冷 凍 水 系 統 / 設 備
冷 凍 水 系 統 是 指 空 調 系 統 內 負 責 把 冷 凍 水 運 送 到 不 同 送 風 系 統 設 備 的 系 統 。 此 系 統 包 括 所 有 在 冷 凍 水 輸 送 網 絡 內 的 設 備 ， 例 如 冷 凍 水 管 、 製 冷 機 、 水 塔 及 防 垢 裝 置 等 。 以 下 將 會 介 紹 多 種 可 被 應 用 在 冷 凍 水 系 統 中 的 節 能 科 技 。
冷 凍 水 系 統 的 防 垢 技 術
技 術 概 要 ：
在 水 冷 空 調 系 統 中 ， 製 冷 劑 所 排 出 的 廢 熱 經 冷 凝 器 中 的 冷 卻 水 吸 收 並 且 排 走 。 隨 著 雜 質 在 冷 卻 水 流 中 積 聚 ， 污 垢 以 及 沉 積 物 會 逐 步 在 冷 凝 器 的 管 壁 上 形 成 ， 令 冷 凝 器 的 傳 熱 表 面 結 垢 。 這 會 降 低 了 冷 凝 器 的 傳 熱 效 率 ， 因 而 增 加 了 製 冷 機 的 能 量 消 耗 。 現 時 市 場 上 有 以 下 三 種 防 垢 技 術 :
﹝ 1 ﹞ 自 動 管 道 清 理 系 統
此動畫說明自動管道清理系統。以下的段落描述自動管道清理系統。
自 動 管 道 清 理 系 統 通 常 會 附 設 在 冷 凝 器 內 。 系 統 會 按 預 先 設 定 的 時 間 定 期 在 管 道 內 釋 放 軟 棉 球 來 清 理 冷 凝 器 管 壁 。 因 為 這 些 軟 棉 球 既 柔 軟 而 且 輕 型 ， 所 以 不 會 對 冷 凝 器 管 壁 造 成 任 何 損 害 ， 而 且 比 較 容 易 被 流 水 帶 動 而 在 管 道 內 游 動 。
如 欲 瀏 覽 有 關 技 術 的 應 用 實 例 ， 請 點 擊 此 處
﹝ 2 ﹞ 動 態 脈 衝 裝 置
動 態 脈 衝 裝 置 的 原 理 是 當 含 有 結 垢 物 質 的 水 流 流 經 磁 場 或 者 電 磁 場 時 ， 磁 場 或 者 電 磁 場 會 改 變 礦 物 質 離 子 的 電 化 學 性 質 ， 從 而 產 生 沉 澱 。 這 個 裝 置 是 將 硬 化 的 礦 物 質 從 結 垢 粒 子 （ 方 解 石 ） 變 為 可 以 溶 解 於 水 的 懸 浮 粉 末 （ 文 石 ） ， 從 而 增 加 了 其 在 水 中 的 溶 解 度 。
動 態 脈 衝 裝 置 由 兩 個 部 件 組 成 ， 分 別 是 變 壓 面 板 以 及 盤 管 和 管 道 反 應 空 間 。 變 壓 面 板 把 電 網 電 壓 降 低 至 工 作 電 壓 。 反 應 空 間 在 流 動 截 面 上 產 生 脈 衝 和 盤 管 共 鳴 諧 波 場 。 電 磁 場 降 低 了 溶 液 中 粒 子 表 面 的 負 電 荷 ， 使 粒 子 趨 於 中 性 從 而 使 它 們 更 容 易 凝 結 。
﹝ 3 ﹞ 磁 流 體 除 垢 裝 置
磁 流 體 除 垢 裝 置 的 原 理 和 動 態 脈 衝 裝 置 的 原 理 類 似 ， 它 同 樣 在 循 環 水 流 中 產 生 電 磁 場 ， 從 而 提 高 了 複 合 礦 物 質 的 溶 解 度 。 磁 流 體 除 垢 裝 置 既 可 以 使 用 永 久 磁 鐵 也 可 以 使 用 電 磁 鐵 ， 這 個 裝 置 把 水 流 中 含 有 帶 電 離 子 的 複 合 礦 物 質 置 身 在 一 個 有 特 定 電 磁 塲 方 向 和 強 度 的 環 境 。 這 樣 ， 在 帶 電 離 子 和 電 磁 塲 的 互 相 影 響 下 ， 在 水 流 中 就 產 生 了 電 流 。
它 如 何 節 約 能 源 ？
防 垢 系 統 可 以 去 除 管 道 表 面 的 碎 屑 ， 從 而 清 理 熱 交 換 器 表 面 及 防 止 污 垢 的 形 成 。 這 不 但 可 降 低 水 流 阻 力 ， 而 且 能 提 高 冷 凝 器 的 傳 熱 效 率 ， 從 而 提 高 整 個 製 冷 機 組 的 效 率 。
能 節 潛 力
即 使 是 零 點 八 亳 米 厚 的 污 垢 已 可 以 增 加 約 百 分 之 十 的 能 量 消 耗 [2] 。 根 據 香 港 的 一 些 調 查 ， 防 垢 系 統 可 以 令 冷 凍 水 系 統 節 省 約 百 分 之 十 至 十 五 的 電 力 。
冷 凍 水 系 統 的 熱 回 收 裝 置
技 術 概 要 和 它 如 何 節 能 ：
現 時 主 要 有 以 下 兩 種 冷 凍 水 系 統 的 熱 回 收 裝 置 :
a ） 板 式 熱 交 換 器
板 式 熱 交 換 器 是 利 用 金 屬 板 使 兩 種 液 體 之 間 傳 遞 熱 量 。 這 種 熱 交 換 器 的 最 大 優 點 是 液 體 可 以 有 比 較 大 的 換 熱 面 積 ， 從 而 使 流 體 間 有 更 大 的 換 熱 量 。 由 於 它 的 傳 熱 效 率 高 ， 其 體 積 通 常 比 具 相 同 換 熱 容 量 的 管 殼 式 熱 交 換 器 為 小 。 下 圖 是 一 個 典 型 的 板 式 熱 交 換 器 。
板 式 熱 交 換 器
b ） 熱 回 收 式 製 冷 機
在 水 冷 製 冷 機 組 在 一 般 運 行 時 ， 冷 凝 器 均 會 排 放 出 大 量 的 熱 能 。 這 些 廢 熱 可 以 回 收 並 用 於 其 它 用 途 。 例 如 用 來 預 熱 家 用 熱 水 、 在 風 櫃 機 加 熱 空 氣 等 。 下 圖 為 熱 回 收 式 製 冷 機 的 冷 凍 水 系 統 原 理 圖 。
熱 蓄 能 系 統
技 術 概 要
熱 蓄 能 指 利 用 熱 庫 貯 存 能 量 以 供 日 後 再 用 的 技 術 ， 而 能 量 通 常 以 冰 的 形 式 貯 存 ， 因 此 這 系 統 通 常 稱 為 「 貯 冰 系 統 」 。 熱 蓄 能 系 統 的 主 要 用 途 是 在 非 高 峰 用 電 時 間 （ 即 晚 間 ） 造 冰 ， 然 後 在 高 峰 用 電 時 間 ( 即 日 間 )用 冰 來 冷 卻 環 境 ， 以 滿 足 對 空 調 的 需 求 。 因 此 ， 這 系 統 有 助 把 日 間 高 峰 用 電 時 間 的 用 電 量 轉 移 到 晚 間 非 高 峰 用 電 時 間 ， 減 少 空 調 系 統 在 高 峰 用 電 時 間 的 耗 電 量 。
它 如 何 節 約 能 源 ？
熱 蓄 能 系 統 可 減 低 製 冷 機 組 的 高 峰 用 電 時 間 的 用 電 量 ， 及 降 低 電 費 單 的 需 求 量 收 費 ， 不 過 大 家 通 常 不 把 這 系 統 視 為 節 能 系 統 。 理 論 上 ， 晚 間 的 環 境 溫 度 較 低 ， 熱 蓄 能 系 統 在 較 低 的 凝 結 溫 度 下 運 作 ， 因 此 熱 蓄 能 系 統 可 以 令 製 冷 機 更 有 效 率 。 實 際 上 ， 系 統 製 造 冰 塊 及 冰 塊 溶 解 （ 即 相 變 ） 時 損 失 的 熱 量 可 能 抵 銷 製 冷 機 效 率 提 高 所 能 節 省 的 耗 電 量 。
如 欲 瀏 覽 有 關 技 術 的 應 用 實 例 ， 請 點 擊 此 處
水 冷 式 空 調 系 統
技 術 概 要 ：
空 調 系 統 採 用 製 冷 循 環 ， 通 過 冷 卻 介 質 來 降 低 室 內 的 空 氣 溫 度 。 製 冷 劑 吸 收 的 熱 量 可 以 直 接 排 放 到 室 外 空 氣 （ 風 冷 系 統 ） ， 也 可 以 通 過 冷 卻 塔 的 蒸 發 作 用 或 海 水 循 環 排 放 至 室 外 （ 水 冷 系 統 ） 。 後 者 兩 種 排 熱 方 法 可 以 歸 類 為 水 冷 系 統 ， 因 為 它 們 都 是 採 用 水 作 為 排 熱 的 媒 介 。 此 外 ， 另 一 種 水 冷 系 統 就 是 區 域 性 供 冷 系 統 。
a ） 冷 卻 塔 系 統
冷 卻 塔 系 統 採 用 蒸 發 式 冷 卻 塔 來 排 放 熱 量 。 由 於 水 於 冷 卻 塔 中 經 排 放 和 風 吹 而 持 續 的 蒸 發 ， 冷 卻 塔 中 的 水 會 有 所 流 失 ， 但 流 失 的 水 分 可 以 通 過 城 市 內 的 供 水 來 補 充 。
b ） 中 央 海 水 供 應 系 統
中 央 海 水 供 應 系 統 通 過 海 水 來 排 放 熱 量 。 海 水 由 一 個 中 央 海 水 配 送 系 統 輸 送 到 各 用 戶 大 厦 ， 而 從 冷 凝 器 排 放 出 來 的 熱 海 水 將 通 過 管 道 輸 回 大 海 。
c ） 區 域 性 供 冷 系 統
冷 凍 水 由 集 中 式 冷 凍 站 產 生 ， 每 個 獨 立 的 用 戶 大 厦 不 需 要 安 裝 製 冷 系 統 ， 而 是 從 區 域 供 冷 系 統 營 運 商 購 買 冷 凍 水 。 在 這 種 方 案 中 ， 一 個 區 域 或 社 區 只 需 要 一 個 中 央 製 冷 系 統 ， 一 個 泵 房 和 一 個 中 央 冷 凍 水 配 送 管 道 。
它 如 何 節 約 能 源 ？
水 冷 空 調 系 統 排 放 的 熱 量 取 決 於 空 氣 的 濕 球 溫 度 而 不 是 乾 球 溫 度 ， 所 以 製 冷 劑 可 以 冷 卻 至 一 個 比 較 低 的 溫 度 。 這 樣 不 但 可 以 使 空 調 系 統 得 到 一 個 比 較 高 的 性 能 系 數 （ COP ） ， 而 且 可 以 提 升 能 量 效 率 。
能 節 潛 力
機 電 工 程 署 （ EMSD ） 的 一 份 研 究 表 明 區 域 性 供 冷 系 統 和 冷 卻 塔 系 統 比 傳 統 的 風 冷 系 統 的 效 率 分 別 高 約 35 ％ 和 20 ％ 。 此 研 究 的 詳 情 請 參 閱 ：
( 此網頁的超連結有可能引向由第三方發行或營運的網站。http://www.emsd.gov.hk/emsd/chi/pee/wacs_pub.shtml) 。
機 電 工 程 署 在 2000 年 推 行 了 使 用 淡 水 於 非 住 宅 樓 宇 水 冷 式 空 調 系 統 的 先 行 性 計 劃 ， 以 鼓 勵 水 冷 空 調 系 統 的 使 用 。
進 一 步 的 資 訊 :
請 參 閱 機 電 工 程 署 網 頁 ， 水 冷 空 調 系 統 部 分 ： 此網頁的超連結有可能引向由第三方發行或營運的網站。https://www.emsd.gov.hk/tc/energy_efficiency/water_cooled_air_conditioning_system/
參 考 資 料
- 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.
- 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.