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2020年6月号

楼宇全生命周期智慧优化及诊断技术

降低多达四成中央空调耗电量


节约能源可以节省金钱,也是环境保护极为重要的一环。目前,全球超过六成电能都是通过燃烧煤或石油等不可再生化石燃料产生的[1] ,过程中会排放各类有害气体和温室气体。在香港,楼宇用电约佔全港九成的总用电量,当中工商楼宇超过一半用于中央空调系统。可是,部分中央空调的问题,如设计、运作、控制系统过时或存有缺陷,以至维修不当等,都会导致能源效益偏低,令大量电力被浪费。为了提升工商楼宇的整体能源效益,屋宇设备工程学系王盛卫教授率领小组研究全面优化中央空调系统的策略,从而提升节能成效,并通过顾问服务为各类建筑制定中央空调优化方案,有效节省多达四成的电力。

全生命周期优化策略

王教授的团队采用全方位策略来改良中央空调的节能表现,开发出一套全生命周期优化策略,从设计、施工到运行等各阶段进行全面审核,以确保空调系统有最佳的表现。他指出:「在设计阶段,我们会先选择最合适的节能技术,然后利用电脑模拟技术预测可能出现的空调负荷及运行状况,以及其概率分佈,同时与不同的楼宇设备系统进行集成和整合,务求获得以最少的电力消耗来满足空调需求的最高机率。」

自适应调试

而在施工阶段,王教授采用了崭新的「自适应调试」概念。传统上,设计中央空调系统一般会根据预设的特定状况或平衡点来调节系统的设计,但实际的系统特性可能会与设计有很大的出入。因此,王教授在构思系统设计的运行方案时,特意包含多个选项,以增加系统的弹性。他解释:「举例说,我们可选择不在两个冷却塔中各安装一个达到所需最大容量的水泵,而安装三个容量较小、加起来总容量一样的水泵。这样,我们就能按实际需要决定启动多少水泵,譬如在水环路水力阻力低时只开动两个小水泵来节约用电。」

故障诊断

至于在运行阶段,团队则会检视各个系统的不同操作模式如何影响电耗,从而用较少能耗满足相同的空调要求。此阶段另一个重点是故障诊断。王教授解释:「中央空调的组件用久了或会有毛病,导致效能下降,需要随时清理或微调。因此,我们必须建立一个机制来监测系统性能,以找出并尽快消除故障。」

信息量超丰富的新式建筑每天经物联网传感器和楼宇自动化系统收集海量数据。假如优化的对象是此类大厦,王教授会利用大数据分析侦测问题所在;但即使在信息匮乏的旧式大厦,团队仍可在建筑层面深度分析系统的用电表现,然后找出电力浪费的症结。

节约多达四成用电

团队通过理大的顾问服务为各类型建筑制定中央空调优化方案,曾为地下设施、工厂、酒店、商用综合大楼等节省一成半至四成用电,成绩令人鼓舞。以香港的一栋高层商用综合楼宇为例,团队的优化及持续校验工作为其每年节约超过一千万度电,省下逾一千万元电费。

王教授说:「在香港,用电大户的电费不单取决于总用电量,也与最高用电负荷有关。用户若能每月在自己用电最高峰期的三至五个小时内,把自己的用电负荷调低一、两成,即可把电费降低百分之三至五。我们甚至利用储存在建筑中的冷量减少空调负荷,在用电高峰期短暂关闭部分空调主机,在毋须牺牲使用者舒适度的情况下达到省电效果,既可节省金钱,亦有助稳定电网,可谓一举两得。」

 

[1] BP Statistical Review of World Energy. 2019. 擷取自 https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2019-full-report.pdf

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