空調送風系統節能技術 應用與規劃©º調送風系統節能... ·...

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空調送風系統節能技術 博士 台北科技大學 能源與冷凍空調工程系

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空調送風系統節能技術應 用 與 規 劃

主 講 人主 講 人

柯 明 村 博士柯 明 村 博士

台北科技大學 能源與冷凍空調工程系

大 綱大 綱

背景

永續能源與能源管理法永續能源與能源管理法

空調系統節約能源基本原理

送風系統節能措施

VAV可變風量系統VAV可變風量系統

室內空氣品質IAQ熱舒適度Thermal Comfort結語

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 2

結語

背 景背 景

全球暖化氣候變遷全球暖化 氣候變遷

化石能源存量與供應日漸短缺化石能源存量與供應日漸短缺

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臭氧層破壞臭氧層破壞

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溫室效應後果溫室效應後果

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背景mdash能源問題背景 能源問題

二十一世紀面臨能源之關鍵期二十一世紀面臨能源之關鍵期 在2150年時石油天然氣與鈾之蘊藏量都即將開採竭盡(圖一)

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

蘊藏量約 9 8 4 5 億公噸估計可採約 2 1 6 年

石油 天然氣 煤 鈾

蘊藏 量約 1 0 5 兆 桶估計 可採約 4 0 3 年

蘊 藏量約 1 5 5 1 兆 m 3

估計可採約 6 1 9 年 蘊藏 量約 3 1 1 萬公噸估計可採 約 4 7 9 年

年 產量

約 3 5 8 萬公噸年產量

約 4 5 6 億公 噸年產量

約 2 4 6 兆 m 3日產量

約 7 4 4 9 萬 桶

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約 3 5 8 萬公噸約 4 5 6 億公 噸約 2 4 6 兆 m約 7 4 4 9 萬 桶

背景mdash能源問題背景 能源問題

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中 屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

因此能源被列為21世紀前五十年十大亟待解決問題之首要

ENERGYENERGYWATERFOODENVIRONMENTPOVERTYTERRORISM amp WARDISEASEEDUCATIONDEMOCRACYPOPULATION

二十一世紀前五十年 人類將面臨之十大問題(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

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(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

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背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

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背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

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背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

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+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

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動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

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( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

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背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

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電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

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(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

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經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

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機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

大 綱大 綱

背景

永續能源與能源管理法永續能源與能源管理法

空調系統節約能源基本原理

送風系統節能措施

VAV可變風量系統VAV可變風量系統

室內空氣品質IAQ熱舒適度Thermal Comfort結語

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 2

結語

背 景背 景

全球暖化氣候變遷全球暖化 氣候變遷

化石能源存量與供應日漸短缺化石能源存量與供應日漸短缺

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 3

臭氧層破壞臭氧層破壞

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 4

溫室效應後果溫室效應後果

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 5

背景mdash能源問題背景 能源問題

二十一世紀面臨能源之關鍵期二十一世紀面臨能源之關鍵期 在2150年時石油天然氣與鈾之蘊藏量都即將開採竭盡(圖一)

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

蘊藏量約 9 8 4 5 億公噸估計可採約 2 1 6 年

石油 天然氣 煤 鈾

蘊藏 量約 1 0 5 兆 桶估計 可採約 4 0 3 年

蘊 藏量約 1 5 5 1 兆 m 3

估計可採約 6 1 9 年 蘊藏 量約 3 1 1 萬公噸估計可採 約 4 7 9 年

年 產量

約 3 5 8 萬公噸年產量

約 4 5 6 億公 噸年產量

約 2 4 6 兆 m 3日產量

約 7 4 4 9 萬 桶

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 6

約 3 5 8 萬公噸約 4 5 6 億公 噸約 2 4 6 兆 m約 7 4 4 9 萬 桶

背景mdash能源問題背景 能源問題

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中 屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

因此能源被列為21世紀前五十年十大亟待解決問題之首要

ENERGYENERGYWATERFOODENVIRONMENTPOVERTYTERRORISM amp WARDISEASEEDUCATIONDEMOCRACYPOPULATION

二十一世紀前五十年 人類將面臨之十大問題(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 7

(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 8

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 9

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背 景背 景

全球暖化氣候變遷全球暖化 氣候變遷

化石能源存量與供應日漸短缺化石能源存量與供應日漸短缺

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 3

臭氧層破壞臭氧層破壞

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 4

溫室效應後果溫室效應後果

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 5

背景mdash能源問題背景 能源問題

二十一世紀面臨能源之關鍵期二十一世紀面臨能源之關鍵期 在2150年時石油天然氣與鈾之蘊藏量都即將開採竭盡(圖一)

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

蘊藏量約 9 8 4 5 億公噸估計可採約 2 1 6 年

石油 天然氣 煤 鈾

蘊藏 量約 1 0 5 兆 桶估計 可採約 4 0 3 年

蘊 藏量約 1 5 5 1 兆 m 3

估計可採約 6 1 9 年 蘊藏 量約 3 1 1 萬公噸估計可採 約 4 7 9 年

年 產量

約 3 5 8 萬公噸年產量

約 4 5 6 億公 噸年產量

約 2 4 6 兆 m 3日產量

約 7 4 4 9 萬 桶

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 6

約 3 5 8 萬公噸約 4 5 6 億公 噸約 2 4 6 兆 m約 7 4 4 9 萬 桶

背景mdash能源問題背景 能源問題

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中 屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

因此能源被列為21世紀前五十年十大亟待解決問題之首要

ENERGYENERGYWATERFOODENVIRONMENTPOVERTYTERRORISM amp WARDISEASEEDUCATIONDEMOCRACYPOPULATION

二十一世紀前五十年 人類將面臨之十大問題(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 7

(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 8

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 9

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

臭氧層破壞臭氧層破壞

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 4

溫室效應後果溫室效應後果

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 5

背景mdash能源問題背景 能源問題

二十一世紀面臨能源之關鍵期二十一世紀面臨能源之關鍵期 在2150年時石油天然氣與鈾之蘊藏量都即將開採竭盡(圖一)

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

蘊藏量約 9 8 4 5 億公噸估計可採約 2 1 6 年

石油 天然氣 煤 鈾

蘊藏 量約 1 0 5 兆 桶估計 可採約 4 0 3 年

蘊 藏量約 1 5 5 1 兆 m 3

估計可採約 6 1 9 年 蘊藏 量約 3 1 1 萬公噸估計可採 約 4 7 9 年

年 產量

約 3 5 8 萬公噸年產量

約 4 5 6 億公 噸年產量

約 2 4 6 兆 m 3日產量

約 7 4 4 9 萬 桶

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 6

約 3 5 8 萬公噸約 4 5 6 億公 噸約 2 4 6 兆 m約 7 4 4 9 萬 桶

背景mdash能源問題背景 能源問題

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中 屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

因此能源被列為21世紀前五十年十大亟待解決問題之首要

ENERGYENERGYWATERFOODENVIRONMENTPOVERTYTERRORISM amp WARDISEASEEDUCATIONDEMOCRACYPOPULATION

二十一世紀前五十年 人類將面臨之十大問題(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 7

(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 8

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 9

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

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背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

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電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

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(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

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經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

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機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

溫室效應後果溫室效應後果

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 5

背景mdash能源問題背景 能源問題

二十一世紀面臨能源之關鍵期二十一世紀面臨能源之關鍵期 在2150年時石油天然氣與鈾之蘊藏量都即將開採竭盡(圖一)

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

蘊藏量約 9 8 4 5 億公噸估計可採約 2 1 6 年

石油 天然氣 煤 鈾

蘊藏 量約 1 0 5 兆 桶估計 可採約 4 0 3 年

蘊 藏量約 1 5 5 1 兆 m 3

估計可採約 6 1 9 年 蘊藏 量約 3 1 1 萬公噸估計可採 約 4 7 9 年

年 產量

約 3 5 8 萬公噸年產量

約 4 5 6 億公 噸年產量

約 2 4 6 兆 m 3日產量

約 7 4 4 9 萬 桶

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 6

約 3 5 8 萬公噸約 4 5 6 億公 噸約 2 4 6 兆 m約 7 4 4 9 萬 桶

背景mdash能源問題背景 能源問題

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中 屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

因此能源被列為21世紀前五十年十大亟待解決問題之首要

ENERGYENERGYWATERFOODENVIRONMENTPOVERTYTERRORISM amp WARDISEASEEDUCATIONDEMOCRACYPOPULATION

二十一世紀前五十年 人類將面臨之十大問題(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 7

(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 8

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

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背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

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+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

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( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

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背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash能源問題背景 能源問題

二十一世紀面臨能源之關鍵期二十一世紀面臨能源之關鍵期 在2150年時石油天然氣與鈾之蘊藏量都即將開採竭盡(圖一)

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

蘊藏量約 9 8 4 5 億公噸估計可採約 2 1 6 年

石油 天然氣 煤 鈾

蘊藏 量約 1 0 5 兆 桶估計 可採約 4 0 3 年

蘊 藏量約 1 5 5 1 兆 m 3

估計可採約 6 1 9 年 蘊藏 量約 3 1 1 萬公噸估計可採 約 4 7 9 年

年 產量

約 3 5 8 萬公噸年產量

約 4 5 6 億公 噸年產量

約 2 4 6 兆 m 3日產量

約 7 4 4 9 萬 桶

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 6

約 3 5 8 萬公噸約 4 5 6 億公 噸約 2 4 6 兆 m約 7 4 4 9 萬 桶

背景mdash能源問題背景 能源問題

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中 屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

因此能源被列為21世紀前五十年十大亟待解決問題之首要

ENERGYENERGYWATERFOODENVIRONMENTPOVERTYTERRORISM amp WARDISEASEEDUCATIONDEMOCRACYPOPULATION

二十一世紀前五十年 人類將面臨之十大問題(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 7

(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 8

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 9

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash能源問題背景 能源問題

屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中 屆時傳統能源只剩煤而新能源或替代能源技術仍在發展之中

因此能源被列為21世紀前五十年十大亟待解決問題之首要

ENERGYENERGYWATERFOODENVIRONMENTPOVERTYTERRORISM amp WARDISEASEEDUCATIONDEMOCRACYPOPULATION

二十一世紀前五十年 人類將面臨之十大問題(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 7

(資料來源BP 2002World Nuclear Association)

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 8

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 9

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

基於公約採取「共同但具差異性的責任」被公約列為 基於公約採取 共同但具差異性的責任」 被公約列為附件一國家的工業先進國必須先行減量因而具法律效力之附件一國家減量議定書於1997年12月在日本京都召開第三次締約方大會時通過執行 又稱「京都議定書開第三次締約方大會時通過執行又稱「京都議定書」

「京都議定書 係依據各國所提建議案再行協商以達共 「京都議定書」係依據各國所提建議案再行協商以達共識其重點包括 總量管制工業國家將削減溫室氣體總排放量52與人為排放

量自然成長趨勢比較約削減30

個別或跨國合作減量

目標期減量成果以2008~2012五年平均為計算依據目標期 減量成果以2008 2012五年平均為計算依據

管制氣體CO2CH4N2O氣體減量以1990為基準年HFCsPFCsSF6氣體減量可採1990或1995為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 8

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 9

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

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造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

罰則將另行訂定 罰則將另行訂定

生效期1998316~1999315為議定書公開簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國簽署期間獲國內法定程序通過之附件一國家二氧化碳排放量須佔所有附件一國家1990年總排放量55以上且批准國家達55國以年總排放量 以上 且批准國家達 國以上後90日議定書始生效bull 俄羅斯簽訂後於2005年2月16日生效

非附件一國家現階段並無新增減量義務

原非附件一國家摩納哥列茲敦斯登斯洛原非附件一國家摩納哥 列茲敦斯登 斯洛維尼亞與克羅埃西亞列入減量國以1990年為基準年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 9

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

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機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

減量目標不同因各國情況而異減量目標與期減量目標不同因各國情況而異減量目標與期程如下

我國可自我定位為「非附件一成員」中新興工業國「新興工業國」

(Newly Industrialized Countries NICs)( y )

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 10

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

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經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

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機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

「氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)氣候變化綱要公約」京都議定書(1997)管制溫室氣體

基準年

目標年

削減比率

國家

- 8

歐盟包括其15國瑞士愛沙尼亞斯洛伐克立陶宛捷克拉脫維亞羅馬尼亞保加利亞與Non Annex 1國家摩納哥

CO2CH4N O 2008~

斯洛維尼亞列茲敦斯登

- 7 美國

6 日本加拿大匈牙利波蘭N2OHFCsPFCsSF

1990 2008~2012

- 6 日本加拿大匈牙利波蘭

- 5 克羅埃西亞 (Non Annex 1)0 紐西蘭俄羅斯烏克蘭

TaiwanSF6

+ 1 挪威

+ 8 澳洲

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 11

+ 10 冰島

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

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背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

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電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

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(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

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經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

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機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash京都議定書背景 京都議定書

我國因應公約之急迫性 我國因應公約之急迫性 依國際環保公約之經驗我國既使不簽署公約及享受權利但相關義務卻仍需履行諸如蒙特婁議定書華盛頓公約等若我不遵守曾有遭到貿易制裁之經驗因此我國有下列幾點理由必須因應公約

環境保護的觀點我國身為地球村的成員 為善盡保 環境保護的觀點我國身為地球村的成員為善盡保護地球之責任應積極因應

避免國際制裁的觀點若不遵行恐遭國際未來可能 避免國際制裁的觀點若不遵行 恐遭國際未來可能採取之制裁如罰款或貿易制裁等方式造成產業之損失

提升國家競爭力的觀點預期各國為因應本議定書都將發展高效率之技術我國若不及早因應參與國際互動引進技術將喪失我國之國際競爭力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 12

動 引進技術 將喪失我國之國際競爭力

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流1 再生能源開發與利用(1)太陽光電

以目前先進國家為例日本從事此行業居世界領導地位前幾名當推SHARPKYOCERAMITSUBISHISANYO與KANEKA等廠德英 荷各國各有大廠如BP SHELL Q CELL DEUTSHE CELL英荷各國各有大廠如BPSHELLQ-CELLDEUTSHE CELLSOLARWORLD與RWE等

(2)太陽熱能 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家 目前國際品牌以德國日本英國居領先地位國內之製造商約24家

安裝銷售商約151家主要分佈在台灣中南部(約佔80)(3)風能發電

大型風能發電成為技術性比較成熟發電量大而效益高的替代性選擇大型風能發電 成為技術性比較成熟 發電量大而效益高的替代性選擇每一台風機之單機容量最高可達5MW對具有優秀風場條件之台灣本島及離岸離島極有開發之價值由於空氣流動難以掌握風力發電之發電率估計在33~44尤以各季之北北東及東北季風最有利開發風場現已規劃再生能源政策以每度2元長期收購15年現已規劃再生能源政策 以每度2元長期收購15年

以目前而言全球十大製造商八成在歐洲只有 Gewind( 美國 ) 及Mitsubishi(日本)例外

(4)生質燃料(廢棄物能源)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 13

( ) ( )

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 14

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash解決方案~開流背景 解決方案 開流

2能源新利用2能源新利用

經濟部能源局規劃各能源新利用技術發展目標如下 發展家庭小型電力用的質子交換膜燃料電池發電系統並

建立示範運轉案例同時建立具有國家認證之燃料電池測試中心預期可有效協助國內產業並與國際市場接軌

加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術 加速小型電動車輛之開發以先進鋰電池之電動機車技術為基礎並結合小引擎技術積極發展具有區域性特色之小型電動車及混合式電動車輛加強關鍵技術研發與車輛之開發以打入國際市場之開發以打入國際市場

引進與推動淨煤技術開發進料多元化之氣化技術以達煤炭或廢棄物燃料之淨潔利用

積極推動分散式發電技術並注重高效率電與熱整合系統之應用推廣

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背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

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(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

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經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

3 節約能源技術3節約能源技術

經濟部能源局在節約能源技術的研究發展方向涵蓋向涵蓋高效率照明技術

高效率冷凍空調系統技術

建築節能材料及技術

高效率燃燒與熱能回收技術

高效率照明及電力電子效率提升技術高效率照明及電力電子效率提升技術

以及應用奈米技術提升能源使用效率(燃燒電力轉換及新型太陽電池等)等方面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 15

電力轉換及新型太陽電池等)等方面

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

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永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

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經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

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機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

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40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源4節能效率管理與技術服務

能源查核與耗能合理化輔導 能源查核與耗能合理化輔導 低耗能車輛測試程序之建立與省油車推廣策略研究 建築物能源管理及效率指標研究

我國的能源政策在1980年制訂「能源管理法」以來即以節約能源為目標

內政部營建署逐於1995年修訂建築技術規則第45條之一並發佈「建築物節約能源設計技術規範 公布ENVLOAD(建築外殼「建築物節約能源設計技術規範」公布ENVLOAD(建築外殼耗能量)與Req(等價開窗率)及Uar(屋頂平均熱傳透率)為建築物節能設計的強制指標使建築節能政策完成立法的第一步

1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般 1998年起為了擴大建築節省管制成效增列醫院住宿類及一般建築物為管制對象並且由原來樓地板面積4000平方公尺者擴大至2000平方公尺以上的建築物同時也強化其管制基準值估計由1995年到1998年受到建築節能法規管制的新建建築物已由2增加至57

經濟部先後訂定建築能源設備能源效率標準例如空調系統冰水主機能源效率標準箱型冷氣機及窗型冷氣機能源效率比值(EER) 螢光灯管用安定器耗能標準 電冰箱省能產品能源因素

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 16

(EER)螢光灯管用安定器耗能標準電冰箱省能產品能源因素標準等

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

背景mdash解決方案~節源背景 解決方案 節源

用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究 用電器具中長期能源效率標準提升可行性研究

產業及政府機關節約能源技術服務

節約能源技術推廣及績效評鑑

節能標章推廣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 17

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

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40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

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Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

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造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

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及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

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Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要且不致危害未來世代滿足其需

永續能源發展政策意涵

1永續能源發展係指滿足當代的需要 且不致危害未來世代滿足其需要的發展過程

2永續能源發展應兼具「環境保護」「能源安全」及「產業競爭力」以創造環境能源與經濟三贏力」以創造環境能源與經濟三贏

3永續能源發展應將有限資源作有「效率」的使用開發對環境友善的「潔淨」能源與確保「穩定」的能源供應

能源

技術創新發展綠色能源產業

降低環境衝擊的潔淨能源使用

穩定的發展空間與提供可再生的能源資源

充分穩定與可負

擔的能源服務

環境 經濟

綠色能源產業的潔淨能源使用

提供質優量穩的生產資源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 18

經濟考量外部成本的經濟結構與發展強度

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

97年永續能源政策綱領darr20綱領目標

97年永續能源政策綱領

darr50能源密集

提高能源效率未來8年每年提高能源效率2以上

能源密集度於2015年較2005年下降

節流

集度

20以上

2025年下降50以上

發展潔淨能源

淨源

年2005 2015 2025確保能源供應穩定各部門目標

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

工業及商業部門政府部門社會大眾(含住宅及運輸)

1 促使產業結構朝高附加價值及低耗能方向調整使單位產值碳排放密集度於2025年

推動政府機關學校未來一年用電用

1 提升各類用電器具能源效率於2011年提高10

年再進

1 推動全民節能減碳運動宣導全民朝「一人一天減少一

提升私人運具

產值碳排放密集度於2025年下降30以上

2 輔導中小企業提高節能減碳能力建立誘因措施及管理機制 鼓勵清潔生產應用

一年用電用油負成長並以2015 年累計節約7為目標

~702015年再進一步提高標準並推廣高效率產品

2 推動節能照明革命推廣各類傳統照明器具汰

「一人一天減少一公斤碳足跡」努力

2 發揮組織動員能量推動無碳消費習慣建構低碳及循環型

新車效率水準於2015年

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 19

機制鼓勵清潔生產應用3 調查主要耗能設備能源使用效率訂定耗能標準提升設備能源使用效率

7為目標廣各類傳統照明器具汰換為省能20~90 之高效率產品

建構低碳及循環型社會

提高25

IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 20

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

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Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

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Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

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air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

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IEA提出提升能源效率做法IEA提出提升能源效率做法

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全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

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「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

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加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

全國能源會議部分結論

會議緣起

全國能源會議部分結論

會議緣起

行政院於97年6月5日核定「永續能源政策綱領」並於同年9月4日通過「永續能源政策綱領-節能減碳

行動方案」據以推動惟考量該行動方案僅為行政部門4年之施政規劃部分中長期性及爭議性之能源

基本議題需進一步透過全國性會議廣泛討論期凝聚各界對永續能源政策目標之共識以加速節能減基本議題 需進一步透過全國性會議廣泛討論 期凝聚各界對永續能源政策目標之共識 以加速節能減

碳之落實行政院定於98年4月1516日舉辦全國能源會議

核心議題能源管理與效率提升核心議題 能源管理與效率提升

四修正能源管理法加強能源效率管理

(一)建構一定規模以上能源用戶整體先期能源管理機制要求能源用戶於新設或擴建時應提出能源使

用說明書經中央主管機關核准後始得新設或擴建用說明書 經中央主管機關核准後 始得新設或擴建

(二)規範特定能源用戶應遵行之節約能源使用及能源使用效率規定

(三)擴大使用能源產品之強制性能源效率標示制度範圍提供消費者充分選擇高效率產品資訊

(四)加強能源管理系統 建立能源管理制度 要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫 申報能源(四)加強能源管理系統建立能源管理制度要求一定規模以上能源用戶擬定能源管理計畫申報能源

使用與碳排放情形及建立第三者查證制度並要求提升能源使用效率訂定相關罰責及公開相關資

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 21

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

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能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

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簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

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可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

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造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

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及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

「永續能源政策綱領」

行政院院會 於 年 月 日 通過「永續能源政策綱領 此一

永續能源政策綱領」

行政院院會於97年6月5日通過「永續能源政策綱領」此一

政策綱領的落實與執行則有賴四項法案的立法與修訂

「溫室氣體減量法」建構溫室氣體減量能力並進行實質減量

「再生能源發展條例」發展潔淨能源再生能源發展條例」 發展潔淨能源

「能源稅條例」反應能源外部成本

「能源管理法」有效推動節能措施

制定能源管理法之目的加強管理能源促進能源合理與有效使用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 22

加強管理能源促進能源合理與有效使用

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

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Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正)

能源管理法沿革

名 稱能源管理法 (民國 98 年 07 月 08 日修正) 公布日期民國 69 年 08 月 08 日

1 中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制1中華民國六十九年八月八日總統(69)台統(一)義字第 4486 號令制定公布全文 30 條並自公布日施行

2中華民國八十一年一月三十一日總統(81)華總(一)義字第 0594 號令修正公布第 46710132021~2427 條條文並增訂第令修正公布第 4 6 7 10 13 20 21 24 27 條條文並增訂第20-1 條條文

3中華民國八十九年四月二十六日總統(89)華總一義字第 8900104440號令修正公布第 3 條條文號令修正公布第 3 條條文

4中華民國九十一年一月三十日總統(91)華總一義字第 09100015130號令修正公布第 1018 條條文並增訂 5-1 條條文

5中華民國九十八年七月八日總統華總一義字第 09800166461 號令修正公布第 18111214~162123~25 條條文增訂第 15-119-1 條條文並刪除第 1328 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 23

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

能源管理法施行細則沿革能源管理法施行細則沿革

名 稱能源管理法施行細則 (民國 91 年 08 月 28 日修正) 發布日期民國 70 年 03 月 25 日

1中華民國七十年三月二十五日經濟部(70)經能字第 11149 號令訂定發布

2中華民國七十年十二月三十一日經濟部(70)經能字第 54555 號令修正發布第 2 條條文

3中華民國七十六年四月三日經濟部(76)經能字第 14951 號令修正發布第 513 條條文

4 中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發4中華民國八十二年五月十日經濟部(82)經能字第 013851 號令修正發布全文 12 條

5中華民國八十七年七月二十九日經濟部(87)經能字第 87018864 號令修正發布第 2 條條文修正發布第 2 條條文

6中華民國九十一年八月二十八日經濟部經能字第 09100502630 號令修正發布第 910 條條文並刪除第 2 條條文

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 24

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

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40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

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Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

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造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

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及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

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Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

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VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

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VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

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VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

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LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

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VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

簡介簡介

產品的精緻化及機台產量的增加不僅是需要空調來排

除機台熱負載對廠內空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴

格造成空調負載及空調用電的增加

目前最熱門的IC產業根據調查在同一廠房面積下

潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約潔淨度每升高一級(如由100級升為10級)其空調耗電量約

增加三倍

空調使用率已高達90左右 在夏季時空調用電量佔總 空調使用率已高達90左右在夏季時空調用電量佔總

用電量之30於尖峰時段甚至高達41~45而且

空調負載每年仍以15迅速成長空調負載每年仍以15迅速成長

若能在不影響空調品質的情況下減少空調耗電量即

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 25

可達到空調節能的目標

簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 26

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

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造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

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Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

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LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

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VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

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簡介簡介

Cooling loadCooling loadbreakdown fora commercialbuildingg

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

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造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

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及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

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Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

中央空調系統之五個循環中央空調系統之五個循環

排氣排氣

外氣

蒸發器 冷凝器

風扇

空調外氣

冰水泵 冷卻水泵壓縮機

冷卻

風扇

冷卻蒸發器 冷凝器

負載外氣

盤管 水塔

室內空氣 冰水 冷卻水冷媒 室外空氣

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 27

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 28

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

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中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

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既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

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地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

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40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

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造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

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及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

中央空調系統之運作中央空調系統之運作

在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工 在互連環的愈上游(亦即愈靠近空調負載端)做節能工

作則每一循環所節省下來的效益也就愈大亦即整

個系統之省能效益會是因多重節能而愈大個系統之省能效益會是因多重節能而愈大

避免空調系統太多的過大設計過大的設計不但業

主需花費較多的初設成本同時空調系統長期處於

低負載運轉效率也差必須付出較多的運轉成本

只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部

分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可

節省大量的電費支出

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 29

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

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Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

既有中央空調系統之節能機會既有中央空調系統之節能機會

在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非 在既有之中央空調系統中可節能之空間其實是非

常大的若做系統整體之改善平均可節省60左右之電力

在探討節能機會時最好能對系統效率做整體的

調查與檢測(Energy Audit)其目的有二

可了解系統耗能分佈狀況可了解系統耗能分佈狀況

可掌握各個動件之耗電率因此經過檢測可以較輕易

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 30

地查覺出系統中節省能源之處及改善潛力

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

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南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

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應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

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40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

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Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源措施空調系統節約能源措施

本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空 本課程依空調負荷特性系統與設備國內外空調耗能之標準與空調系統節能原理提出空調系統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善統省能措施作為新設空調系統及空調系統改善之參考

對於既設之空調系統 若能確實做好測試調整 對於既設之空調系統若能確實做好測試調整平衡(testing adjusting and balancing TAB)不但可以改善空調系統與設備之運轉現況 同時能讓可以改善空調系統與設備之運轉現況同時能讓系統處於良好之運轉狀態可於系統改善前即初步改善耗能 同時瞭解系統現狀 有利於爾後節步改善耗能同時瞭解系統現狀有利於爾後節能策略與技術之規劃與應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 31

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(1) 降低空調負載(1) 降低空調負載降低空調負載為最治本之節能方法可使空調設備與系

統之規模縮小直接減少空調系統之耗電量為最直接有效 且投資費用低(甚至無費用) 為效益很高接有效且投資費用低(甚至無費用)為效益很高之節能方法

(A) 建築外殼節能設計( ) 一棟建築物外殼設計若為考量節能則在其存在四

五十年之生命週期裡將長期耗損空調能源其影響之大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可大不可不慎依綠建築之建築外殼節能評估法[2]可以看出建築外殼的節能設計重點在於外殼「隔熱性能」和「太陽輻射熱獲得遮陽性能」於建築建造之初或改善時應特別注意之初或改善時應特別注意

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則」規範摘錄如下表所示

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 32

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

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Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

類別 氣候分區外殼耗能基準

針對建築物外殼之耗能其法規基準依我國「建築技術規則 規範 摘錄如

類別 氣候分區 kWhrm2yr

辦公廳類G類第一組

北部氣候區 80

中部氣候區 90技術規則」規範摘錄如右表

G類第一組G類第二組

中部氣候區 90

南部氣候區 115

百貨商場類北部氣候區 240

百貨商場類B類第二組

中部氣候區 270

南部氣候區 350

北部氣候區 100旅館類B類第四組

北部氣候區 100

中部氣候區 120

南部氣候區 135

醫院類F類第一組

北部氣候區 140

中部氣候區 155

南部氣候區

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 33

南部氣候區 190

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

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Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

Cooling load reduction measuresCooling load reduction measures

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 34

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(B)適時減少系統操作時間(B)適時減少系統操作時間

(C)提高冷房設計設定溫度降低暖房設計設定溫度溫度

此將使空調負載降低節省設備投資與減少能耗

(D) 外氣引入量最小化( ) 外氣引入量最小化

在不違背ASHRAE Standard 62標準之室內空氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予氣品質要求的情況下將新鮮空氣引入量予以減少以降低空調設備處理外氣之負荷

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 35

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

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送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

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車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

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iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

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Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

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Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

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Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(E)適度降低空調送風之溫度(E)適度降低空調送風之溫度

降低空調送風溫度可使空調區域相對濕度降低進而可提高室內設定溫度而不影響人員低進而可提高室內設定溫度而不影響人員舒適度進而降低空調負載

(F) 設置夜間排氣裝置(purge system)(F) 設置夜間排氣裝置(purge system) 利用夜間外氣低焓值(enthalpy)之時機將大

樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電樓內可能累積之日間輻射內部熱源(如電腦電器等設備)等之熱負荷(稱之pulldown負載)排出而引入外氣這種設置與控制方負載)排出 而引入外氣 這種設置與控制方式可減少隔日或連續假日結束後之空調系統開機時之負載

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 36

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(t f )(2)減少搬運動力(transfer power)依據流機定律風機或泵之耗能與搬運量(即流量)之三次方成正比 如下表所示 因此 能夠減少空調之三次方成正比如下表所示因此能夠減少空調系統之送風量送水量或冷媒流量將可減少風車水泵與壓縮機之耗能泵與壓縮機之耗能

即所謂之

可變風量(variable air volume VAV)可變風量(variable air volume VAV)可變水量(variable water volume VWV)可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術可變冷媒量(variable refrigerant volume VRV)技術

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 37

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Fan LawFan Law

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 38

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(2)減少搬運動力(transfer power)(2)減少搬運動力(transfer power)VAV技術

有關空氣側之各種 技術之節能效果 以無有關空氣側之各種VAV技術之節能效果以無段變速(variable speed)效果最佳使用入口導流葉片次之 再來為使用風門(d )控制者葉片次之再來為使用風門(damper)控制者一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能變速之節能效果能節省20至30之耗能

VWV技術

至於冰水側之VWV技術 其節能原理與VAV至於冰水側之VWV技術其節能原理與VAV類似

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 39

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

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空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

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送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

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Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

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air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(3)冷能熱能回收(heat recovery)(3)冷能熱能回收(heat recovery)應用熱交換器如全熱交換器自然空調機[5]或熱管

(heat pipe)設備等冷能回收設備將低溫排氣之冷能予( p p )設備等冷能回收設備 將低溫排氣之冷能予以回收預冷引入之新鮮空氣可減少空調設備調節新鮮空氣之負擔此外亦可應用節能器(economizer)在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能在外氣條件允許之適當時機將外氣或冷卻水之冷能以控制之手法予以利用

空氣節能器(Air Economizer)空氣節能器( )空氣側節能器依控制方式可分為溫度控制(temperature

air economizer control) 與 焓 值 控 制 (enthalpy airi l) 皆以監測外氣熱力狀態而控制其economizer control)皆以監測外氣熱力狀態而控制其

引入外氣量之時機以台灣高溫高濕之天候型態而言應採用焓值控制以免誤判外氣條件發生額外耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 40

應採用焓值控制以免誤判外氣條件 發生額外耗能之情況

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

水節能器(Water Economizer)水節能器(Water Economizer)利用外氣低濕球溫度之時機冷卻水塔低出水溫度之特點予以冷能利用但是在極端氣象條件之下需防止水路凍結之狀況發生

ASHRAEIES Standard 901對節能器之使用要求每一空氣系統必須包含下列任一項氣系統必須包含下列任一項

bull 使用溫度控制或焓值控制節能器提供設計外氣與循環空氣引入量之85以上

bull 使用直接 -間接蒸發式冷卻之水節能器在外氣乾球溫度10(50)濕球溫度7(45)(或低於此狀態)時必須能夠完全供應系統冷能

依使用經驗無論使用空氣節能器或水節能器都可比不使用節能器設計者節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 41

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空調系統節約能源基本原理空調系統節約能源基本原理

(4)使用高效率空調設備(4)使用高效率空調設備

諸 如 高 效 率 主 機 (chiller) 蒸 發 式 冷 卻(evaporative cooling)設備自然空調機等運轉效率高之設備或創新技術之應用可使系統整體運轉效率提升發揮節約能源之功效

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 42

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 43

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

送風系統之組件空氣側系統主要是由送風系統之組件空氣側系統主要是由空調箱(或冷風機)外氣及排氣風車( fan) 風管( duct) 各式風門( fan)風管( duct)各式風門(damper)及配件所組合而成

風車可以分為離心式與軸流式兩種離心式風車雖然較便宜但是能源效率也心式風車雖然較便宜 但是能源效率也較低

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 44

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

空氣調節系統依據其作用方式可分為固空氣調節系統依據其作用方式可分為固定風量系統(CAV system)與可變風量系統(VAV system)等兩種量系統(VAV system)等兩種固定風量系統中空氣流動之速度一定因此若要達到不同區域之溫度要求需要因此若要達到不同區域之溫度要求需要採用加熱冷卻空氣或是混合不同體積冷熱空氣之方式極不具有能源效率

在可變風量系統中可以依據不同區域溫度要求來調節送風之速率例如需要降低溫度之區域冷氣送風速度較高配合可變速風車可以在不需高速送風時降低風車運轉速率 因此能源效率較高

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 45

車運轉速率因此能源效率較高

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

定風量系統(CAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 46

定風量系統(CAV)

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

VAV系統中使用溫度和壓力的感測器(transmitter)偵測風管內溫度及壓( ) 偵測風管內溫度及壓力的改變然後將訊息傳給接收控制器(receiver controller)以控制風門和(receiver controller)以控制風門和風車的進氣量及冷盤管的冷水量來節約能源能源

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 47

送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

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Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

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送風系統簡介送風系統簡介

變風量系統(VAV)國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 48

變風量系統(VAV)

送風系統簡介送風系統簡介

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送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

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送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

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空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

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Fan EfficiencyFan Efficiency

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Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

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Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

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40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

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Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

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VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

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VAV技術及效益VAV技術及效益

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室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

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Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 49

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

Fan Coil Unit Fan-Coil Unit 對FC而言其之送風距離短外氣一般而言只有送

風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能風量之20 故使用風機盤管會有較低之送風耗能對風機盤管而言其節約能源之潛力有兩方面1 依需要或用溫度來調節冰水量以節約水泵之耗能

2 一般而言風機盤管之風車有三速控制但研究發現馬達之控制未如理想無法達到有效及節能變速之目的

3 為了節能 馬達可裝置無段變速控制 最佳為30 100風量3 為了節能馬達可裝置無段變速控制最佳為30-100風量之控制如此不但可節約能源並可增加空調之溫度及舒適度控制效果

4 一般而言空調之負載多在50左右故無段變速之節能效果能節省20至30之耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 50

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統簡介送風系統簡介

All Air SystemAll Air System另一種常用的空調送風系統為全空氣系統這種空調方式的特點為種空調方式的特點為

空氣較集中處理可獲得較佳空調(如溫濕度控制清淨度等)度控制清淨度等)設備集中較易維護

其缺點為風管長度較長 送風耗能大 解決其缺點為風管長度較長送風耗能大解決耗能的方法為使用VAV 空調系統其可節省大量的送風耗能省大量的送風耗能

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 51

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

空氣側節能技術空氣側節能技術

依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空依據美國環保署最近對一般辦公大樓之空氣系統所作之調查顯示超過60的建築物其系統容量平均過大約 0 可見得具物其系統容量平均過大約50可見得具有極大之改善空間

使建築物內通風風車系統之運作達到最佳狀態能夠節省相關能源成本的50 85狀態能夠節省相關能源成本的50-85並且改善建築物內之環境減少來自系統大小規劃不當所造成之風車噪音大小規劃不當所造成之風車噪音

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 52

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Fan EfficiencyFan Efficiency

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 53

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Fan EfficiencyFan Efficiency

風車型式 葉輪型式 最大總效率 ()

有導流片

軸流式

有導流片

78-90

無導流片 67-84 螺旋槳型式螺旋槳型式

45-50

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 54

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Fan Efficiency風車型式 葉輪型式 最大總效率

( ) 翼形

79 86Fan Efficiency 79-86

後傾

79-83

徑向放射形

離心式

69-70

前傾

60-65

同軸 (in-line)

60-65

混合流 (M ixed-flow)軸流與離心組合 75-80

橫流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 55

40-45

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統節能策略送風系統節能策略

1 決定風車系統之大小是否適中1 決定風車系統之大小是否適中對於可變風量系統來說可以先測量最大冷卻負載(潮濕炎熱之

夏天)時之風車馬達電流如果低於馬達標示全載電流之75或

是風車控制閥之關閉度大於20時表示風車功率過大對於定

風量系統來說則可以測量系統最大負載下之靜壓(static pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工pressure)若超過設計值則表示風車功率過大需要進行改善工

2 升級大小不適宜之風車系統2 升級大小不適宜之風車系統風車功率過大時可以採用下列三種方式來改進

i 使用較小較具效率之馬達i 使用較小較具效率之馬達

ii 採用較大尺寸之傳動帶系統以減少馬達轉速

iii 調整靜止風壓可變風量系統要達到最大效率時必須要與可變

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 56

iii 調整靜止風壓 可變風量系統要達到最大效率時 必須要與可變

速馬達配合使用

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

送風系統節能策略送風系統節能策略

3 改善通風系統之使用時程與控制方式3 改善通風系統之使用時程與控制方式

4 裝設具能源效率之風車馬達

一般馬達之能源效率隨功率不同介於75-95之間

高效率馬達與標準效率馬達可能具有5之能源效率差異

注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具 注意馬達皮帶傳動系統之傳動帶更換與選用較具

效率之傳動系統亦有助改善能源效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 57

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Reducing Fan Flows and Air System ResistanceReducing Fan Flows and Air System Resistance

Calculate New Fan Performance Calculate New Fan Performance

RPM 11103800026000 5851

old CfmnewCfmold RPMnew RPM

SP14000268lf

new CfmoldSPnewSP22

00038olsCfm

Bhp 59460V

V4609677

rated Voltsact Volts

rated Ampsact AmpsHPatual Bhp

00026newCfm 33

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 58

Bhp19000380002659

old CfmnewCfmold Bhpnew Bhp

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If d f ll b l i i

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

If new amp draw falls below minimumrunning amps which is 40 of the fullload amps of the motor it is more energyefficient to replace the motor with ae c e t to ep ace t e oto t asmaller one that allows a lower amp draw

Also a more energ efficient motor canAlso a more energy efficient motor canbe selected at that time

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 59

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Simple Fan Curve Reducing Air Flow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 60

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

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0

1

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YZ

1

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

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VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

Energy Used After VAV Retrofit

Annual Power R d ti 58 Reduction 58

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 61

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20 hp constant volume system

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

A 20-hp constant-volume systemoperating at 18 kW was retrofitted to VAVwith a variable-speed drive whichresulted in average monthly powerg y preduction shown Based on data loggedthe annual reduction was 36 000 kWh athe annual reduction was 36000 kWh a58 reduction

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 62

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

系統 平均運轉時間可比 系統

Reducing Fan Flows and Air System Resistance

VAV系統FAN平均運轉時間可比CAV系統減少40

一般HVAC系統設計時皆太保守 FAN平一般HVAC系統設計時皆太保守FAN平均比實際需求大25以上

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 63

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV技術及效益VAV技術及效益

風量減少的方法 風量減少的方法 改變馬達傳動改變轉速

藉由調整風門(damper)改變風量 藉由調整風門(damper)改變風量

安裝吸入口導流片(inlet vane) 節能效益變轉速gt吸入口導流片gt風門調整節能效益 變轉速 吸入口導流片 風門調整

減少風量可能衍生的潛在問題 風車風量被減少其他定風量的風車風量也會減風車風量被減少 其他定風量的風車風量也會減

減少風量在系統上會也造成其他的影響包括直膨管排 送風型態 外氣 回風 通風設備 濕膨管排送風型態外氣回風通風設備濕度管排的熱傳效率等

造成室內空氣品質與舒適度等問題

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 64

造成室內空氣品質與舒適度等問題

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV技術及效益VAV技術及效益

風車本身潛在的問題 造成效率降低增 風車本身潛在的問題-造成效率降低增加耗能 葉片不平衡時會造成振動 噪音及傳動裝 葉片不平衡時會造成振動噪音及傳動裝

置的過熱葉片在動力上必須平衡且在重量上也要平衡重量上也要平衡

葉片排列不當及不規列的重疊及吸入口的空隙都會造成運轉中風車極大的風量損空隙都會造成運轉中風車極大的風量損失

排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐 排列不當指葉片的中心沒在裝置在吸氣錐的中心點重疊和空隙都會造成系統效應及進氣口的紊流

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 65

及進氣口的紊流

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

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1

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2

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YZ

1

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

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1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV技術及效益VAV技術及效益

排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會排風口安裝不良也會影響到風量靜壓並會造成振動噪音嚴重時會造成風管破裂

彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動彎曲變形的軸會造成過熱或是葉片飛脫及振動

軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦軸安裝時的角度也須注意否則會造成摩擦

系統曲線差異在實際運轉時其系統曲線必定和設計目錄上風量靜壓馬力之系統曲線大不相同

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 66

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV技術及效益VAV技術及效益

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 67

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ) ASHRAE 62-2007通風系統規定送風量 ASHRAE 62 2007通風系統規定送風量

Computer lab 10 5 012 06 25 15 74 1

Media center 10 5 012 06 A 25 15 74 1

Musictheaterdance 10 5 006 03 35 12 59 1

Multi-use assembly 75 38 006 03 100 8 41 1

Food and Beverage Service

Restaurant dining rooms 75 38 018 09- 70 10 51 2

Cafeteriafast food dining 75 38 018 09 100 9 47 2

Bars cocktail lounges 75 38 018 09 100 9 47 2

General

Conferencemeeting 5 25 006 03 50 6 31 1

Corridors - - 006 03 - 1

Storage rooms - - 012 06 B - 1

Office Buildings

Office space 5 25 006 03 5 17 85 1

Reception areas 5 25 006 03 30 7 35 1

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 68

Telephonedata entry 5 25 006 03 60 6 30 1

Main entry lobbies 5 25 006 03 10 11 55 1

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)室內空氣品質Indoor Air Quality(IAQ)

不同空間之通風量規範 不同空間之通風量規範

美國UBC法規 美國NBC法規 台灣建築(Uniform Building Code)

1997年(National Building Code)

1995年技術規則1996年

空間 通風量 通風量 通風量空間 通風量 通風量 通風量

住宅 04 ach臥室 10 cfm room

8 m3h廚房 100 cfm room

辦公室 4 ach 20 cfm 人 10 m3h

小學 4 ach = 20 m3h

f ft3 i 0 028 3 i國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 69

cfm = ft3min = 0028 m3min

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

環保署室內空氣品質建議值項目 建議值 單位

氧化碳(CO ) 8 小時值第 1 類 600 (體積濃度百萬分之 )

環保署已於941230

環保署室內空氣品質建議值

二氧化碳(CO2) 8 小時值第 類 600 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 1000

一氧化碳(CO) 8 小時值 第 1 類 2 ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 9

公告室內空氣品質建議值

針對CO2CO甲甲醛(HCHO) 1 小時值 01 ppm(體積濃度百萬分之一)總揮發性有機化合

物(TVOC) 1 小時值 3 ppm(體積濃度百萬分之一)

第 1 類 500 3

針對CO2CO甲醛 TVOC細菌真菌 PM10 PM2 5O3及溫度

細菌(Bacteria) 最高值第 1 類 500 CFUm3(菌落數立方公尺)第 2 類 1000

真菌(Fungi) 最高值 第 2 類 1000 CFUm3(菌落數立方公尺)

粒徑小於等於 10 微 第 1 類 60

PM25O3及溫度等十種項目加以建議

註1 第1類指對室內空氣品

質有特別需求場所2 第2類指一般大眾聚集

的公共場所及辦公大樓

粒徑小於等於 10 微

米(μm)之懸浮微粒

(PM10) 24 小時值

第 1 類 60μgm3(微克立方公尺)

第 2 類 150 粒徑≦25微米(μm) 24 小時值 100 μgm3(微克立方公尺) 的公共場所及辦公大樓

3 勞工作業場所依室內空氣污染物濃度標準不適用本建議值

之懸浮微粒(PM25) 24 小時值 100 μgm (微克立方公尺)

臭氧(O3) 8 小時值第 1 類 003

ppm(體積濃度百萬分之一)第 2 類 005

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 70

溫度(Temperature) 1 小時值 第 1 類 15 至 28 ( 攝氏)

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQVAV vs IAQ VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題 VAV(Variable Air Volume)系統衍生問題

室 內 空 氣 品 質 問 題 發 展 狀 況

室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期室內空氣品質(IAQ)問題在1970年代末期到l980年代初期

才較被注意到對於IAQ的發展主要兩個狀況是

提供建築空調最通常的方法 具有下列 種特性 提供建築空調最通常的方法具有下列4種特性

bull 以改變調節空氣的溫度而非改變風量來達到容量可變的目的

bull 室外空氣直接由AHU或調節機導入回風流

bull 空氣分佈系統之總空氣循環率設計為每小時6至8次或每平方

呎l C呎l CFM

bull 大部份建築外殼(Building envelope)會洩漏或熱品質較差

技術的演變日新月異

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 71

技術的演變日新月異

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

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1

2

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2

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YZ

1

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

VAV vs IAQ 空氣循環量計算方式

)(081 srpp ttVTCVTCmQ

Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)Q = 冷房顯熱負載 (Room sensible cooling load)= 空氣循環率(Air flow rate)

tr = 室內溫度 (Room temperature)Vtr 室內溫度 (Room temperature)ts= 空氣供應溫度 (Supply air temperature)

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 72

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ決定足夠的冷房能力之參數

VAV vs IAQ 決定足夠的冷房能力之參數

V

t(=tr-ts)

V

於 年 於1948~l980年

固定風量之 而改變tV 固定風量之 而改變t

如Heat-Cool-offDual StreamReheat等

V

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 73

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

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kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

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0

1

Z

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X1

2

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YZ

1

2

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

VAV vs IAQ Heat-Cool-off (CAV)

回風經過串聯的冷排及熱排以控制供應空氣的條件

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 74

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ Dual Stream

VAV vs IAQ Dual Stream

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 75

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

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0

1

Z

0

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2

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4

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X1

2

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YZ

1

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ Reheat

VAV vs IAQ Reheat

冷空氣在部分負載時通過再熱裝置造成

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 76

能源大量耗費(可達到100之浪費量)

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

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kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

VAV vs IAQ Mixing Box應用之情況

Static system應用於VAV時

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 77

LoaddarrrarrVAV rarrOA量darrrarrIAQ Problem

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

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Z

2

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0

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1

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

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1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

VAV vs IAQ 送風風車耗能計算

hoursPV ))((

mf

hoursPVkWh

))((

kWh =風車馬達消耗能量

=空氣體積流率V =空氣體積流率

P =總壓差

ηf =風車效率

V

ηf 風車效率

ηm =馬達效率

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 78

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

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Z

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YZ

1

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

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1XY

0

1

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1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ 與 P 之關係

VAV vs IAQV 與 P 之關係

PCV 3 )(hoursVkWh

V

PCV s 2smf C

kWh

kWh與 成正比3V VAV之最大好處

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

kWh與 成正比3V

減少風車之能源消費(三次方之節約量)

可同時供應多區空調而無須同時cooling及heating

VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題 VAV是種省能系統但若設計失當造成的問題比欲解決的問題還多

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 79

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQVAV vs IAQ

VAV實際應用上的問題

送風與室內空氣混合差

不足夠的室內空氣循環量 不足夠的室內空氣循環量

當風量不足時 會有傾瀉(Dumping)的現象 導致空 當風量不足時會有傾瀉(Dumping)的現象導致空

間只有局部循環的效果間只有局部循環的效果

當負載減少時通風率跟隨減少

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 80

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

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2

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2

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YZ

1

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國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote) +3 hot

VAV vs Thermal Comfort

PMV(Predicted mean vote)

LMPMV ]0280)0360(3030[

+2 warm

+1 slightly warm

LMPMV ]0280)0360exp(3030[ 0 neutral

-1 slightly cool

-2 cool

PPD(Predicted percent dissatisfied)

2 cool

-3 cold

( p )

式中M為新陳代謝率 L為人體之熱負荷

)]21790033530(exp[95100 24 PMVPMVPPD

式中M為新陳代謝率L為人體之熱負荷

E PPD 15即代表100人中有15人感到不舒適

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 81

Ex PPD=15即代表100人中有15人感到不舒適

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

1

Z

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

1

2

3

4

5

X1

2

3

4

YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon)

VAV vs IAQ-Thermal Comfort 吸氣作用(aspiration phenomenon) 傾瀉現象(Dumping)

Reference Vector = 1 msecReference Vector = 1 msec

33

2

3

Z

2

3

Z

0

1

Z

0

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Z

1

2

3

4

5

X1

2

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YZ

1

2

3

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2

3

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YZ

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 82

0

1

0

1XY

0

1

0

1XY

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

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Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

改善的方法必須兼顧CFM及t改善的方法必須兼顧CFM及t

將空氣調節與環境舒適分開處理將空氣調節與環境舒適分開處理

混合箱觀念

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 83

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

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Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

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Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

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Heat RecoveryHeat Recovery

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Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離 通 風 管 道 與 回 風 管 道 分 離( Dedicated Outdoor Air Systems )

通風管道 通風管道SR

SR

T

Outdoor Air Ventilation Air

Filter Cooling CoilPreheat Coil Reheat CoilR

Primary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 84

T

S

Primary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

回風管道回風管道

Mixing Box

Supply Air

Filter Cooling Coil

Return AirVAV Air Handling Unit For Constant or

Reset Temperature Supply Air

Secondary Air System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 85

Secondary Air System

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

VAV vs IAQ-解決方案與實例VAV vs IAQ-解決方案與實例

PrimarySecondary System

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 86

PrimarySecondary System

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Heat Recovery靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道 以隔板與密封

Heat Recovery 靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封

裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向

這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點 這種設備本身不須有動力 維護簡單 為其主要優點

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 87

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Heat Recovery轉輪式全熱交換器

Heat Recovery 轉輪式全熱交換器

需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高

適用於較大型或外氣集 適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱

全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 88

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

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Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 89

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

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Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

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Heat RecoveryHeat Recovery

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Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

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Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Heat RecoveryHeat Recovery 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下 全熱交換器操作原理及應用可簡述如下

靜態交叉流式之全熱交換器內有許多平板之流道以隔板與密封裝置將兩股流分開在每個平板之兩側流向為交叉方向平板多以可滲透之纖維製成一邊吸收之水就可以滲透到另一邊讓另一股流帶出全熱交換器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要器這種設備本身不須有動力維護簡單為其主要優點

轉輪式需用一個小馬達造成這種蜂巢輪之轉動轉輪式之優點為交換效率高適用於較大型或外氣集中處理之系統如用於中央空調之空調箱 全熱交換器可處理之系統如用於中央空調之空調箱全熱交換器可與小型空調系統配合使用可以達到省能又維持高新鮮空氣之目的

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 90

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

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Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

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Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

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Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Heat Recovery 熱回收之設計例

Heat Recovery 熱回收之設計例

在 70 之交換效率下可將外氣焓值自 206 kJkg 降至15 3 kJkg節約70之外氣耗能降至153 kJkg節約70之外氣耗能

排氣

給氣

乾球溫度275絕對濕度00142 kgkg相對濕度 62熱焓 153 kcalkg

空調裝置

排氣

乾球溫度32絕對濕度00211kgkg

全熱交換器

室內

乾球溫度260絕對濕度00105 kgkg相當濕度 50

置外氣

相當濕度 70熱焓 206 kcalkg

室內空氣

熱焓 126 kcalkg

交叉流式全熱交換器之應用

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 91

交叉流式全熱交換器之應用

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

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Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

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Heat RecoveryHeat Recovery

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Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 97

自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Heat Recovery Heat Recovery Loop

Heat Recovery Heat Recovery Loop

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 92

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

Foundry Application

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 93

Heat RecoveryHeat Recovery

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 94

Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 95

Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 96

Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

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Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

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air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

Heat Recovery Heat recovery loops that preheat makeup air

with exhaust air can cut costs in bull dings usinglarge amounts of outside airlarge amounts of outside air

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Heat RecoveryHeat Recovery

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Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

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Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

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自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

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For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

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Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

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air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

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A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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局面

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Heat RecoveryHeat Recovery

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Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

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Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

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Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

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less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

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During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

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Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

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air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

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A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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局面

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(02) 27712171 ~3509

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Air EconomizerAir Economizer Temperature air economizer control Temperature air economizer control

(a) outside weather regions and (b) temperature air economizerair economizer

AA

B

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

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Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

21F

自動風門二氧化碳感測器

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自動風門二氧化碳感測器

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

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Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

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air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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局面

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(02) 27712171 ~3509

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Air EconomizerAir Economizer Enthalpy air economizer control Enthalpy air economizer control

(a) outside weather regions and (b) enthalpy air economizereconomizer

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控制

21F

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Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

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Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

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結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

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局面

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Air Economizer外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

Air Economizer 外氣引入控制與裝設室內二氧化碳濃度

控制

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Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

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The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

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Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

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air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Water EconomizerWater Economizer Water economizer control Water economizer control

(a) outside weather regions and (b) water economizer of an indoor PUeconomizer of an indoor PU

WB Line

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 98

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

-END-敬請指教

柯明村mtkentutedutw

(02) 27712171 ~3509

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 105

Comparison of AirWater E iEconomizersThe advantages of the air economizers overThe advantages of the air economizers over

water economizers include the followingd i li i i d Indoor air quality is improved

The energy input to an air conditioning systemh i i i i l 20that uses an air economizer is approximately 20

less than that for a water economizerTh li i l k The cooling tower requires less makeup waterfewer water treatments and reduced maintenanceLess maintenance work is required for theLess maintenance work is required for theprecooling water system

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 99

Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

RA

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 102

Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

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(02) 27712171 ~3509

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Comparison of AirWater E iEconomizers The disadvantages of air economizers are as follows The disadvantages of air economizers are as follows

For an AHU or PU located in the interior core fan room and used toserve several floors in a high-rise building the large vertical shaftsused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofused to transport the outdoor air and exhaust air often occupy a lot ofvaluable rental space

When outdoor weather suddenly changes the space air may alsoproduce corresponding fluctuations Building pressurization is not asp p g g pstable as with a water economizer

During the winter season the intake of drier outdoor air always resultsin a lower space relative humidity than when using recirculating airH idifi i b i dHumidification may be required

For packaged units the first cost of an air economizer is about 25 to45 of the installation cost of the packaged unit For a watereconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofeconomizer the first cost is only about 10 of the installation cost ofthe PU

Coil freezing protection is more critical in locations where the outdoorair temperature drops below 32

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 100

air temperature drops below 32

Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

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溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

局面

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Advantages of Using EconomizersAdvantages of Using Economizers

無 論 使 用 Air Economizer 或 Water無 論 使 用 Air Economizer 或 WaterEconomizer 都 可 比 不 使 用

i 節能Economizer節能15~40

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 101

Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

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A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

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Free CoolingFree Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling Analysis of Using Outside Air For Free Cooling

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Free CoolingFree Cooling For the use of free cooling to reduce refrigeration For the use of free cooling to reduce refrigeration

ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 103

結 語結 語

溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

國立台北科技大學 能源與冷凍空調工程系 柯明村 P 104

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ASHRAEIES Standard 901 specified that each airsystem should include either of the followingsystem should include either of the following A temperature or enthalpy air economizer to provide 85

of design supply flow for outdoor air intake andof design supply flow for outdoor air intake andrecirculating air

A water economizer using direct-indirect evaporativeA water economizer using direct indirect evaporativecooling that is capable of replacing refrigeration entirelywhen outdoor air is 10 dry bulb and 7 wet bulb andbelow

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溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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溫室效應 全球氣候變遷問題已嚴重影響溫室效應全球氣候變遷問題已嚴重影響全球人類生存的安全並威脅永續發展

為此各國皆積極提出因應對策節約能源實為刻不容緩源實為刻不容緩

我國政府亦提出永續能源發展政策包括補助 獎勵 甚至管理面向 國人應積極補助獎勵甚至管理面向國人應積極配合因應

共同創造「能源經濟環境」3E三贏之局面

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