冰水机经验模式应用於性能评价之研究.docVIP

離心式冰水機性能經驗模式之評估 呂宛蓁一、前言 對於不同形式與用途的建築物，在滿足舒適環境要求條件之前提下，中央空調系統的設計有多種不同的規劃選擇。能夠兼具設備與系統整體節能的考量，在最後設計定案之前進行設備與系統整合建築物能源分析。為了能夠進行較精確之建築物能源分析，需要先建立各耗能設備在不同操作條件下之耗能經驗模式。在諸多耗能設備中，針對空調冰水系統進行能耗分析，得知冰水機組設備耗能比例高，分析較為複雜，且影響的參數較多，因此冰水機組耗能分析結果，將影響整體系統耗能評估的準確性，也因此發展可靠度與準確性較高之冰水機性能經驗模式的相關研究，就成為近年來許多學者投入研究的重要課題之ㄧ。 最常用來作為評估冰水機運轉性能的指標為性能係數 (coefficient of performance, COP)，其定義如下： (1) 在現場機組測試時，一般而言水側數據較冷媒側數據容易取到，因此將冰水機性能係數表達成水側數據的函數，所以現今大多數的學者均偏重於採用水側參數來發展冰水機的耗能經驗模式。影響冰水機性能或耗能的水側主要參數有:冷卻水入出水溫度及流量()、冰水入出水溫度及流量()、以及卸載百分比()等，如圖1所示。因此，冰水機的耗能模式可以表達成下列的函數形式： (2) 冰水機性能預測經驗模式分為黑盒模式(black-box model)及灰盒模式(gray-box model)。黑盒模式純粹利用數學觀念將冰水機性能表達成多項式形式，其多項式之擬合係數將利用實驗數據迴歸得知，建立出系統耗能的關係式(Yik and Lam 1998; Swider et al. 2001; Hydeman et al. 2002; Reddy and Andersen 2002)。灰盒模式主要是將相關物理定律，忽略影響較小的參數，經由公式推導，進而得到可描述冰水機性能的關係式(Gordon et al. 1994; Ng et al. 1996; Lee 2004)。 有關現有冰水機經驗模式預測之研究，已有許多學者提出。其某些研究重心在於發展自有經驗模式，而某些則針對數種經驗模式特性進行比較。然而，綜合比較現有具代表性的冰水機經驗模式，且針對理想經驗模式特點之研究甚為缺乏。因此，本研究的目的整理歸納文獻中較具代表性之冰水機性能經驗模式，並藉由不同類型冰水機運轉測試數據，檢驗各種冰水機性能經驗模式之適用性。本文利用不同運轉特性冰水機測試之425筆數據，針對六種較具代表性之冰水機經驗模式(包含三個黑盒及三個灰盒模式) 進行檢驗。 二、經驗模式 (a)預測精確度在 CVRMSE= 3~5%。(b)可適用於不同冰水機類型。(c)回歸函數之多項係數容易求解。(d)讓操作人員容易了解與使用。因此，本研究由文獻中列舉出六種具代表性之冰水機性能經驗模式加以進行討論，主要的模式包含簡單線性回歸模式(Model-1)、雙二次回歸模式(Model-2)、複變數多項式回歸模式(Model-3)、Gordon-Ng通用冰水機熱力學模式(Model-4)、Lee冰水機簡化熱力學模式(Model-5)與Gordon-Ng冰水機簡化熱力學模式(Model-6)。 Model-1：簡單線性回歸模式(simple linear regression model)為黑盒模式，包含三個自變數與三個多項係數COP之關係並非呈線性，此模式將非線性部分視為損失或誤差。 (3) Model-2：雙二次回歸模式(bi-quadratic regression model)為黑盒模式，包含兩個自變數與九項多項係數。 (4) Model-3：複變數多項式回歸模式(multivariate polynomial regression model)為黑盒模式，包含三個自變數與十項多項係數。DOE軟體上被應用。 (5) Model-4：Gordon-Ng通用冰水機熱力學模式(Gordon-Ng universal model)為灰盒模式，包含三個自變數與三項多項係數，其多項係數具有物理意義。基本假設為(a)穩態(b)定流率c)Tc、Tw、能量傳遞與商增為過程的平均值 (6) 其中多項係數, , Model-5：Lee冰水機簡化熱力模式(Lee simplified model)為灰盒模式，包含三個自變數與三項多項係數，其多項係數具有物理意義。 (11) 其中多項係數, , Model-6：Gordon-Ng冰水機簡化熱力學模式(Gordon-Ng simplified model)為灰盒模式，包含三個自變數與三項多項係數，且為ASHRAE Guideline 14所建議之模型。 (12) 多項係數，， 三. 冰水機驗證數據介紹 本研究之冰水模式驗證數據中包含廠測