Page 89 - Vol.35

Tech
Notes
技術專文

圖9、平均電流百分比與耗電有顯著線性關係（左）5度C，（右）12度C，歐姆定律 P = I×V 圖11、中央氣象局認定1950~2017年寒流影響台灣天數統計 [11]

80 50
5Cave% (3) = 10.26 + 0.03636*X 100 Y (6) = 16.51 + 0.013*X + 6.946e-7*X 2
75 5Cave% (4) = 10 + 0.02668*X Y (7) = 13.8 + 0.01226*X + 4.154e-7*X 2 45
5Cave% (5) = 10.15 + 0.02086*X
Y (8) = 15.21 + 0.009997*X + 4.017e-7*X 2
1963
5Cave% (6) = 9.399 + 0.0174*X Y (9) = 15.2 + 0.0089*X + 3.212e-7*X 2 (41.00) 臺北站DJF季10度以下日數
70 5Cave% (7) = 8.358 + 0.01539*X 90 Y (10) = 13.22 + 0.008777*X + 1.795e-7*X 2 40
Y (11) = 13.42 + 0.007938*X + 1.509e-7*X 2
5Cave% (8) = 10.07 + 0.01292*X
Y (12) = 13.93 + 0.007062*X + 1.439e-7*X 2
Y (13) = 14.93 + 0.006192*X + 1.54e-7*X 2 35
5Cave% 65 5Cave% 70 Y (15) = 15.45 + 0.005227*X + 1.252e-7*X 2 (30.00) (30.00)
80
Y (14) = 13 + 0.006294*X + 9.399e-8*X 2
1968
1974
60
5C_Count
55
25
3 12C_Count 觀測值 30
50 4 5 60 6 7 11 12 20
6 8 13
45 7 50 9 14 15
8 10 15
40 10
1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
P7CHSA_5CH_TOTAL_POWER P7CHSA_12CH_TOTAL_POWER 5 1988 (0.00) 2001 (0.00) 2017 (0.00)
0
1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015
在2016/1/ 24，外氣焓值12kj/
圖10、統計外氣焓值2016~2017年度，焓值<31.8kj/kg屬於寒流僅佔2.5%時間
kg時有歷史極值7274kW。故使用 冰機理論備援量 = 負載裕度 + 1
圖12、熱回收冰機脫離熱交換器進入待機模式運轉成本下降
7274kW當作單台熱交換器能力作 及時評估備援量上線，可幫助工程
P7CHSA_CDW_OA_ENTH01 Quantiles
為系統N+1能力保守評估。
85 100.0% maximum 84.8 師在平日操作系統或緊急狀況立即
系統溫水用量評估由基礎熱交換公 80 判斷系統風險。例如：平常操作系
75 99.5% 80.551 耗電指標0.503
式計算得知： 統時，當我們知道系統備援能力充
70 97.5% 78.8
Q (熱交換功率) =m (溫水流量) × 65 90.0% 76 足時，操作系統的控制目標就應以
60 0.449kW/RT
s(比熱常數)×∆T(系統溫差) 55 75.0% quartile 72.2 機器學習預測的最低系統耗電為目
50 50.0% median 62.8
再來我們看運轉模式：熱回收冰機 45 25.0% quartile 47.1 12CH03熱回收冰機熱交換器切至待機模式效率提升 標；或者遇到異常停機時，冰機備
40 援台數或理論備援量為零或者負
是利用熱交換器回收冰機吸收廢熱 35 10.0% 38.9
的高溫冷卻水產生溫水。熱回收 30 2.5% 31.845 值：代表系統有立即風險應立即加
25
冰機在投入熱回收模式效率低於 20 0.5% 22.749 開冰機；若為正值，則代表系統有
15 0.0% minimum 12.8 能力自動因應，必須優先考量下游
一般冰機(因冷卻水入水溫較高) 圖
10
12。投入熱回收板熱為運轉成本支 負載穩定度如PCW梯度變化，判斷
出(熱回收冰機製冷成本0.503kW/ 系統最佳操作時機 圖16 。
RT >一般冰機0.449kW/RT)，主因
為冰機冷卻水入水溫下降(熱回收 系統能力一般不會剛好N+1，而 ........... 式(1) 由人員經驗轉換為數位經驗、數位 機備援能力。
27.9℃/待機模式23.2℃)。因此熱 是N+(1+XX%)，XX%就是負載 決策。自動化能力提升：藉由溫水 定義：冰機單機額定冷凍噸RT_
故 閥緩開與冷卻水側加熱閥自動控 100、及時需求冷凍噸RT_real、 結果與分析
回收冰機投入熱交換器量將增加運 裕度。當負載裕度小於零代表系統
轉成本。 ........ 式(2) 制即可達到熱交換器一鍵自動化投 當前冰機運轉台數N_now、最低
N+1能力不足，即為熱回收投入時
當外氣焓值30kj/kg時，因外氣空 機。反之大於100%代表多出一台 入。常態投入熱交換器2sets，第 冰機運轉台數N、冰機備援台數N_ 精確運轉：利用機器學習定義
調箱預熱盤管開啟使得溫水用量 得到：負載裕度=(Hx能力×(運轉台 三台熱回收冰機則熱交換器待機模 plus。要知道冰機備援能力需要知 系統備援能力與能源管理
量需要脫離熱交換器。藉由負載裕
轉折上升。此時溫水系統需求總 數-1)－即時熱回收功率)/(Hx能力) 式隨時待命投入。運轉上，參考數 道最低運轉台數，不足部分需要無 利用機器學習模型預測不同狀態定
度的pre-alert機制與一鍵自動化熱 位決策介面 圖15建立的及時熱交
量為7143kW，單台熱交換能力為 以2017年溫水用量資料分析以往 條件進位計算得知。 義備援N+1概念可應用於冰機與
回收投切：即可達到依每年度寒流 換量計算與確認負載裕度自動提醒
7274kW共投入2sets，由能量守恆 熱回收板熱投入決策模式 圖14 ：約 最低運轉台數N=Roundup (及時需 冰水泵。以冰機為例：運轉台數
溫水需求動態管理熱交換器最適量 的切換預警機制操作，即可達到溫
概念可確認此時系統具有備援N+1 十月底投入第三道熱交換器；來年 求RT_real/額定冷凍噸RT_100 ) (n)：冰機平均運轉電流百分比(%)
使用，改善系統效率。 水系統細緻化管理，減少熱回收冰
能力(單台負載98.2%可扛載系統熱 三月初脫離；這種狀況為依照運轉 因此，冰機備援台數N_plus=當前 與耗電量(kW)。製作成監控系統
交換量)。若外氣持續變冷將使溫 以下推導負載裕度公式。定義Hx 人員經驗預判季節轉換進行保守策 機投入的高耗能時間，達到節約能 冰機運轉台數N_now－最低運轉台 SCADA即時看板 圖17 。
水用量增加而備援N+1不足；此時 為熱交換器能力(kW)、n為運轉台 略切換。統計投入3道熱回收時間 源目的、並且排除運轉人因決策差 數N 本文研究使用機型為Trane冰機雙
異達一致性標準化，達到溫水系統
即為溫水熱交換器投入時機 圖13 。 數(set)、P_wws為即時熱回收功率 為：3261小時；而依照熱交換器 冰機備機台數通常大於二，因此 [8]
運轉數位經驗、數位決策，由工業 機頭 與Armstrong水泵，預測負
至此我們已能達到用量及時運算、 (kW)、負載裕度為XX(%)。為避免 能力，實際需要3道熱回收時間僅 較不適用負載裕度觀念。系統能 載的應用上定義備援N+1概念：
3.0升級為工業3.5。
系統能力評估；差關鍵的系統動態 異常單機停機扛載不足狀況，滿足 有357小時(占10.9%) 圖15。代表 力為N+(1+XX%)，XX%是負載 定義運轉台數n=單機頭數，若開
投入時機判斷。我們定義一個概 N+1條件為系統總能力扣除用量後 89.1%的時間因保守策略與對於溫 裕度、而冰機我們使用理論備援量 啟7台雙機頭時n=14。負載預測
冰機系統備援台數與理論備援量
念：熱回收系統「負載裕度」： 還大於一台設備用量。系統總能力 水需求資訊化不足造成決策型能源 及時量測 (1+XX%)作為及時指標，量測相對 >100%為不合理值(上限100)，可
負載裕度定義：在滿足N+1條件 為Hx×n，我們可以得到以下方程 浪費。 與溫水熱交換器負載裕度論點相 於最低運轉數額外投入冰機額定冷 定義n=10 (84%)為最低運轉台數
下；剩餘負載百分比 式： 工業3.5的概念我們要將運轉經驗 似；知道冰機額定能力即可推導冰 凍能力。 N，此時實際運轉台數n=14，距離
88 FACILITY JOURNAL SEPTEMBER 2019 89