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高效率「省能展示櫃」技術開發

2006/07/05 經濟部能源局 點閱人次: 413

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█撰文:謝文德、謝燕廷

本文介紹「密閉型後補式展示櫃」除霧設計之改良式產品,並引入具省能與經濟效益之變頻技術,使便利商店呈現整體性之高效率省能冷藏設備,提升省能效率20~30%之間,以全台已超過8,000家之便利商店,在冷凍空調系統將產生相當可觀之節能效益。

在高能源價格及微利時代來臨,省能成為業者重要決策之一,因此各家便利商店都積極尋求各種符合經濟效益之省能設備與技術,以節省公司營運成本。國內便利商店中冷凍冷藏設備以開放式展示櫃及密閉型後補式展示櫃為主,雖然近幾年開放型後補式展示櫃已逐漸嶄露頭角,但大部分便利商店仍以密閉型後補式展示櫃為主。

便利商店常見之4門或5門後補式展示櫃(有時會有1門冷凍櫃),其大多用來冷藏飲料,其冷藏的溫度條件為4~5℃,而最主要功能是用來降溫與冷藏飲料與食品。由於密閉型後補式展示櫃為具玻璃門的冷藏冷凍設備,由於設備內外之溫溼度差異,使得玻璃門上常會有結霧(或稱結露)現象產生;此現象產生的程度,尤其會因為各種外在因素的變化而有所不同,例如:玻璃門開關之頻繁程度、氣候之變化(晴雨及冷熱)等等,一旦玻璃門起霧將影響消費者之購買慾望,而為了解決此一問題,此類設備通常皆附有除霧裝置。然而一般除霧裝置之加熱器均為全天候開啟,其占總耗能比例極高,屬於相當耗電之設計方式。因此國內外對於展示櫃之玻璃除霧裝置均有許多省能方式,然而其省能效果十分有限,截至目前國內具有玻璃之展示櫃除霧電熱仍為24小時開啟。

智慧型的防霧控制裝置

工研院能環所研究小組進行由原型展示櫃進行系統測試,以瞭解櫃內溫度與系統耗能情形,經24小時長期測試結果發現,櫃內(前倉)溫度均能維持在5℃以內,而各系統元件之耗能比例,除霧電熱與壓縮機分別占總耗能之40%與30%,其中除霧電熱耗能所占比例更高於壓縮機之耗能,因此本文乃以「密閉型後補式展示櫃」之除霧與變頻省能技術開發為主要目的。

工研院能環所開發之智慧型的防霧控制裝置,利用電容式濕度偵測器偵測玻璃門及箱體上的霧氣,再將訊號送至微處理器與預先所設定的結露頻率,除霧終止頻率進行運算比較。適時地控制除霧電熱的啟閉來達到省電的效果,經實際測試平均省能效率可高達70%以上。此除霧裝置之濕度偵測器為純金電鍍製作,不會氧化及失去光澤,準確性高且耐用性佳。省電率的計算方法,是以除霧線的通電時間為基準來計算,因此在測試時,除霧裝置有另一組線可直接外接測試記錄器,以量測實際的電力使用量。安裝的位置可直接固定於線槽內,濕度偵測器則粘貼於門邊即可。根據不同除霧電熱控制方式之耗能情形,以溫度及溼度控制之省能效率分別30%及70%,總耗能則節省15%及33%。

變頻省能技術開發

由於目前便利商店大部分均採用定速冷凍機系統,然而在考量省能及高鮮度管理,能夠追蹤整年間負荷變動之「變頻式冷凍機」漸漸備受矚目。一般系統控制器係收集變頻式冷凍機之運轉資訊(壓縮機吸入壓力、壓縮機轉速等)和冷藏櫃之運轉資訊(電磁閥ON╱OFF資訊等),進行全控制運算後,再將信號傳送至變頻式冷凍機進行輸出壓力設定值之調變動作。目前市面上變頻式產品仍為國外產品為主,且價格頗高,研究小組基於開發適合本土冷凍冷藏變頻技術(考量性能與價格成本),並將國內商用冷凍展示櫃之性能更加提升至國際標準之上。

因此,工研院則將已自行開發且成功應用於便利商店之變頻控制技術,整合至高馬力數之後補式4門冷藏櫃。現階段採較簡易與少段之頻率切換控制策略,主要強調產品之穩定性與價格便宜,以符合業者需求為主。主要測試方式是當展示櫃負載降溫至設定溫度5℃以下時則切換成低頻率運轉,以達到省能效果,其中以24小時定頻60Hz運轉之耗電量測試結果為基準(即原系統),再進行不同壓縮機頻率試驗,分別降頻至50Hz及40Hz運轉(若再降至30Hz以下會產生回油與震動問題)。其中40Hz之壓縮機省能效率為20%,但由於除霧電熱之耗能過大,使得壓縮機之節能效益僅達整體能源之5%。若變頻展示櫃再增加除霧控制裝置於40Hz運轉時,則整體節能效益將可提升至30%以上,此時壓縮機省能效率則同時提升為10%左右。

結論與建議

根據研究之測試結果發現,將除霧與變頻技術整合至密閉型後補式展示櫃其省能效率可提升至30%以上,其中除霧裝置的確可經適當設計而達到20%以上之整體省能效率,顯見密閉型展示櫃之省能改善應以除霧裝置改善為首要工作,並進行推廣應用。而變頻技術對於密閉型展示櫃似乎效益並不明顯(約5%左右),由於實驗期間並未對開門負載進行實際測試,若當負載增加時變頻省能技術應能發揮其省能效益,以目前所推廣之3呎開放式展示櫃均維持20%之情況推斷,相信未來將變頻技術用於開放型後補式展示櫃之省能效率將會有明顯的提升。(作者任職於工研院能環所)


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