1 / 83

冷凍空調系統研發與應用 的 另類思維

高力熱處理股份有限公司 超高溫熱冰水雙效機產品發表會. 冷凍空調系統研發與應用 的 另類思維. 方煒 台灣大學生物產業機電工程系教授. 2004/11/30 中壢市. 大綱. 冷凍空調循環簡介 環保新概念 — 熱泵應用的 另類思維 ㄧ些觀察 冷凍空調系統研發的 另類思維 1. 太極拳 2. 血液循環 結論. 冷凍空調，太極，血液循環. 密閉式迴路系統 ??. Carnot 冷凍空調循環. Process 1-2 為濕壓縮 Wet Compression. 冷凍空調循環. T. C. ‘. 4. 高壓側. 輪機. 壓縮機.

yamka
Download Presentation

冷凍空調系統研發與應用 的 另類思維

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 高力熱處理股份有限公司 超高溫熱冰水雙效機產品發表會 冷凍空調系統研發與應用的另類思維 方煒 台灣大學生物產業機電工程系教授 2004/11/30 中壢市

  2. 大綱 • 冷凍空調循環簡介 • 環保新概念—熱泵應用的另類思維 • ㄧ些觀察 • 冷凍空調系統研發的另類思維 • 1. 太極拳 • 2. 血液循環 • 結論

  3. 冷凍空調，太極，血液循環 密閉式迴路系統??

  4. Carnot冷凍空調循環 Process 1-2 為濕壓縮 Wet Compression

  5. 冷凍空調循環 T C ‘ 4 高壓側 輪機 壓縮機 W12 W34 低壓側 Process 1-2 為乾壓縮 Dry Compression

  6. C 氣冷式冷凍空調系統 Hot air Condenser 冷凝器/熱排 EV 膨脹閥 蒸發器/冷排 壓縮機 Capillary tube Evaporator 毛細管 Cold air

  7. 冷氣或暖氣系統 (雙效機 ?) 不匹配的散熱與吸熱面積

  8. 熱水與冰水雙效機 新水 消耗 冷水槽 P 板式熱 交換器 冷排側 C 熱排側 板式熱 交換器 P 新水 熱水槽 消耗

  9. 對地球的責任 • 為保護臭氧層為目的而定的蒙特婁議定書決定，自1996年中止生產CFC冷媒(R12)，自2004年依序減產HCFC冷媒(R22)而至2020年中止生產。 • 為防止地球溫室效應為目的而定的京都議定書，也指出會造成地球溫室效應的CFC冷媒(R12)應受到抑制。 • 冷凍空調界的因應 • 開發替代冷媒與相關商品化機器 • 對環境影響最小的冷媒(R134a, HFC冷媒) • 自然冷媒NH3，CO2 • 推廣熱泵的各種應用層面 (新看法)

  10. 傳統的熱水/熱氣產生系統 • 瓦斯熱水器，鍋爐 • 產生二氧化碳(溫室氣體) • 產生ㄧ氧化碳(危害安全) • 電熱水器，電暖爐 (統稱電熱器) • 高耗電 • 熱泵 • 製造熱水/熱氣耗電程度<<電熱器 • 不排放溫室氣體

  11. 2 1 3 熱泵單效機是環保產品 用電效率遠高於電暖與電熱設備

  12. 環保新議題 由電熱器、鍋爐與瓦斯熱水器轉為使用熱泵，少耗電、少排放溫室氣體，是否可以減緩溫室效應？ 答案應該是肯定的！

  13. 1 COP 熱泵單效機是環保產品 附加功能：對大氣吸熱

  14. COP = EER * 4.18/3.6 經濟部中標局EER與COP國家標準

  15. 另類思考 • 熱泵系統對大氣吸熱 • 地球受溫室效應造成全球暖化 • 能否透過熱泵(耗電1，吸熱=COP>2.6)來緩和全球暖化？ • 需吸取多少熱能，需花多少時間， 才能讓地球恢復正常？

  16. EER, PF 與 COP的計算 冷凍空調 性能係數 熱泵 性能因數 EER= COP* 3.6/4.18

  17. 冷熱水雙效機COP與EER 的計算

  18. 91/1 COP = EER * 4.18/3.6 註1. 能源效率比（EER）依該等標準規定在T1標準試驗條件下（CNS規定）試驗之總冷氣能力（W）除以有效輸入功率（W）。 摘自http://www.energylabel.org.tw 工研院能資所能源標章網站

  19. 93/08 摘自http://www.energylabel.org.tw

  20. 冷熱水雙效機COP與EER 的計算 3 3.5 1 EERdual= COPdual* 3.6/4.18 = 6.5 * 0.86124=5.6

  21. 一些觀察 • 基於熱傳遞的不可逆性，高壓側冷媒溫度需要高於TH，低壓側冷媒溫度需要低於TC • 壓縮機非絕熱(等s)壓縮過程，膨脹閥非等焓過程 • State 1非飽和氣態 • State 3非飽和液態 • 管路摩擦造成壓力損失(圖中未顯示) • 當高壓側壓力愈高and/or低壓側壓力愈低，COP愈減

  22. 壓縮機不是等熵過程 一些觀察 壓縮機與膨脹閥存在冷媒的供需平衡問題，受外擾影響大 T-S Diagram

  23. 冷氣/熱泵 緩衝能力差(non-robust) • 不允許 • 室外溫度太低，太高 • 室內溫度太低，太高 • 冷媒太多，太少

  24. 擬人化的說法 EQ 低

  25. 一些觀察 • 在熱排內總是液態與氣態冷媒並存，無法充分散熱。 From Compressor 熱排 上下存在不小溫差

  26. 冷凝器不是等壓過程 一些觀察 • 高溫高壓時，飽和氣態冷媒的比容為液態冷媒的9~12倍，冷媒液化後熱排管路中留給氣態冷媒的空間大增，造成高壓側壓力下降。 • 熱排中液態冷媒與管壁摩擦造成壓力損失大。 • 熱排散熱能力受外溫影響大。

  27. R22冷媒，飽和液氣比容比較

  28. R134a冷媒，飽和液氣比容比較

  29. 氣態冷媒量減少，壓力下降 液氣分離器 冷排吸熱不足 熱排散熱太好 (外溫低)太多液態冷媒，摩擦大，比容變化大 冷媒量少，熱排空間仍然ㄧ樣大，造成壓力降低 低壓側壓力太低 造成冷排結冰

  30. 飽和狀態 R22冷媒 R134a冷媒

  31. 冷凍空調系統研發的另類思維1 • 太極

  32. 低壓低溫冷媒 高壓高溫冷媒 壓縮機 太極 八卦 氣態冷媒 蒸發器 冷排 冷凝器 熱排 液態冷媒 兩儀 四象 膨脹閥 循環cycle就是ㄧ個畫圓的動作

  33. 太極拳？

  34. 高技巧的使力 • 一般的外家拳「求快用力」 • 太極拳則講求「柔緩鬆靜」 • 「用意不用力」 • 「隨意不隨力」

  35. 高技巧的用力 • 有招拆招是反應 • 無招化招是順應 太極本自然 順應柳隨風

  36. 壓縮機 熱排 冷排 膨脹閥 由腰分上下 由脊分左右 如何順應 • 練拳首先要鬆 • 鬆胯，鬆命門 • 身鬆則身虛，虛以積氣 • 要鬆才能卸 • 提供緩衝

  37. 現階段冷凍空調系統的缺點 • 不鬆 • 啟動電流大，運轉電流大 • 壓縮機經常性全額或過負載，容易過熱 • 不卸 • 一旦熱排之後的冷媒流動受阻，其回衝的壓力將直接衝擊壓縮機，縮減壓縮機的使用壽命。

  38. 鬆代表著存在因系統張力所形成的空腔 • 系統張力代表著鼓面/吉他弦的拉緊程度 • 有適當張力，敲鼓/撥弦才能發聲 • 有空腔才能靠共振(共鳴) 傳聲

  39. 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 • 新增裝置提供空腔，如此整個循環才能鬆 • 新增裝置提供預壓力，有預壓力的空腔才能提供緩衝，如此才能卸，壓縮機才有保護

  40. 新增裝置：蓄壓器 2000,2001 方 & 蕭

  41. 有沒有聽過預應力？ 對材料預先施以應力， 可提高材料的耐受力， 延長使用壽命

  42. 現階段冷凍空調系統的缺點 太極拳的理念 • 流暢 • 輕靈連貫 • 不流暢 • 壓縮機本身問題，由負荷高或轉速低時壓力表指針的強烈擺動可知。 • 不穩 • 先天：使用四方閥的冷暖氣系統 • 後天：天候的變化與負荷大小不定 • 穩

  43. 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 • 流暢 (輕靈連貫) • 壓縮機高速運轉可緩和瞬時的壓力變化，但是高耗電 • 新增裝置可縮小化壓縮機對整體循環的影響，讓冷媒流動更順暢，讓壓縮機與膨脹閥在冷媒供需上維持平衡，讓系統更穩定 • 穩 • 天候的外擾在新增裝置可承受的範圍內，不致影響壓縮機負荷 • 「靜中觸動動猶靜，因敵變化是神奇」

  44. 太極拳的理念 • 借力使力 • 蓄勁待發 • 動中求靜，動靜配合 • 以大事小 • 以小搏大 (四兩撥千斤)

  45. 太極理念應用於冷凍空調系統的研發 • 借力使力：機由己發，力從人借 • 熱排後段，冷排後段：加強散熱與吸熱利用 • 熱排前段，冷排前段：預冷與預熱

  46. P-h Diagram 熱排後段，冷排後段 預先散熱 預先吸熱 熱排前段，冷排前段

  47. 熱排後段與冷排後段結合新增一個熱交換器(機由己發)熱排後段與冷排後段結合新增一個熱交換器(機由己發) 允許兩端各取所需 • 左側可視為熱排散熱之延續或加強 • 右側可視為冷排吸熱之延續或加強

  48. 機由己發：熱排後段加在冷排下方 d 冷凝器/熱排 a’’ 蒸發器/冷排 a’’ b’ d’ 壓縮機 膨脹閥 e’

  49. C C 機由己發：熱排後段加在冷排下方 冷排 冷排 熱排 熱排 2000，左

More Related