KAJIAN TENAGA KJ 7/2010 KAJIAN PENANDA ARAS KECEKAPAN SISTEM BAGI SISTEM PENYAMAN UDARA Seksyen Pembangunan Kepakaran Cawangan Kejuruteraan Mekanikal Ibu Pejabat JKR Malaysia UNIT KECEKAPAN TENAGA DAN TENAGA LESTARI ID CKM.BPK.EE/KJ/10/07 VERSI 00 TARIKH
22
Embed
Kajian penanda aras kecekapan sistem bagi sistem penyaman udara
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
KAJIAN TENAGA
KJ 7/2010
KAJIAN PENANDA ARAS KECEKAPAN SISTEM BAGI SISTEM PENYAMAN UDARA
Seksyen Pembangunan Kepakaran Cawangan Kejuruteraan Mekanikal
Sementara itu, kecekapan pengudaraan bagi sistem ACPU adalah yang paling cekap
iaitu 0.08 kW/RT. Manakala untuk fungsi heat rejection, sistem ACCH mempunyai
kecekapan yang paling baik iaitu 0.26 kW/RT. Komponen heat rejection mempunyai
kecekapan yang lebih tinggi melalui perbandingan dalam Jadual 2 berbanding fungsi
lain iaitu pengudaraan dan penyediaan penyejukan.
Secara keseluruhannya, sistem penyaman udara WCPU mempunyai kecekapan sistem
yang paling baik iaitu 1.15 kW/RT, diikuti dengan sistem WCCH iaitu 1.19 kW/RT, 1.27 kW/RT bagi sistem ACPU dan 1.79 kW/RT bagi sistem ACCH. Kecekapan ini
dipengaruhi oleh reaksi operasi sistem penyaman udara terhadap elemen rekabentuk
sistem-sistem tersebut seperti penentuan kapasiti sistem, pemilihan komponen
penyaman udara, konsep rekabentuk dan sebagainya.
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 3 Bagi Sistem Penyaman Udara
1.0 PENGENALAN Di anggarkan kira – kira 60% hingga 70% penggunaan tenaga bagi sesebuah bangunan
adalah melalui sistem penyaman udara. Sistem penyaman udara adalah yang terpenting
bagi bangunan di Malaysia memandangkan cuaca di negara ini yang hanya mempunyai
suhu dan kelembapan yang tinggi sepanjang tahun. Oleh itu, penggunaan tenaga bagi
sistem penyaman udara dalam sesebuah bangunan akan memberi implikasi yang besar
ke atas penggunaan tenaga keseluruhan bangunan.
Kecekapan sistem penyaman udara (coefficient of performance – COP) adalah
merupakan parameter yang penting bagi menentukan jumlah penggunaan tenaga bagi
sesuatu bangunan. COP sistem penyaman udara ialah nisbah penyejukkan (cooling)
yang dihasilkan oleh sistem penyaman udara tersebut kepada jumlah kuasa elektrik
(input power) yang diperlukan oleh setiap komponen sistem penyaman udara itu bagi
menghasilkan kadar penyejukkan tersebut. COP yang tinggi membawa maksud
kecekapan sistem penyaman udara tersebut adalah lebih baik manakala COP yang
rendah membawa maksud sebaliknya.
Selain daripada itu, kajian ini juga merangkumi kepada penilaian kecekapan komponen
dan sistem penyaman udara (kW/RT) untuk dibuat perbandingan antara sistem-sistem
berkenaan. Aspek rekabentuk yang mempengaruhi kecekapan sistem dan komponen
penyaman udara juga dinilai untuk menentukan signifikan rekabentuk tersebut ke atas
kecekapan penyaman udara.
Dalam kajian ini, penelitian ke atas parameter tersebut (COP dan kW/RT) akan dinilai
bagi sistem penyaman udara untuk menentukan nilai penanda aras bagi kecekapan
sesuatu jenis sistem penyaman udara. Ia juga akan menerangkan secara kuantitatif
mengenai kecekapan tenaga bagi setiap jenis sistem penyaman udara.
2.0 OBJEKTIF Di antara objektif kajian ini ialah:
1. Mengenalpasti nilai COP bagi pelbagai jenis sistem penyaman udara untuk
menentukan nilai penanda aras.
2. Mengenalpasti nilai kecekapan kW/RT bagi pelbagai jenis sistem penyaman
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 4 Bagi Sistem Penyaman Udara
udara untuk menentukan nilai penanda aras.
3.0 SKOP KAJIAN Kajian ini tertumpu kepada penentuan nilai kecekapan pengoperasian setiap sistem
penyaman udara secara kuantitatif. Prestasi kecekapan bagi sesuatu sistem penyaman
udara dapat dikenalpasti menerusi COP dan nilai kW/RT bagi komponen penyaman
udara.
Dalam kajian ini, penentuan nilai kecekapan prestasi sistem penyaman udara
difokuskan kepada beberapa sistem penyaman udara yang biasa digunakan di
bangunan-bangunan kerajaan. Sistem penyaman udara yang akan diberi perhatian
dalam kajian ini adalah dinyatakan seperti berikut:
i. Air Cooled Package Unit
ii. Water Cooled Package Unit
iii. Air Cooled Chiller
iv. Water Cooled Chiller
Bagi setiap sistem di atas, kajian ini hanya melibatkan penggunaan sistem penyaman
udara statik di mana ia tertumpu kepada penggunaan sistem Constant Air Volume dan
Constant Speed Chilled Water Pump. Kedua-dua sistem ini beroperasi secara tetap dan
tidak beroperasi mengikut keperluan semasa (current demand based).
4.0 METHODOLOGY
Kajian ini akan menggunakan kaedah sampling dalam pengambilan dan pemprosesan
data sebelum nilai COP dan kW/RT dapat ditentukan. Kaedah sampling ini akan
menjadikan data yang diperolehi lebih tepat dalam membuat penanda aras bagi setiap
sistem penyaman udara yang terlibat. Sebanyak 6 buah sistem penyaman udara jenis
WCPU dan WCCH, 2 buah sistem untuk penyaman udara jenis ACCH dan sebuah
sistem penyaman udara ACPU akan diperiksa dan diambil data untuk dibuat penilaian.
Oleh itu, cadangan jumlah keseluruhan sebanyak 15 unit sistem penyaman udara akan
terlibat dalam kajian ini untuk menentukan nilai COP dan kW/RT penanda aras bagi
sistem penyaman udara tersebut. Pengambilan data secara terperinci bagi setiap
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 5 Bagi Sistem Penyaman Udara
komponen sistem penyaman udara akan dilakukan secara field measurement samada
melalui kaedah logging ataupun pengambilan bacaan secara manual dilakukan
sebanyak 3 hari bagi setiap bangunan.
Bagi parameter yang terlibat, data akan diambil setiap jam seperti suhu oncoil dan offcoil,
kadar aliran udara, penggunaan kuasa dan sebagainya untuk membuat penilaian
kecekapan prestasi COP dan kW/RT. Bacaan ini akan diambil mengikut jam dan nilai
kecekapan tersebut ditentukan secara purata keseluruhan nilai tersebut.
Formula :-
Coefficient of Performance (COP) = Refrigeration load (kWr) Electrical power input to the system (kWe)
Efficiency kW/RT = Electrical input (kW)
Refrigeration load (RT)
5.0 PROSES KAJIAN
Kajian ini akan melibatkan beberapa proses dalam mengenalpasti nilai COP dan nilai
kW/RT komponen untuk menentukan penanda aras bagi pelbagai jenis sistem
penyaman udara. Proses–proses kerja ini dapat dirumuskan seperti dalam Carta 1.
Kajian ini dimulai dengan proses penyediaan pelan kajian. Skop kerja dan proses kerja
kajian ditentukan bagi menepati kehendak objektif. Kemudian, penyenaraian pendek
bangunan dan sistem penyaman udara dikenalpasti dalam menentukan penanda aras
bagi setiap sistem penyaman udara untuk memastikan kajian meliputi pelbagai keadaan.
Kerja–kerja pengumpulan data dimulakan dengan mendapatkan desktop data bagi
sistem penyaman udara untuk bangunan–bangunan yang terlibat. Pengambilan data
terperinci dilakukan dengan memeriksa setiap komponen sistem penyaman udara dan
cara kawalan pengoperasian sistem tersebut. Data–data yang diperolehi kemudiannya
diproses untuk dibuat penganalisaan bagi menentukan ketepatan data sebelum
penilaian kecekapan sistem penyaman udara tersebut ditentukan. Penanda aras bagi
setiap sistem penyaman udara hanya akan ditentukan apabila kecekapan setiap sistem
tersebut telah dikenalpasti.
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 6 Bagi Sistem Penyaman Udara
Kajian ini akan dirumuskan dengan menyatakan kecekapan setiap sistem penyaman
udara melalui nilai COP dan kW/RT komponen serta penanda aras kecekapan bagi
setiap sistem penyaman udara sebelum sistem tersebut direkabentuk.
Carta 1: Carta alir proses kerja kajian penanda aras kecekapan sistem bagi sistem
penyaman udara
Penyediaan pelan kajian (perancangan kerja, objektif, proses
dan skop kajian)
Penyenaraian pendek sistem penyaman udara dan bangunan
Pengumpulan desktop data dan pengambilan data terperinci
Pemprosesan dan penganalisaan data
Kesimpulan dan laporan kajian (output : Sistem COP & kW/RT &
penanda aras)
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 7 Bagi Sistem Penyaman Udara
6.0 PERBINCANGAN & PENGANALISAAN DATA Pengumpulan data bagi setiap sistem penyaman udara dilakukan dengan mengambil
bacaan penggunaan kuasa dan tenaga bagi setiap komponen berkenaan. Selain itu,
pengumpulan data thermal turut direkodkan bagi menentukan beban penyejukan yang
dihasilkan melalui pengambilan bacaan suhu oncoil dan offcoil serta kadar aliran udara
pada unit tersebut.
Pengiraan kecekapan (COP dan kW/RT) dilakukan melalui data-data berkenaan dan
keputusan bagi pengiraan tersebut dinyatakan di bawah dengan diklasifikasikan
mengikut sistem penyaman udara berkenaan.
6.1 Water Cooled Chiller
Dalam sistem ini, enam (6) buah sistem terlibat untuk dinilai bagi mendapatkan data
yang diperlukan seterusnya membuat penilaian ke atas kecekapan sistem-sistem
berkenaan. Sistem-sistem ini mempunyai kapasiti yang berbeza dengan kesemuanya
melebihi 300 RT.
Coefficient of Performance
Melalui pengiraan data yang direkodkan, Graf 1 menunjukkan COP bagi chiller ke atas
enam (6) buah sistem yang terlibat.
Coefficient of Performance (COP)
6.1
4.0
5.6 5.95.2 5.3
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
55.5
66.5
WPK JKMPP WPAB Blok F BPPP BPT
Bangunan
Coef
ficie
nt o
f Per
form
ance
(C
OP
)
Graf 1: Coefficient of Performance bagi sistem Water Cooled Chiller
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 8 Bagi Sistem Penyaman Udara
Bacaan COP yang dicatatkan oleh sistem penyaman udara yang dipasang di bangunan
JKMPP adalah yang terendah iaitu 4.0. Bacaan ini tidak melepasi had minimum yang
dicadangkan oleh MS1525:2007 “Code of Practice on Energy Efficiency and Use of
Renewable Energy for non-Residential Buildings” iaitu 5.2. Walaubagaimanapun,
bacaan COP bagi sistem-sistem lain adalah melebihi had minimum berkenaan.
Sistem WCCH di bangunan WPK mencatatkan COP yang terbaik dengan nilai 6.1
melebihi kecekapan purata keseluruhan iaitu 5.4. COP yang tinggi adalah disebabkan
oleh chiller berkenaan beroperasi pada beban yang menghampiri kapasiti chiller
tersebut (full load). Perkara ini mengakibatkan chiller berkenaan menjadi lebih efisien
apabila beroperasi pada beban yang tinggi dan hanya memerlukan input kuasa elektrik
yang rendah untuk menghasilkan penyejukan tersebut.
Kecekapan Sistem & Komponen
Kecekapan bagi setiap komponen yang terlibat dalam sistem penyaman udara WCCH
dinyatakan seperti dalam graf di bawah.
0.000.200.400.600.801.001.201.401.601.80
kW/RT
WPK JKMPP WPAB Blok F BPPP BPT
Bangunan
Kecekapan Komponen Sistem Penyaman Udara WCCH
AHUCTCWPCHWPChiller
Graf 2: Kecekapan komponen sistem penyaman udara WCCH
Graf menunjukkan sistem penyaman udara bangunan Blok F adalah yang paling efisien
berbanding sistem lain dengan kecekapan sistem ialah 0.97kW/RT diikuti dengan
bangunan WPK iaitu 0.98kW/RT. Kecekapan sistem penyaman udara yang dipasang di
JKMPP paling kurang efisien iaitu 1.74kW/RT. Ringkasan kecekapan mengikut
komponen adalah seperti berikut.
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 9 Bagi Sistem Penyaman Udara
Chiller : 0.58kW/RT – 0.88kW/RT AHU : 0.21kW/RT – 0.51kW/RT
CHWP : 0.06kW/RT – 0.20kW/RT
CWP : 0.06kW/RT – 0.10kW/RT
Cooling tower : 0.01kW/RT – 0.05kW/RT
Purata Kecekapan Komponen Sistem Penyaman Udara WCCH
0.67
0.110.07
0.03
0.31ChillerCHWPCWPCTAHU
Unit: kW/RT
Graf 3: Purata kecekapan komponen sistem penyaman udara WCCH
Purata kecekapan komponen sistem penyaman udara WCCH dinyatakan seperti Graf 3.
Purata kecekapan keseluruhan bagi sistem ini ialah 1.19kW/RT.
Pemerhatian menunjukkan bahawa kecekapan komponen chiller adalah bergantung
kepada operasi beban ke atas compressor berkenaan. Pengoperasian pada peratus
beban yang tinggi akan menjadikan sesebuah chiller itu lebih efisien berbanding ianya
beroperasi pada peratus yang rendah. Sementara itu, kecekapan AHU adalah
bergantung kepada kadar pengedaran udara dan tekanan statik (static pressure) yang
diperlukan untuk mengatasi friction dalam duct. Penggunaan saiz duct yang mempunyai
aspect ratio 1:1 boleh mengurangkan friction loss dan edaran kadar pengedaran udara
mengikut keperluan (variable air volume) mampu untuk meningkatkan kecekapan sistem
berkenaan. Selain itu, kecekapan bagi CHWP dan CWP adalah bergantung kepada
kadar aliran chilled dan condenser water dan rintangan statik bagi kedua-dua pam
berkenaan. Diameter paip yang lebih besar, pengurangan penggunaan joints, fitting dan
bend yang tidak diperlukan serta pengaliran chilled water mengikut keperluan boleh
meningkatkan kecekapan sistem berkenaan.
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 10 Bagi Sistem Penyaman Udara
6.2 Water Cooled Package
Sebanyak enam (6) buah sistem penyaman udara diperiksa untuk mendapatkan data-
data tertentu bagi menilai kecekapan komponen dan sistem penyaman udara WCPU.
Kapasiti setiap unit sistem ini adalah melebihi 10RT dengan had COP minimum yang
ditetapkan oleh MS1525:2007 ialah 3.6.
Coefficient of Performance
COP bagi sistem penyaman udara WCPU adalah seperti graf di bawah.
Graf 4: Coefficient of Performance bagi sistem water cooled package
Bangunan BGSM mempunyai COP yang paling tinggi iaitu 4.3, manakala COP terendah
iaitu 2.7 dicatatkan oleh bangunan Blok B, IPJKR. Prestasi penyaman udara di Blok B,
IPJKR tidak mencapai had minimum yang ditetapkan oleh MS1525:2007.
Kecekapan Sistem & Komponen
Kecekapan bagi komponen dan sistem penyaman udara WCPU dinyatakan seperti Graf
5. Bangunan WPT mempunyai kecekapan sistem penyaman udara WCPU yang paling
baik iaitu 0.93kW/RT manakala bangunan Blok B, IPJKR mempunyai kecekapan sistem
yang paling rendah iaitu 1.41kW/RT. Ringkasan kecekapan mengikut komponen adalah
seperti berikut.
Coefficient of Performance (COP)
4.13.7 3.8
2.7
3.6
4.3
0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0
WPT KBP KBP1 Blok B BPG BGSM
Bangunan
Coe
ffici
ent o
f Per
form
ance
, C
OP
Minimum COP 3.6
Kajian Penanda Aras Kecekapan Sistem 11 Bagi Sistem Penyaman Udara