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節能減碳—商用冷藏櫃氣簾控制省能技術

2008/12/05 經濟部能源局 點閱人次: 426

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▓撰文:謝文德、鍾弘道、謝燕廷

依經濟部能源局2007年能源統計,台灣商業部門電力消費量22,396百萬度,約占總電力消費量229,191百萬度電之9.8%。在過去10年所有部門中,以商業部門用電成長28%,其中便利商店為零售業中僅次於百貨業之產業,營業額居第2,而2006年甚至有超前的情況,顯現便利商店產業日益蓬勃。然而如何降低便利商店之整體耗能卻也成為業者迫在眉睫的首要工作,加上近來國內油電價格持續上漲的趨勢,因此節能技術開發更顯得重要。

以一般便利商店而言,國內自營及集團連鎖便利商店已超過8,000家,年耗電量約17億度,其中冷凍空調年耗電量約11億度。國內便利商店之冷凍冷藏設備包括開放式展示櫃及密閉型後補式展示櫃,其中開放式展示櫃已是便利商店之主要冷藏設備,占整體耗能約30~35%(由於變頻空調機的使用),雖然其耗能較有玻璃之展示櫃增加50%耗能。然而由於開放式冷藏展示櫃提供極佳的產品展示效果和易於消費者拿取產品的便利性,因此近年來便利商店中,開放式冷藏展示櫃有逐漸增加趨勢。不同於密閉型展示櫃以防霧玻璃門為主要遮蔽屏障,開放式展示櫃則是以單一或多重氣簾做為櫃內與周圍外氣之屏障,但由於不規則氣流,而產生外氣捲入,進而造成展示櫃的溫度升高與耗能增加。

風速控制裝置

本文將工研院自行開發之氣簾風速控制裝置分別安裝於二台開放式單╱雙氣簾展示櫃,進行省能效益之探討。並藉由各項實驗,以定量與定性方式加強開放式展示櫃氣流之觀察與量測分析,尋找較佳之省能設計,提供國內零售業界開發節能商用冷凍設備之參考。

圖1為工研院自行開發之風速控制裝置,目前無論國內或國外展示櫃冷凝器與蒸發器風扇,輸入電壓後均為固定轉速,但其產生之出風風速,未必為最佳之省能設計,因此藉由該風速控制裝置可針對各式展示櫃尋找較佳之風速設計。由圖2a為單氣簾於氣簾風速0.9m╱s時之煙流情形,整體表現不錯,洩漏情形並不嚴重。為能與雙氣簾之性能進行比較,研究採用同品牌之雙氣簾展示櫃,同時於標準環控室內進行實驗分析並尋找較佳氣簾風速設計,明顯發現由於剪切流作用,造成外噴流風速隨內氣簾增加而有增加趨勢,同時由煙流流動現象可見氣流之複雜度的確較單氣簾高出許多(如圖2b所示)。

圖3為單╱雙氣簾展示櫃在標準環控條件(25℃及60%RH)與不同氣簾風速下之耗能量測結果。由圖3a可發現單氣簾展示櫃當風速調整為0.9m╱s時,其省能效率可較一般設計1.3m╱s節省10%以上,由壓縮機之負載即可觀察其差異性,與侵入負載有相當的關係。於雙氣簾展示櫃實驗時發現,當外氣簾風速調整為0.6m╱s時,櫃內溫度卻一直無法達到設定溫度,經背板視窗察覺蒸發器已產生嚴重結霜現象,由於出風溫度隨時保持低溫,以致於影響壓縮機之運轉。雖然其單日耗電最低(見圖3b),但實際上展示櫃內之溫度並無法降至低溫狀態。

省能效率已與日系展示櫃相當

因此由此更足以證明氣簾風速過低,將使得侵入負載增加,影響整體開放式展示櫃之正常運轉效能。當風速調整為1.0m╱s時,展示櫃整體節能效益提升15%左右。而當風速調整為1.2~1.5m╱s時,雖然有較強之氣簾風速,但同時捲入的外氣亦較多,造成負載增加且耗能,此與單氣簾之實驗結果一致,並證實當風速愈強對於展示櫃之省能效果未必有利。至於目前國內便利商店使用之日系展示櫃,其測試結果耗能較原型機減少15%,由各項元件之耗能比較發現,以壓縮機及日光燈節能效益比例最大,然而值得注意的是,日系展示櫃採用三相壓縮機與高效率日光燈,而原型機在經由風速控制裝置調整內氣簾至1.0m╱s時,其整體省能效率已與日系展示櫃相當。

該研究藉由自行開發之單╱雙氣簾風速控制裝置,探討開放式展示櫃氣簾最佳省能設計,由結果顯示當雙氣簾展示櫃若能有較佳之氣簾設計,則省能效率的確較單氣簾展示櫃為高(約15%)。但是若設計不佳,則有可能反而較單氣簾展示櫃更為耗能,則對業者而言將造成投資與運轉成本之損失。由於環境與冷藏櫃內冷熱氣流間複雜之相互作用,因此多氣簾展示櫃在氣簾設計方面,必須比單氣簾展示櫃更加謹慎,才能真正展現其優異之省能效果。(作者任職於工研院能環所)


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