凝 器 管 壁 。 因 为 这 些 软 棉 球 既 柔 软 而 且 轻 型 , 所 以 不 会 对 冷 凝 器 管 壁 造 成 任 何 损 害 , 而 且 比 较 容 易 被 流 水 带 动 而 在 管 道 内 游 动 。

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〔 2 〕 动 态 脉 冲 装 置
动 态 脉 冲 装 置 的 原 理 是 当 含 有 结 垢 物 质 的 水 流 流 经 磁 场 或 者 电 磁 场 时 , 磁 场 或 者 电 磁 场 会 改 变 矿 物 质 离 子 的 电 化 学 性 质 , 从 而 产 生 沉 淀 。 这 个 装 置 是 将 硬 化 的 矿 物 质 从 结 垢 粒 子 ( 方 解 石 ) 变 为 可 以 溶 解 於 水 的 悬 浮 粉 末 ( 文 石 ) , 从 而 增 加 了 其 在 水 中 的 溶 解 度 。

动 态 脉 冲 装 置 由 两 个 部 件 组 成 , 分 别 是 变 压 面 板 以 及 盘 管 和 管 道 反 应 空 间 。 变 压 面 板 把 电 网 电 压 降 低 至 工 作 电 压 。 反 应 空 间 在 流 动 截 面 上 产 生 脉 冲 和 盘 管 共 鸣 谐 波 场 。 电 磁 场 降 低 了 溶 液 中 粒 子 表 面 的 负 电 荷 , 使 粒 子 趋 於 中 性 从 而 使 它 们 更 容 易 凝 结 。

〔 3 〕 磁 流 体 除 垢 装 置
磁 流 体 除 垢 装 置 的 原 理 和 动 态 脉 冲 装 置 的 原 理 类 似 , 它 同 样 在 循 环 水 流 中 产 生 电 磁 场 , 从 而 提 高 了 复 合 矿 物 质 的 溶 解 度 。 磁 流 体 除 垢 装 置 既 可 以 使 用 永 久 磁 铁 也 可 以 使 用 电 磁 铁 , 这 个 装 置 把 水 流 中 含 有 带 电 离 子 的 复 合 矿 物 质 置 身 在 一 个 有 特 定 电 磁 急 方 向 和 强 度 的 环 境 。 这 样 , 在 带 电 离 子 和 电 磁  的 互 相 影 响 下 , 在 水 流 中 就 产 生 了 电 流 。

它 如 何 节 约 能 源 ?
防 垢 系 统 可 以 去 除 管 道 表 面 的 碎 屑 , 从 而 清 理 热 交 换 器 表 面 及 防 止 污 垢 的 形 成 。 这 不 但 可 降 低 水 流 阻 力 , 而 且 能 提 高 冷 凝 器 的 传 热 效 率 , 从 而 提 高 整 个 制 冷 机 组 的 效 率 。

能 节 潜 力
即 使 是 零 点 八 亳 米 厚 的 污 垢 已 可 以 增 加 约 百 分 之 十 的 能 量 消 耗 [2] 。 根 据 香 港 的 一 些 调 查 , 防 垢 系 统 可 以 令 冷 冻 水 系 统 节 省 约 百 分 之 十 至 十 五 的 电 力 。

冷 冻 水 系 统 的 热 回 收 装 置

技 术 概 要 和 它 如 何 节 能 ∶
现 时 主 要 有 以 下 两 种 冷 冻 水 系 统 的 热 回 收 装 置 :
a ) 板 式 热 交 换 器
板 式 热 交 换 器 是 利 用 金 属 板 使 两 种 液 体 之 间 传 递 热 量 。 这 种 热 交 换 器 的 最 大 优 点 是 液 体 可 以 有 比 较 大 的 换 热 面 积 , 从 而 使 流 体 间 有 更 大 的 换 热 量 。 由 於 它 的 传 热 效 率 高 , 其 体 积 通 常 比 具 相 同 换 热 容 量 的 管 壳 式 热 交 换 器 为 小 。 下 图 是 一 个 典 型 的 板 式 热 交 换 器 。

板式热交换器。以上文字说明这张图片。
板 式 热 交 换 器

b ) 热 回 收 式 制 冷 机
在 水 冷 制 冷 机 组 在 一 般 运 行 时 , 冷 凝 器 均 会 排 放 出 大 量 的 热 能 。 这 些 废 热 可 以 回 收 并 用 於 其 它 用 途 。 例 如 用 来 预 热 家 用 热 水 、 在 风 柜 机 加 热 空 气 等 。 下 图 为 热 回 收 式 制 冷 机 的 冷 冻 水 系 统 原 理 图 。

热回收式制冷机。以上文字说明这张图片。

 

热 蓄 能 系 统

技 术 概 要
热 蓄 能 指 利 用 热 库 贮 存 能 量 以 供 日 後 再 用 的 技 术 , 而 能 量 通 常 以 冰 的 形 式 贮 存 , 因 此 这 系 统 通 常 称 为 「 贮 冰 系 统 」 。 热 蓄 能 系 统 的 主 要 用 途 是 在 非 高 峰 用 电 时 间 ( 即 晚 间 ) 造 冰 , 然 後 在 高 峰 用 电 时 间 ( 即 日 间 )用 冰 来 冷 却 环 境 , 以 满 足 对 空 调 的 需 求 。 因 此 , 这 系 统 有 助 把 日 间 高 峰 用 电 时 间 的 用 电 量 转 移 到 晚 间 非 高 峰 用 电 时 间 , 减 少 空 调 系 统 在 高 峰 用 电 时 间 的 耗 电 量 。

它 如 何 节 约 能 源 ?
热 蓄 能 系 统 可 减 低 制 冷 机 组 的 高 峰 用 电 时 间 的 用 电 量   , 及 降 低 电 费 单 的 需 求 量 收 费 , 不 过 大 家 通 常 不 把 这 系 统 视 为 节 能 系 统 。 理 论 上 , 晚 间 的 环 境 温 度 较 低 , 热 蓄 能 系 统 在 较 低 的 凝 结 温 度 下 运 作 , 因 此 热 蓄 能 系 统 可 以 令 制 冷 机 更 有 效 率 。 实 际 上 , 系 统 制 造 冰 块 及 冰 块 溶 解 ( 即 相 变 ) 时 损 失 的 热 量 可 能 抵 销 制 冷 机 效 率 提 高 所 能 节 省 的 耗 电 量 。

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水 冷 式 空 调 系 统

技 术 概 要 ∶
空 调 系 统 采 用 制 冷 循 环 , 通 过 冷 却 介 质 来 降 低 室 内 的 空 气 温 度 。 制 冷 剂 吸 收 的 热 量 可 以 直 接 排 放 到 室 外 空 气 ( 风 冷 系 统 ) , 也 可 以 通 过 冷 却 塔 的 蒸 发 作 用 或 海 水 循 环 排 放 至 室 外 ( 水 冷 系 统 ) 。 後 者 两 种 排 热 方 法 可 以 归 类 为 水 冷 系 统 , 因 为 它 们 都 是 采 用 水 作 为 排 热 的 媒 介 。 此 外 , 另 一 种 水 冷 系 统 就 是 区 域 性 供 冷 系 统 。

a ) 冷 却 塔 系 统
冷 却 塔 系 统 采 用 蒸 发 式 冷 却 塔 来 排 放 热 量 。 由 於 水 於 冷 却 塔 中 经 排 放 和 风 吹 而 持 续 的 蒸 发 , 冷 却 塔 中 的 水 会 有 所 流 失 , 但 流 失 的 水 分 可 以 通 过 城 市 内 的 供 水 来 补 充 。

b ) 中 央 海 水 供 应 系 统
中 央 海 水 供 应 系 统 通 过 海 水 来 排 放 热 量 。 海 水 由 一 个 中 央 海 水 配 送 系 统 输 送 到 各 用 户 大  , 而 从 冷 凝 器 排 放 出 来 的 热 海 水 将 通 过 管 道 输 回 大 海 。

c ) 区 域 性 供 冷 系 统
冷 冻 水 由 集 中 式 冷 冻 站 产 生 , 每 个 独 立 的 用 户 大  不 需 要 安 装 制 冷 系 统 , 而 是 从 区 域 供 冷 系 统 营 运 商 购 买 冷 冻 水 。 在 这 种 方 案 中 , 一 个 区 域 或 社 区 只 需 要 一 个 中 央 制 冷 系 统 , 一 个 泵 房 和 一 个 中 央 冷 冻 水 配 送 管 道 。

它 如 何 节 约 能 源 ?
水 冷 空 调 系 统 排 放 的 热 量 取 决 於 空 气 的 湿 球 温 度 而 不 是 乾 球 温 度 , 所 以 制 冷 剂 可 以 冷 却 至 一 个 比 较 低 的 温 度 。 这 样 不 但 可 以 使 空 调 系 统 得 到 一 个 比 较 高 的 性 能 系 数 ( COP ) , 而 且 可 以 提 升 能 量 效 率 。

能 节 潜 力

机 电 工 程 署 ( EMSD ) 的 一 份 研 究 表 明 区 域 性 供 冷 系 统 和 冷 却 塔 系 统 比 传 统 的 风 冷 系 统 的 效 率 分 别 高 约 35 % 和 20 % 。 此 研 究 的 详 情 请 参 阅 ∶
(此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.emsd.gov.hk/emsd/chi/pee/wacs_pub.shtml) 。
机 电 工 程 署 在 2000 年 推 行 了 使 用 淡 水 於 非 住 宅 楼 宇 水 冷 式 空 调 系 统 的 先 行 性 计 划 , 以 鼓 励 水 冷 空 调 系 统 的 使 用 。 此 计 划 的 详 情 请 参 阅 ∶
(此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.emsd.gov.hk/emsd/chi/pee/psfwct.shtml) 。

进 一 步 的 资 讯 :
请 参 阅 机 电 工 程 署 网 页 , 水 冷 空 调 系 统 部 分 ∶ 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.emsd.gov.hk/emsd/chi/pee/wacs.shtml


参 考 资 料

  1. Roth, K. W., et al, 2002, Energy consumption characteristics of commercial building HVAC systems volume III: Energy saving potential, Building Technologies Program, Department of Energy, United States.
     
  2. Architectural Service Department, Building Services Branch Circular No. 32 of 2006, Study Report on the Application of physical water treatment for scale control in waterside air conditioning system.
   
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