TW202026574A

TW202026574A - 冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法及其系統

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Publication number: TW202026574A
Application number: TW108100739A
Authority: TW
Inventors: 陳主福
Original assignee: 陳主福
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-07-16
Also published as: TWI704319B

Abstract

一種冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法及其系統，該方法係透過電腦(包含PLC可程式控制器、HMI人機介面、IO輸出入處理器、Pad平板電腦...等等)建構冷凍空調主機實場運轉的動態EER組，並將前述冷凍空調主機實場運轉的每一筆動態EER組數值，採用非特定百分比範圍的計算式，以平均值法、熱平衡值法(CNS允差法、AHRI允差法、變動值法)，經演算將升載/降載的非穩態EER剔除，求得穩態EER組，藉以得知實場運轉中冷凍空調主機的EER分析比較及其變化趨勢，而藉該方法所提供的系統，提供即時的顯示冷凍空調主機之耗能訊息，達到快速有效評估積垢改善的節能成效。

Description

冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法及其系統

本發明係有關於一種量測分析比較方法及其系統，特別是指一種用於評估冷凍空調主機(包含：冷凍冷藏設備、箱型機、冰水主機、滷水冰機、熱泵…等等利用冷媒製冷輸送冷能的設備或冷凍空調原理適用的設備)實場運轉效率，能夠提供快速性節能改善成果的冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法及其系統。

近年來因溫室效應所造成全球性的氣候變遷更為突顯，國際間不斷的在響應節能減碳，各國對各行各業不斷鼓吹隨時留意用電與溫室氣體的排放管制，尤其是，用電使用量很大的冷凍空調主機。在國內不但訂定有運轉節能的標準，更訂定有節能檢測的作業要點，但是，長久以來，冷凍空調主機在節能的評估並不彰顯，對於節能的改善並未有實質上的幫助，究其因主要存在如下現象：

民國50年代(西元1961年)台灣經濟起飛之初即導入冷凍空調業，當時已知：EER組(COP、EER、kW/RT)必須伴隨水溫負載條件才具意義，對於相互比較的EER必須符合(1)均在相同水溫負載下；(2)均為穩態值的相同條件進行，亦即，在不同水溫負載EER之比較屬無意義。遺憾的是多年來仍無人突破取得穩態值技術，以致運轉主機EER改善遲遲無法開展。早於民國100年(西元2011年)綠基會雖提出「節約能源規定說明：冰水主機蒸發器及冷凝器之對數平均溫差(LMTD)不得高於5℃」，但由於僅有數學計算式，未提出具體方法，致遭空調業界群起反對，以致經濟部能源局並未納入實施，綠基會也不了了之。

經濟部嗣於同年(西元2011年)的「冰水主機運轉效率管理」公告「空調冰水主機運轉效率之檢測方法作業要點，包括：(1)測試冰水主機效率時，應採每分鐘測試一筆，共取三十分鐘以上之穩定運轉資料之平均值作為計算依據。測試中冰水主機負載及冰(冷卻)水流量變化需在±10%內，才視為穩定運轉，若在非穩定狀況下運轉，則重新測試。(2)測試冰水主機效率時，冰水主機運轉負載須達50%以上、冰水出水溫度須在7℃±5℃、冷卻水入水溫度須在30℃±5℃。經冰水端計算之冷凍能力(kW)與冷卻水端經總熱平衡公式計算之冷凍能力(kW)，其誤差須在10%內，則現場測試資料才能視為有效數據。」，此項公告訂定冷卻水入水溫度25~35℃範圍，及冰水出水溫度2~12℃範圍，另，相當程度放寬CNS 12575允許誤差由5%至10%，但是，經濟部此項公告僅為政策宣示性及指導性，仍無法具體的提供空調業界有關能源效率比值(EER)量測驗證及分析比較的可行方法或可資參考資料，因此，該項作業要點也被束之高閣。

再者，空調業界(操作者、工程公司、技師)對實場主機效率都不熟悉，特別基於實場主機效率為動態EER，且無法區分出穩態EER，因此，對冷凍空調工程之冷凍空調主機的施工安裝及運轉維護，都僅限於對冷凍空調主機的機械、電機製造組裝，以及故障維修恢復原運轉等功能，對於冷凍空調主機實場動態(非實驗場、測試站)運轉過程是否符合能源效率比值(Energy Efficiency Ratio；EER)，由於缺乏客觀的量測驗證及分析比較，因此，相關業者在設計與施工層面，為避免惹出無法收拾殘局的事端，幾乎無人願意觸碰。除此之外，絕大多數既有的冷凍空調主機採用傳統式的指針型儀表，用人工抄表記錄(只有少數採用電子式儀表連線)，不僅因為記錄的條件不一致且連貫性不符要求，更因為所記錄的數值未進行分析比較而無參考價值。又，冷凍空調業界30年來都熟知積垢造成冷凍空調主機效率嚴重下降，然而面對水處理改善屬跨領域化工技術無從判斷其良窳的困境，長久以來期待有優良商品來達改善目的，卻因EER量測驗證的缺乏，遲遲未能得到，陷入盲目地等待。經濟部基於國家發展高效率冷凍空調主機的需要，支援工研院建立主機穩態運轉的冷卻水與冰滷水恆溫槽、泵浦等實驗場所需大筆經費，然而主機實場運轉不符經濟效益，無人設置恆溫槽等穩態運轉的裝置，導致30年來業界並未建立主機的穩態實場EER。

針對上述問題，台灣發明專利第I327212號專利案(工研院)提供藉5個位置溫度感測(分別是冷媒側的蒸發器出口溫T1、壓縮機出口溫T2、冷凝器中段溫Tc、冷凝器出口溫T3、蒸發器中段溫Te)提供一種量測空調主機的性能係數(Coefficient of Performance；COP)或效率值的裝置(包括空調主機或其外掛裝置)及傳輸該值之網路系統。又，業者亦有裝設感測器的多種量測EER方法。然而，前述該第I327212號發明專利及業界多種量測方法非但未提到水側的冷卻水與冰滷水的水溫、負載的量測與計算，也未論及實場動態運轉之能源效率比值(Energy Efficiency Ratio；EER)穩態、非穩態的區分技術(註：動態EER包含升載/降載/穩態EER三者，剔除升載/降載之非穩態EER，方能夠取得穩態EER)，更無提供依該動態運轉之能源效率比值驗證及分析比較方法，致無法提供冷凍空調主機實場量測(積垢狀態)之穩態數值，以供判定冷凍空調主機之實際耗能率是否在合理標準中，因而，無法真正地提供空調業者在空調工程實際上的應用，更遑論根本無法符合經濟部所公告的「空調冰水主機運轉效率之檢測方法作業要點」必須在穩定運轉中所測試的資料才能視為有效數據。

有鑑於此，本案發明人本於獲得經濟部補助七次有關冷凍空調主機系列性研發計畫的經驗，對冷凍空調主機運轉效率的量測與分析比較獲得重大突破，並後續完成實用部分，而開發出本發明。

本發明之目的，即在提供一種冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，該方法藉內建儲存冷媒的溫壓與焓值、熵值，與冷凍空調主機額定能力、耗能率的資料庫，並運用冷凍空調循環原理及應用數學遞移律比較法，將冷凍空調主機實場運轉的冷凝、蒸發溫度或壓力及EER組，自動的進行分析比較，並提供所量測該冷凍空調主機的耗能，藉以有效的評估冷凍空調主機實場運轉效率，達到具有實質參考與實用價值的效果，換言之，本發明之方法利用尖端演算科技及資料庫技術，僅需設置二個感測器感測冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，即能夠提供簡易使用方法獲得空調業界長久期待的動態、穩態EER組，該EER組以每一溫度負載為基礎，提供對冷凍空調主機實場運轉效率進行驗證分析比較，舉例來說：28~29℃80~90%溫度負載範圍內存在10個溫度100個負載，總合計1000個不同溫度負載之EER組；常用25~30℃50~100%溫度負載範圍，存在50個溫度500個負載，總合計25,000個不同溫度負載；藉由該25,000個不同溫度負載常用範圍之EER組於春夏秋冬及每天上中下午、傍晚夜間各時段運轉均可進行分析比較，顯有高度產業價值的實用性。

本發明之再一目的，在於提供一種冷凍空調主機效率的智能量測驗證系統，該系統藉管理平台將冷凍空調主機的額定能力、耗能率資料預存，並透過處理器將冷凍空調主機實場運轉的耗能率數值進行分析比較，藉以提供即時的冷凍空調主機之耗能訊息，達到快速有效評估效果。

為達上述目的，本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，該方法的特徵在於：透過電腦(包含PLC可程式控制器、HMI人機介面、IO輸出入處理器、Pad平板電腦...等等)建構冷凍空調主機實場運轉的動態EER組(下文EER組、耗能kW未指明理論或實際或額定，泛指理論與實際)，並將前述冷凍空調主機實場運轉中每一溫度負載的每一筆動態EER組數值(包含理論值與實際值)，採用非特定百分比範圍的計算式，以平均值法、熱平衡值法(CNS允差法、AHRI允差法、變動值法)，經演算將升載/降載的非穩態EER剔除，求得穩態EER組。

本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證系統，該系統係建構於管理平台內，能夠與電腦或是手持通訊裝置連接傳輸訊息，該系統係包括：至少一記憶體及一處理器，其特徵在於：該記憶體係儲存冷媒的溫度、壓力與焓值、熵值，及冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定，以及冷凝、蒸發溫度或壓力的飽和冷媒氣態與液態對應焓值、熵值所對應關係的計算式；該處理器與該記憶體連接至少包含對應單元及分析比較單元，該對應單元包含接收器，係接收設置於冷凍空調主機的冷凝器、蒸發器或冷卻水冰滷水的進口與出口處的感測器訊號，能夠感測冷凍空調主機實場運轉的每一筆的各項數值，例如：冷媒的冷凝、蒸發溫度、或冷卻水、冰滷水出水溫，該接收器接收前述感測該等數值，並與前述記憶體所建立冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和冷媒氣態與液態對應焓值、熵值所對應關係相對應，取得每一溫載中飽和冷媒氣態與液態對應焓值；該分析比較單元包含一計算器，係將前述取得的飽和冷媒氣態與液態對應焓值透過該記憶體的計算式，依序計算動態及穩態EER組_理論，以及計算實場運轉中冷凍空調主機的能力，動態EER組_理論及穩態EER組_理論經過換算可得其EER組_實際，藉以得知實場運轉中冷凍空調主機的EER變化趨勢，或是冷凍空調主機的能力。該傳輸裝置具有辨識介面及顯示介面，採用有線或無線傳輸例如：藍芽、Wifi或指定的識別名稱，將該動態、穩態EER組及變化趨勢，或是實場運轉中冷凍空調主機的能力，傳輸顯示於電腦或是手持通訊裝置。

依據上述，該處理器之分析比較單元對於穩態EER組_理論的計算，係採用非特定百分比範圍的計算式以以平均值法、熱平衡值法(CNS允差法、AHRI允差法、變動值法)，經演算將升載/降載的EER剔除求得。

1‧‧‧管理平台

2‧‧‧記憶體

3‧‧‧處理器

4‧‧‧傳輸裝置

5‧‧‧電腦螢幕

6‧‧‧手持通訊裝置螢幕

31‧‧‧對應單元

32‧‧‧分析比較單元

41‧‧‧辨識介面

42‧‧‧顯示介面

第一圖為本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法的方塊圖。

第二圖為本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證系統的方塊流程圖。

第三圖為本發明冷凍空調主機的莫里耳線圖。

第四圖為本發明有關EER組包含理論值與實際值，在換算動態與穩態的關係示意圖。

請參閱第一圖為本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法的方塊圖，如圖所示，本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法包括如下步驟：預存資料、建立冷凍空調循環的原理、輸入冷凍空調主機實場運轉資料，及計算動態與穩態EER組，以及驗證分析比較穩態EER組的變化趨勢，其中該預存資料的步驟係預先儲存冷媒的溫壓與焓值、熵值，及冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定；該建立冷凍空調循環的原理的步驟係依據冷凍空調循環原理的四個工序：壓縮(等熵程序)→冷凝(氣態變液態等壓等溫程序)→膨脹(等焓程序)→蒸發(液態變氣態等壓等溫程序)的循環運作為基準，建立冷媒冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和氣態與液態之焓值、熵值對應關係；該輸入冷凍空調主機實場運轉資料，係將實場運轉中冷凍空調主機的每一筆冷媒冷凝、蒸發溫度或壓力採用人工輸入方式或是以感測計算方式進行，用於對應前述所建立的焓值、熵值對應關係；本實施例以人工輸入即在冷凍空調主機之冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或冷卻水、冰滷水的進口與出口處所設置的儀表抄寫其數值後建檔儲存；另一實施例以感測方式即將裝設之感測器所感測的溫度或壓力、電力等與接收器連線得出動態EER組儲存，而穩態EER組係採用非特定百分比範圍的計算式，以平均值法、熱平衡值法(CNS允差法、AHRI允差法、變動值法)，經演算將升載/降載的EER剔除求得。

如是，取得動態EER組後進進一步計算取得穩態EER組、能力或耗能，亦即，將前述取得的實場運轉中冷凍空調主機的每一筆飽和冷媒氣態與液態的動態EER組，再透過非特定百分比範圍的計算式，以平均值法、熱平衡值法(CNS允差法、AHRI允差法、變動值法)，經演算將升載/降載的EER剔除求得穩態EER組。

一旦取得穩態EER組後，再進行分析比較穩態EER組，藉以得知實場運轉中冷凍空調主機的EER變化趨勢。該趨勢可以用文字、表格、曲線來表示節能改善前後或依日、週、月、季、年EER組的變化。

請進一步參閱第二圖配合第三圖觀之，本發明建立冷媒冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和氣態與液態之焓值、熵值對應關係，係採用冷凍空調循環原理的莫里耳線圖(Mollier Chart)，如圖所示，根據該莫里耳線圖其中壓縮(T₁→T₂)為等熵程序，冷凝(T₂→T₃)為氣態變液態的等壓(P₂=P₃=P_C)等溫程序(T₂’=T₃=T_c，T₂’為冷媒飽和氣態點)，膨脹(T₃→T₄)為絕熱等焓程序，蒸發(T₄→T₁)為液態變氣態等壓(P₄=P₁=P_E)等溫程序(T₄=T₁=T_E)。該關係建立焓值h₁由氣態冷媒溫度T₁求得，焓值h₂由資料庫中T₁熵值及P_C冷凝壓力的交點求得，焓值h₃由液態冷媒冷凝溫T_c求得，並進一步求得焓值h₄(=焓值h₃)。基於莫里耳線圖循環運作原理，後述本發明介紹的處理器3內的程式可以依冷凝、蒸發溫度或壓力選項演算，最後求得EER組數值(註：習知台灣發明專利第I327212號專利案的焓值h₁由量測蒸發器出口溫度T₁求得；焓值h₂由量測壓縮機出口溫度T₂求得，而本發明焓值h₁與焓值h₂無需該二處溫度計乃由前述程序取得，二者不同)。又，冷媒溫度由-200℃~+60℃的物性建立資料庫儲存於後述本發明介紹的記憶體，包括溫度、壓力、焓值(液態)、焓值(氣態)、熵值等5項資料，亦即，實場運轉中冷凍空調主機的每一筆飽和冷媒氣態與液態的焓值、熵值都可經由換算存取於本發明該記憶體，計算過程有非整數溫度亦可經由內插法換算，實場運轉中動態EER組計算式如下： COP=(h₁-h₄)/(h₂-h₁)-----------------------------------------式(1)

EER=0.86*COP(EER單位kcal/W-h)----------式(2)

Q_EV=h₁-h₄-------------------------------------------式(1-1)

LF=Q_EV/Q_EV,100*100%--------------------------------式(1-2)

kW/RT=3.516/COP--------------------------------式(3)

kW=Q_EV*3.516/COP(Q_EV單位選RT)---------------式(3-1)上述公式中各符號，其中：kW：耗能，計算得出的電功率

Q_EV：運轉之冷凍空調能力(單位kW、kcal/h、RT)

LF：負載。

RT：冷凍噸。

COP：冷凍空調主機性能係數(單位：無因次，或kW/kW)

EER：能源效率比值(kcal/h-W或BTU/h-W)

kW/RT：耗能率。

由於實場運轉中冷凍空調主機運轉常有加載卸載的動態現象包含有動態值與穩態值，無法符合科學要求的再現性，必須先求出穩態值，才符合科學要求，EER比較才能具意義。本發明依據上述計算式求得之EER為動態值，必須再求得穩態值之運轉值、基準值。(註：基準值指冷凍空調主機完工日所建立的穩態值；或是冷凍空調主機經酸洗後無積垢狀態之酸洗日所建立的穩態值。運轉值所指實場量測具有積垢狀態的穩態值)，以達科學要求，才可以進行節能分析比較。本發明採用非特定百分比範圍的計算，剔除升載/降載的EER以取得穩態的EER，該非特定百分比範圍的計算可藉由平均值法及熱平衡值法，其中該平均值法係將指定連續日各溫度負載全部筆數實場運轉之動態EER組以數次運算取得低於10%內範圍之平均值，亦即，依據上述各溫度負載動態EER組，以數次運算取得25%、10%、5%範圍內之EER，即可以求得穩態的EER，進言之，將動態EER組分別依各溫載條件之初次平均之EER，剔除其誤差25%以外的EER後，計算其平均值為第二次EER，再將範圍分別縮小至10%、5%分別為第三、四次EER，該第四次EER即為穩態EER，而依照該選定日訂為基準值與運轉值，並將該基準值與運轉值之原始運轉資料列為穩態資料，而該前三次所剔除的運轉資料均列為非穩態資料，如是，該穩態資料、非穩態資料即可建立存於該記憶體。

除上述平均值法之外，另有非定值式熱平衡值法的CNS允差法、AHRI允差法、變動值法同樣能夠計算出穩態值，以下分別將各種計算方式試算如下：CNS允差法：依據CNS 12575規定(7.2.2節)達穩定後以每次5分鐘以上的間隔連續測定3次，意即運轉區間達10分鐘(5*2間隔=10分鐘)以上，且該3筆熱平衡值≦允差值時該筆訂為穩態EER，即為當時運轉值。熱平衡百分比的定義如下：(Q_EV+Winput-Q_COND)/Q_COND*100%--------------------式(5)(註：Q_EV為淨冷凍能力，Winput為壓縮機輸入功的能量，Q_COND為冷凝器排至冷卻水中的熱量。)(註：CNS 12575規定(8.1節)此允許誤差百分比適用於冷凍噸、效率與熱平衡值。允許誤差百分比之公式如下：允許誤差=10.5-0.07×%FL+(833.3/(DT_FL×%FL))--------------式(6)

其中：%FL：負載百分比

DT_FL：全載時冰滷水出水及入水水溫之溫度差(。C)上述式(6)之全載溫度差DT_FL，改以各負載溫度差DT代替時，允許誤差計算如式(6-1)，亦為本發明之實施例。

允許誤差=10.5-0.07×%FL+(833.3/(DT×%FL))----------------------式(6-1)

(註：DT：各負載時冰滷水出水及入水水溫之溫度差(℃))

CNS允差法以DT_FL=5.0℃，AHRI允差法以DT_FL=5.6℃=10℉代入式(6)，以及以變動DT代入式(6-1)之計算結果，如下三表七個負載所示。實務上冷凍空調主機很少運轉在負載40%以下狀況，以下表一至表三乃列出說明其計算結果。

變動值法其負載對應之允差取前二表對應計算結果之接近整數值如下表所示，未列於表中之負載則依照內插法計算其允差。

如上表二之全載DT_FL=10℉以三溫度值5.55、5.56、5.6℃代入則會得出不同數值，但均屬本發明之實施。表三接近整數值之小數之進位、不進位或其半值之不同選取，或允差2倍值同樣亦都屬本發明之實施。本發明可依個案運轉的穩定性選擇，例如穩定性佳者區間可選較長之30、40、50、60分鐘，每分鐘一筆，其筆數有31、41、51、61筆，以求得穩態值。一般者可選10分鐘，數字因數為1、2、5，間隔數(筆數)為10(11)、5(6)、2(3)；穩定性再差者可選區間3分鐘，因數為1，間隔數(筆數)為3(4)；最差者可選區間2分鐘，因數為1，間隔數(筆數)為2(3)，都能夠達到計算出穩態值。

另，冷凍空調主機實場運轉的每一筆的各項數值皆會包含積垢值，該積垢值會影響實際的變化趨勢，因此，必須計算出來檢驗節能的成果。該積垢值能夠由冷凝器能力或冷凍空調能力的水流量、水比熱、入水與出水的溫差等求得，即，以如下公式取得實場運轉的積垢值，藉該積垢值能夠直接顯出各冷凍空調主機積垢造成的變化度：Q=m*Cp*△T=UA*△T_LM---------------------------式(4)

Q：冷凝器能力(Q_COND，冷凝器側)或冷凍空調能力(Q_EV，蒸發器側)

m：冷卻水或冰滷水流量 Cp：水的比熱，1kcal/℃-kg

U：總熱傳係數，A：熱傳面積

△T_LM：為對數平均溫差(簡稱LMTD)，計算式如下：△T_LM=(△T₁-△T₂)/(ln△T₁-ln△T₂)----------式(4-1)

COP=Q_EV/kW-----------------------------------------式(4-2)

△T_LM=LMTD=Q_COND/(UA)_COND-----------式(4-3)

△LMTD=Q/(UA)_F-Q/(UA)_C-------------------------式(4-4)

△LMTD=Q_K[1/(UA)_F-1/(UA)_C]-------------------式(4-5)

上式中△T₁=Tcond-T_CWE，△T₂=Tcond-T_CWL，其中Tcond為冷媒冷凝溫度，T_CWE、T_CWL為冷卻水之入水溫度、出水溫度；Q_COND為冷凝器排至冷卻水中的熱量；(UA)_F為積垢後的熱傳值，(UA)_C為乾淨未積垢的熱傳值，故[1/(UA)_F-1/(UA)_C]為一積垢值，△LMTD為該積垢值名稱；相同負載下，即Q=Q_K，Q_K為一常數。

本發明建立動態EER及穩態EER後，再透過數學遞移律比較二個穩態EER來看出EER的變化趨勢，基本上，數學遞移律的應用屬於無誤差的計算，換言之，任一指定日的運轉值均可平行移動與另一指定日相同水溫負載的運轉值或基準值比較，此為該二日的差異值、比值，亦即，以完工日或每年酸洗日之穩態值訂為當年度基準值，以後日期364日之穩態值訂為當天運轉值，將運轉值除以基準值，可得每日、每月、每季、一年的EER降低之趨勢百分比，作為節能改善之指標，所顯示的趨勢降低幅度高於預期，則立即進行改善，此稱為遞移律比較法；或是訂定合約改善幅度、驗證改善結果有否符合預期…等。以每個月1日比較其EER為例，7月1日水溫負載29℃90%的COP運轉值為5.25，平移至8月1日相同溫載點29℃90%的COP運轉值4.95者，將二者相除4.95÷5.28=93.75%得其相比的百分值。根據此項百分值能夠提供評估的基準，即，不但可以求得COP運轉趨勢由100%經一個月降為93.75%，亦可以訂定合約約定積垢控制的標準百分比值，例如合約要求不得低於95%或90%，訂定前者時，節能改善率低於合約；訂定後者時，節能改善率符合合約，如是，藉本發明可以提供使用者訂定節能改善趨勢標準值。

上述實場運轉的冷凍空調主機除了能夠藉本發明計算出穩態EER組_理論，藉以與儲存的冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定，經過換算可得EER組_實際，透過遞移律比較法進行分析比較，更能夠進一步計算實場運轉中冷凍空調主機的能力與耗能，亦即，係將實場運轉中冷凍空調主機的每一筆飽和冷媒氣態與液態的焓值(h₁、h₄)對應冷凍空調主機噸數相除，並以理論值與實際值的差異進行換算，再利用內插法以取得每一筆運轉溫度負載的能力RT_LF與耗能kW_LF，其計算式如下：Q_EV=h₁-h₄------------------------------------式(1-1)

CF₁₀₀=(h₁-h₄)₁₀₀÷RT₁₀₀--------------------------式(1-3)

RT_LF=(h₁-h₄)_LF÷CF_LF----------------------------式(1-4)

kW_LF=Q_EV,LF*kW/RT_LF(Q_EV單位選RT)-------式(1-5)

上述公式中CF₁₀₀、RT₁₀₀值的下標100表示額定負載100%時；RT_LF、CF_LF、kW_LF各為該負載LF之能力、換算係數、耗能。根據第三圖莫里耳線圖上的h₁、h₄對應主機噸數相除，即(h1-h4)₁₀₀÷RT₁₀₀值，可以得到該主機的換算比例，此CF₁₀₀稱為換算係數100。舉例來說：冷凍空調新主機都有出廠資料，其中依CNS 12575的IPLV整合性部分負載100%、75%、50%、25%的RT₁₀₀、RT₇₅、RT₅₀、RT₂₅值(或kCal/h、BTU/h)與莫里耳線圖上對應h₁、h₄的Q_EV 值，依式(1-3)可得四個換算係數CF₁₀₀、CF₇₅、CF₅₀、CF₂₅，意即負載100%外之三個RT值亦比照計算。其中h₁、h₄對應值屬科學理論值，出廠資料屬實際運轉值，故換算係數包含理論值與實際值的差異，為該二者的綜合值。一旦四個換算係數得出之後，再利用內插法可以得到每個運轉溫度負載計算結果的CF_LF，並由式(1-4)得出該負載LF之能力(噸數)RT_LF值，簡言之，由上述計算式即可計算出實場運轉中冷凍空調主機的能力與耗能。

又，本發明為EER驗證分析節能防垢之成效評估功用，倘若既有主機缺乏IPLV整合性部分負載75%、50%、25%的三個RT、kW值，亦即，僅有RT₁₀₀、kW₁₀₀時，則以CF₁₀₀代替CF₇₅、CF₅₀、CF₂₅甚至各負載CF_LF，由於積垢前後相同溫載的能力RT_LF與耗能kW_LF都採相同之CF₁₀₀，故不影響積垢前後能力與耗能的相對百分比。本發明適用範圍可擴大於如是既有主機之節能改善。

再者，由後述計算式中式(1)~式(3)以下標100表示額定負載來說明EER組_理論，且，由後述計算式中式(1-6)的EER組_理論與EER組_實際二者之換算式，僅需將下標100改為實際負載之LF來表示各負載之(COP、EER、kW/RT)_LF,理論即可，換言之，部分負載75%、50%、25%的三個值CF₇₅、CF₅₀、CF₂₅都以同樣換算，其他負載CF_LF則利用內插法計算較為方便，另，後述計算式中式(1-7)右側二值(COP_LF,理論& CF_LF,COP)根據式(1-6)得出就可算出COP_LF,實際。EER組理論與實際二值之二條曲線間相距為換算係數CF_LF,COP倍數。此二者各自同樣以遞移律比較法而比較相同溫載的穩態EER組(運轉值或基準值)來判定積垢程度，該理論與實際二值都採相同之CF_{LF,(COP、EER、kW/RT)}，故EER組理論與實際二值不影響積垢相對百分比的判定，其他負載 (COP、EER、kW/RT)_LF,實際如式(1-7)及式(2)、式(3)而得。如是，本發明適用範圍可擴大於既有主機之節能改善。

COP_100,理論=[(h₁-h₄)/(h₂-h₁)]₁₀₀-------------------------------式(1)

EER_100,理論=0.86*COP_100,理論(EER單位kcal/W-h)-----式(2)

(kW/RT)_100,理論=3.516/COP_100,理論------------------------式(3)

CF_100,COP=COP_100,理論÷COP_100,實際---------------------------式(1-6)

COP_LF,實際=COP_LF,理論÷CF_LF,COP-----------------------------式(1-7)

上述公式中RT₁₀₀、COP₁₀₀、CF₁₀₀的下標₁₀₀表示額定負載100%時之該值；COP_LF,理論與COP_LF,實際為每一筆運轉溫度負載LF之理論與實際COP。

綜上請參閱第四圖，前述由建立冷凍空調循環的原理的莫里耳線圖(Mollier Chart)取得的EER組、耗能、能力之理論值與實際值為二條軸線，相距換算係數CF_LF如前述各計算式；該EER組之動態值為一軸線經過平均值法、熱平衡值法(CNS允差法、AHRI允差法、變動值法)演算得到穩態值為另一軸線，取得穩態的EER即可以進行節能分析比較，如是達科學要求對EER比較才能具意義。

續請參閱第二圖為本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證系統的方塊流程圖，係藉由上述本發明的方法建構於管理平台內，藉該管理平台能夠與電腦或是手持通訊裝置連接傳輸訊息，該管理平台1系統係包括：一記憶體2、一處理器3，以及一傳輸裝置4，其中該記憶體2係儲存冷媒的溫度、壓力與焓值、熵值，及冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定，以及冷凝、蒸發溫度或壓力的飽和冷媒氣態與液態對應焓值、熵值所對應關係的計算式，亦即，該記憶體2儲存冷媒的溫度、壓力與焓值、熵值係以冷凍空調壓縮→冷凝→膨脹→蒸發的循環運作為基準，建立冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和冷媒氣態與液態對應焓值關係，包含壓縮時的熵值焓值、冷凝時氣態變液態等壓等溫的焓值、膨脹時的焓值；以及蒸發時液態變氣態等壓等溫的焓值，及取得實場運轉中動態EER組_理論計算式(即，前述【0020】所揭露計算式)。另，該記憶體2也儲存取得該實場運轉中積垢值的計算式(即，前述【0027】所揭露計算式)。

該處理器3與該記憶體2連接包含：對應單元31及分析比較單元32，該對應單元31包含接收器(未圖示)，該接收器31係接收冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或冷卻水、冰滷水的進口與出口處所設置的溫度；或由人工鍵入冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或冷卻水、冰滷水的進口與出口處溫度；該冷凝、蒸發溫度或壓力與記憶體儲存的溫度、壓力與焓值、熵值對應並經計算式得出冷凍空調主機實場運轉中每一溫度負載的動態EER組後儲存，或是直接輸入動態EER組儲存。該分析比較單元32包含一計算器(未圖示)，包括求得穩態EER組的計算式及取得每一筆運轉溫度負載的耗能率的計算式，其中該求得穩態EER組的計算式能夠演算將該對應單元取得的每一筆動態EER組數值(包含理論值與實際值)中之升載/降載的EER剔除，而求得穩態EER組(即，前述【0021至0026】所揭露各計算式)。該每一筆運轉溫度負載的能力與耗能的計算式係前述【0030至0032】所揭露計算式。透過前述所揭露計算式，可得每一筆運轉溫度負載EER組_實際。該傳輸裝置4具有辨識介面41及顯示介面42，採用有線或無線傳輸例如：藍芽、Wifi或指定的識別名稱，將該動態、穩態EER組及變化趨勢，或是實場運轉中冷凍空調主機的能力，傳輸顯示於電腦5或是手持通訊裝置6。

歸納以上，本發明利用尖端演算科技及資料庫技術，僅需設置二個感測器感測冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力感測器，相較於習知第I327212號專利案所揭露必須設置5個位置的溫度感測器(無法得知穩態數值)，確能夠提高社會接受度，且以實場運轉的冷卻水、冰滷水出水溫代替冷媒的冷凝、蒸發溫度為感測，而擴大使用對象，又能夠因此計算出動態、穩態EER組，並且取得的數值具有相當的準確性，藉以再進一步透過驗證分析技術，能夠快速有效評估積垢改善的節能成效，是以，能夠達到(1)降低人工成本、(2)避免人為計算及查表等錯誤及(3)減少繁複造成討厭的心理障礙，(4)大大提高所建立EER資料符合相關規定，促進節能工作進行，且對EER穩態值及其比較分析等高階技術帶動節能價值。

綜上所述，本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法及其系統，確能達到創作之目的，符合專利要件，惟，以上所述僅為本發明較佳實施例，大凡依據本發明所為之各種修飾與變化，即，根據本發明冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法將其中部分步驟如：儲存程式及計算式在CD或是DVD光碟片或是隨身碟；或是以電腦各種語言、巨集指令、電子裝置APP等等撰寫之程式等，替代本發明的系統；或是以週、季、年替代本發明實施例(日、月)的比較；或是用文字、表格、曲線來表示節能改善前後或依日、週、月、季、年EER組的變化趨勢；或是將主機的運轉模式由自動運轉改為手動操作，將每次間隔5分鐘連續運轉，改為大於或小於5分鐘，來取其中至少3筆的熱平衡值均≦允差值等變化，仍應包含於本專利申請範圍內。

Claims

一種冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，該方法透過電子裝置(包含PLC可程式控制器、HMI人機介面、IO輸出入處理器、Pad平板電腦、電腦...等等)建構冷凍空調主機實場運轉中每一溫度負載的動態EER組(包含理論值與實際值)，並將前述冷凍空調主機實場運轉的每一筆動態EER組數值，採用非特定百分比範圍的計算式，經演算將升載/降載的EER剔除，求得穩態EER組。
根據申請專利範圍第1項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中該非特定百分比範圍的計算式係以平均值法、熱平衡值法的計算式；該平均值法係將指定連續日各溫度負載全部筆數實場運轉之動態EER組以數次運算取得低於10%內範圍之平均值；該熱平衡值法係將指定連續日各溫度負載全部資料實場運轉中之每一筆動態EER組其熱平衡值與每次間隔至少3分鐘連續2次以上均低於10%內範圍。
根據申請專利範圍第2項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中該平均值法的數次運算係將該指定連續日每一溫度負載動態EER組之初次平均之EER，剔除其誤差25%以外的EER後，計算其平均值為第二次EER，再將範圍分別縮小至10%、5%分別為第三、四次EER，該第四次EER即為穩態EER，而依照該選定日訂為基準值或運轉值，並將該基準值與運轉值之原始資料列為穩態資料，而該前三次所剔除的原始資料均列為非穩態資料；其中該熱平衡值計算以每一筆熱平衡值≦允差值(允差法，允許誤差簡稱允差)與每次間隔5分鐘連續2次共3筆均≦允差值訂為穩態，則該筆EER為穩態值。
根據申請專利範圍第1項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中該冷凍空調主機實場運轉的動態EER組建構，採用人工輸入方式或是以感測方式進行，或直接輸入動態EER組儲存；若以人工輸入即在冷凍空調主機之冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或冷卻水、冰滷水的進口與出口處所設置的儀表抄寫其數值後輸入，再得出動態EER組儲存；而若以感測方式即將裝設之感測器所感測的溫度或壓力等與接收器連線得出動態EER組儲存。
根據申請專利範圍第1項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中該冷凍空調主機實場運轉的動態EER組建構，係以冷凍空調循環的運作為基準，建立冷媒冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和氣態與液態之焓值、熵值對應關係，包含壓縮時的熵值焓值、冷凝時氣態變液態的等壓等溫的焓值、膨脹時的焓值；以及蒸發時液態變氣態等壓等溫的焓值；並將冷凍空調主機實場運轉的每一筆數值，例如：冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或其接近溫度之冷卻水、冰滷水出水溫代替冷媒的冷凝、蒸發溫度等，並使該等數值與前述所建立冷媒冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和氣態與液態的焓值、熵值之對應關係相對應，藉以取得每一溫載中飽和氣態與液態所對應的焓值、熵值，而得到動態EER組。
根據申請專利範圍第5項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中實場運轉中冷凍空調主機每一溫度負載的每一筆飽和冷媒氣態與液態的焓值、熵值都可經由計算取得，對於實場運轉中動態EER組_理論計算式如下： COP=(h₁-h₄)/(h₂-h₁)-----------------------------------------式(1) EER=0.86*COP(EER單位kcal/W-h)----------式(2) Q_EV=h₁-h₄-------------------------------------------式(1-1) LF=Q_EV/Q_EV,100*100%--------------------------------式(1-2) kW/RT=3.516/COP-------------------------------式(3) kW=Q_EV*3.516/COP(Q_EV單位選RT)--------------式(3-1)
根據申請專利範圍第5項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中該冷凍空調主機實場運轉的每一筆動態EER組數值包含積垢值，該積垢值能夠由冷凝器能力或冷凍空調能力的水流量、水比熱、入水與出水的溫差等求得，即，以如下公式取得實場運轉的積垢值：Q=m*Cp*△T=UA*△T_LM----------------------------式(4) △T_LM：對數平均溫差(簡稱LMTD)，計算式如下：△T_LM=(△T₁-△T₂)/(ln△T₁-ln△T₂)-----------------式(4-1) COP=Q_EV/kW-------------------------------------式(4-2) △T_LM=LMTD=Q_COND/(UA)_COND----------------式(4-3) △LMTD=Q/(UA)_F-Q/(UA)_C-----------------------式(4-4) △LMTD=Q_K[1/(UA)_F-1/(UA)_C]-------------------式(4-5)
根據申請專利範圍第1或3項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中經非特定百分比範圍的計算求得穩態EER組後，進一步再與儲存的冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定，透過遞移律比較法進行分析比較，能夠進一步計算實場運轉中冷凍空調主機的能力與耗能，亦即，係將實場運轉中冷凍空調主機的每一筆蒸發器飽和冷媒氣態與液態的焓值(h₁、h₄)對應冷凍空調主機噸數相除，並以理論值與實際值的差異進行換算，再利用內插法以取得每一筆運轉溫度負載的能力RT_LF與耗能kW_LF，藉以得知實場運轉中冷凍空調主機的EER變化趨勢，並進一步計算出實場運轉中冷凍空調主機的能力或耗能、EER組_實際之計算式如下：Q_EV=h₁-h₄----------------------------------------式(1-1) CF₁₀₀=(h₁-h₄)₁₀₀÷RT₁₀₀-------------------------------式(1-3) RT_LF=(h₁-h₄)_LF÷CF_LF---------------------------------式(1-4) kW_LF=Q_EV,LF*kW/RT_LF(Q_EV單位選RT)-------式(1-5) CF_100,COP=COP_100,理論÷COP_100,實際--------------------式(1-6) COP_LF,實際=COP_LF,理論÷CF_LF,COP----------------------式(1-7)
根據申請專利範圍第8項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，其中透過遞移律比較法進行分析比較得知實場運轉中冷凍空調主機的EER變化趨勢，係指藉數學遞移律無誤差的計算，以完工日或每年酸洗日(無積垢狀態)所建立之穩態EER值訂為當年度基準值，再以之後364日每日穩態值訂為當天運轉值，將運轉值除以基準值，可得每日、每月、每季、一年的EER降低之趨勢百分比，作為節能改善之指標；所顯示的趨勢降低幅度高於預期，則立即進行改善。
一種冷凍空調主機效率的智能量測驗證系統，係於管理平台內與各類型電腦、電子裝置或是手持通訊裝置連接，建構冷凍空調主機實場運轉中每一溫度負載的動態與穩態EER組(包含理論值與實際值)、其比較及主機能力、耗能與積垢值；該系統係包括：至少一記憶體及一處理器，其中：該記憶體至少儲存冷媒的溫度、壓力與焓值、熵值，及冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定；該處理器與該記憶體連接至少包含：對應單元與分析比較單元，該對應單元包含接收器，該接收器係接收冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或冷卻水、冰滷水的進口與出口處所設置的溫度；或由人工鍵入冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或冷卻水、冰滷水的進口與出口處溫度；該冷凝、蒸發溫度或壓力與記憶體儲存的溫度、壓力與焓值、熵值對應並經計算式得出冷凍空調主機實場運轉中每一溫度負載的動態EER組後儲存，或是直接輸入動態EER組儲存；該分析比較單元再將動態EER組中之升載/降載的資料剔除，而求得穩態EER組；然後互相比較動態與穩態EER組及求得主機能力、耗能與積垢值。
根據申請專利範圍第10項所述冷凍空調主機效率的智能量測驗證系統，其中該動態EER組中之升載/降載的資料剔除，而求得穩態EER組係透過採用非特定百分比範圍的計算式，即係以平均值法、熱平衡值法的計算式；該平均值法係將指定連續日各溫度負載全部筆數實場運轉之動態EER組以數次運算取得低於10%內範圍之平均值；或是以平均值法的數次運算係將該指定連續日每一溫度負載動態EER組之初次平均之EER，剔除其誤差25%以外的EER後，計算其平均值為第二次EER，再將範圍分別縮小至10%、5%分別為第三、四次EER，該第四次EER即為穩態EER；該熱平衡值法係將指定連續日各溫度負載全部資料實場運轉中之每一筆動態EER組其熱平衡值與每次間隔至少3分鐘連續2次以上均低於10%內範圍；或是將該熱平衡值計算以每次間隔至少3分鐘連續2次以上每一筆熱平衡值均≦允差值(允差法，允許誤差簡稱允差)訂為穩態，則確定該筆EER為穩態值；而依照該選定日穩態EER組訂為基準值或運轉值，並將該基準值與運轉值之原始資料列為穩態資料，而該前所剔除的原始資料均列為非穩態資料；該與焓值、熵值對應並經計算式得出動態EER組，該對應關係的計算式係將冷凍空調主機實場運轉中每一溫度負載的各項數值，例如：冷媒的冷凝、蒸發溫度、或其接近溫度之冷卻水、冰滷水出水溫，藉以與該記憶體所儲存的冷媒的溫度、壓力與焓值、熵值，及冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定取得其對應焓值(h₁至h₄)，再透過該記憶體所儲存的如下計算式換算取得實場運轉中動態EER組_理論：COP=(h₁-h₄)/(h₂-h₁)-----------------------------------------式(1) EER=0.86*COP(EER單位kcal/W-h)----------式(2) Q_EV=h₁-h₄-------------------------------------------式(1-1) LF=Q_EV/Q_EV,100*100%--------------------------------式(1-2) kW/RT=3.516/COP--------------------------------式(3) kW=Q_EV*3.516/COP(Q_EV單位選RT)---------------式(3-1)該計算器進一步內建取得每一筆運轉溫度負載的耗能率的計算式，該計算式係將實場運轉中冷凍空調主機的每一筆飽和冷媒氣態與液態的焓值(h₁、h₄)對應冷凍空調主機噸數相除，並以理論值與實際值的差異進行換算，再利用內插法以取得每一筆運轉溫度負載的能力_實際、耗能_實際，其計算式如下：Q_EV=h₁-h₄-----------------------------------式(1-1) CF₁₀₀=(h₁-h₄)₁₀₀÷RT₁₀₀--------------------------式(1-3) RT_LF=(h₁-h₄)_LF÷CF_LF----------------------------式(1-4) kW_LF=Q_EV,LF*kW/RT_LF(Q_EV單位選RT)-----式(1-5)該冷凍空調主機實場運轉的每一筆的各項數值所包含積垢值能夠由冷凝器能力或冷凍空調能力的水流量、水比熱、入水與出水的溫差等求得，同樣於該記憶體儲存計算式，再透過該計算器換算取得，即，由如下計算式取得該實場運轉的積垢值：Q=m*Cp*△T=UA*△T_LM----------------------------式(4)△T_LM：對數平均溫差(簡稱LMTD)，計算式如下：△T_LM=(△T₁-△T₂)/(ln△T₁-ln△T₂)-----------------式(4-1) COP=Q_EV/kW-------------------------------------式(4-2) △T_LM=LMTD=Q_COND/(UA)_COND----------------式(4-3) △LMTD=Q/(UA)_F-Q/(UA)_C----------------------式(4-4) △LMTD=Q_K[1/(UA)_F-1/(UA)_C]-------------------式(4-5)
一種冷凍空調主機效率的智能量測驗證方法，該方法透過電子裝置(包含PLC可程式控制器、HMI人機介面、IO輸出入處理器、Pad平板電腦、電腦...等等)內建儲存冷媒的溫度、壓力與焓值、熵值與冷凍空調主機的額定能力、額定電流或耗能、耗能率的資料庫，並將冷凍空調主機實場運轉的冷凝、蒸發溫度或壓力輸入取得動態EER組，該方法係包括如下步驟：儲存冷媒的溫度、壓力與焓值、熵值，及冷凍空調主機的額定能力、EER組_額定；以冷凍空調循環的運作為基準，建立冷媒冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和氣態與液態之焓值、熵值對應關係，包含壓縮時的熵值焓值、冷凝時氣態變液態的等壓等溫的焓值、膨脹時的焓值；以及蒸發時液態變氣態等壓等溫的焓值；輸入冷凍空調主機實場運轉中每一溫度負載的每一筆數值，例如：冷媒的冷凝、蒸發溫度或壓力，或其接近溫度之冷卻水、冰滷水出水溫代替冷媒的冷凝、蒸發溫度，並使該等數值與前述所建立冷媒冷凝、蒸發溫度與壓力的飽和氣態與液態之焓值、熵值對應關係相對應，藉以取得每一溫載中飽和氣態與液態所對應的焓值、熵值；以及將前述所取得的焓值、熵值經計算得到動態EER組。