冷卻水塔外氣控制與節能稼動率優化分析

1. 背景與挑戰

隨著全球能源消耗問題日益嚴重，各行各業致力於推動節能減排，尤其是在高耗能設備的運行中尋求節能潛力。冷卻水塔作為工業與商業空調系統中的核心設備，通常消耗大量的電力來達到冷卻效果。台灣地區，由於其高溫高濕的氣候特性，工廠普遍依賴冷卻水塔來進行水冷系統散熱。為了降低運營成本並提高能源效率，冷卻水塔的外氣控制技術已被廣泛應用。

2. 冷卻水塔運行原理與節能技術

冷卻水塔運行的效率受到多個因素的影響，其中外氣溫度、濕度以及回水溫度是關鍵參數。隨著外界氣候變化，冷卻水塔的冷卻效率會有所不同。因此，合理控制冷卻水塔的運行，特別是風車馬達的運轉頻率和外氣的調控，可以顯著降低能耗並減少碳排放。現有的節能技術包括：

• 風車馬達變頻器安裝：根據冷卻需求調整風車運行頻率，減少不必要的能量消耗。
• 外氣控制系統：根據外界氣候條件調整水塔運行，避免過度運轉。
• 冷凝水回收系統：將冷凝水回收利用，補充冷卻水塔的水源，減少水資源的消耗。

這些技術的應用不僅能提高冷卻效率，還有助於降低運行成本，減少能源消耗。

3. 實際案例：新北市工廠冷卻水塔優化方案

以下是位於新北市的某工廠冷卻水塔系統優化案例。該工廠原有的冷卻水塔運行方式為全載運轉，並且設備較為分散。為了提高能源效率並實現節能目標，該工廠進行了設備升級，將數個小型冷卻水塔更換為一個250RT的方型直流冷卻水塔，並加裝了變頻器以便根據實際需求調整風車運轉頻率。

3.1 外氣與冷卻水回水溫度分析

該工廠於2019年12月26日至2020年1月9日收集了外氣及冷卻水回水數據。從數據圖表中可以觀察到，當外氣濕球溫度低於20℃時，冷卻水回水溫度的變化與外氣濕球溫度呈現一致的上升或下降趨勢。這表明，外氣濕球溫度對冷卻水塔的蒸發散熱過程具有重要影響。

圖一：乾球溫度、濕球溫度、相對濕度與回水溫度的變化趨勢

圖表顯示了不同時間點外氣濕球溫度與回水溫度的變化。濕球溫度越低，回水溫度也隨之降低，進一步證明外氣濕球是影響冷卻水塔運行效率的關鍵因素。

圖二：風車馬達運轉頻率與冷卻水回水溫度關聯圖

此圖展示了風車馬達運轉頻率與回水溫度之間的關聯性。根據此數據，我們可以得出一個控制模型，其中濕球溫度+3℃作為控制條件，進而調整風車運轉頻率。

4. 節能效益量化分析

經過數據分析，我們可以預測外氣濕球溫度低於22℃的時間佔全年約四分之一。依據此數據，冷卻水塔的稼動率可降低約24%。這一減少的運行時間直接轉化為節省的電力消耗：

節能估算：
每年減少的用電量為：
7.5kW × 2160小時 × 24% = 3888 kWh/年

這是基於理想情況下的估算結果，實際節能效果可能會因維護保養、天氣異動等因素有所不同。

5. 結論與未來展望

透過本案例，顯示了外氣控制系統如何有效降低冷卻水塔的運行稼動率，從而實現節能效果。在台灣地區，尤其是冬季外氣濕球溫度低於22℃的時段，冷卻水塔的節能潛力尤為顯著。未來，通過引入更精確的數據模型與控制技術，冷卻水塔的節能潛力將能夠得到更進一步的開發，為企業提供更加高效、可持續的運行方案。