工研院能資所節水服務團

工廠效率用水管理技術介紹

盧文俊1 陳伯榕

2

1.工業技術研究院研究員 2.工業技術研究院副工程師

摘要 台灣地區由於經濟持續發展，各標的需水量逐年增加，惟因水庫興建日漸困

難，地下水嚴重超限使用，加之水源污染日漸嚴重，以致於可直接引用之水源日

益減少，因此，產業缺水之風險因而日益提高。 工廠效率用水管理系統係一套非常適合工廠的管理作業工具，除可提供前端

用排水資料即時監控，協助工廠運用水平衡測試技術進行用水與排水相關資料清

查，建立全廠用排水資料庫，並提供後端用水相關統計分析與用水效率指標計

算，將可逐年提升工廠用水效率，進而減少不必要浪費，達到合理利用的目標。

一、前言

水在自然環境中是一種可以更新的資源，依靠著太陽的能量，在岩石圈、大

氣圈、海洋間不斷的循環。因此，在傳統的觀念裡，水資源是取之不盡用之不竭

的上天恩賜。但是隨著世界人口的增長，工業、農業生產的用水量激增，加以水

質嚴重的污染破壞，水資源已面臨了涸竭的危險。根據預測到公元 2000 年全世

界的耗水量將是目前的 3 倍，依照現在用水的增長率計算，到公元 2100年，所

有河水將被取用殆盡，或因污染而不能利用，到公元 2230 年，岩石圈中的全部

貯水也將被耗盡，地球上可供利用的水資源將濱臨涸竭。為不使人類淪入此等窘

境，世界各國都把合化用水以提高水的有效利用率當成重要施政加以推動，並揭

櫫以加強水的重複利用、有效控制水污染、保護有限水資源為重要手段，並朝向

實現完全閉路用水及無廢的零排放等理想目標努力。

台灣地區近年來人口不斷增加，工商業發展迅速，對水資源的需求也急劇增

加，依據行政院經建會的預估：到公元 2000 年台灣的工業用水與公共給水需求

量將比目前增加 30～40％，而工業用水量的成長預估，則由民國 79 年的 16 億

噸，到民國 89年的 20.5 億噸，增加為目前的 1.28 倍。而同時期台灣地區的工

業污水量已佔了總污水量的 62%，且多逕自排放入河川，污染所致使可以利用的

水資源明顯減少。台灣在面對產業不斷蓬勃發展，而水資源的開發與供水又趨於

極限的環境下，水資源集約利用是必然的一條路。

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(一)工廠層級的工業用水管理課題 工廠用水是工業用水的最基本組成，理論上工廠用水的管理，最終的目標是

在追求水資源利用的合理化，使得企業得以永續發展。然而在自由開放的市場經

濟體系下，工廠的經營常被偏導到「創造利潤」為主，因此用水管理的考量就由

此而被誤導了。所以工廠層級的用水管理課題，雖然有許多字義上與工業區層級

的用水管理課題雷同，但其追求之涵與各種限制卻有很大差別，茲分述如下： 平常時期的高效率用水管理。

缺水期的緊急用水管理與應變措施。

自汲水源的穩定性與可靠度。

廠內（區）的再利用落實。

減少污水處理及排放。

最低成本化的整合用水管理。

（二）工廠效率用水管理技術發展 台灣地區由於經濟持續發展，各標的需水量逐年增加，惟因水庫興建日漸困

難，地下水嚴重超限使用，加之水源污染日漸嚴重，以致於可直接引用之水源日

益減少，因此，產業缺水之風險因而日益提高。本研究乃特別針對工廠用水管理

面進行管理技術發展，期望能擬定發展出一套適合工廠的管理作業方法及管理工

具。

在落實工廠整體用水合理化利用方面，進行全廠相關用水資料清查是必須採

取的前置步驟，透過調查工廠各製程單元或次系統單元的用水情形，可提供水管

理部門人員統計工廠用水、排水之水量與水質，藉由系統化之水平衡分析方法，

及早獲得可能浪費或有管線洩漏的相關訊息。

藉由「效率用水管理系統技術」發展，提供工廠用水人員管理技術與工具，

採用組織分工及進行全廠用水與排水相關資料清查作業，建立全廠用水資料庫與

用水效率自動統計分析，提供工廠管理者在考慮不同回用方案，各用水考核指標

值的變動下，規劃回用方案順序作業之用。

目前所建立之效率用水管理系統技術包括:

1.水平衡分析技術；

2.流量資料自動擷取傳輸技術；

3.效率用水資訊管理技術。

上述技術可視工廠用水情況，在進行評估後選擇適合之技術進行應用，使工

廠能逐步擺脫缺水所造成的困擾，並強化工廠面臨水量不足時因應的能力。在應

用「效率用水資訊管理技術」所需要的工廠用水資料，簡單來說只要工廠有水平

衡圖和對應的流量資料，均能應用此項技術對工廠用水採取長期效率管理的措

施。而工廠效率管理措施的實行，有助於將大量用水資料的儲存、統計、繪圖、

分析等長期性工作，應用資訊技術，藉由考核指標值的顯示，可提升管理人員進

行節水回用方案的評估，及資料長期建檔的意願，如此將可逐年提升工業用水使

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用效率，並減少浪費，達到合理利用的目標，以應付日益艱困的用水環境及缺水

緊急應變方案的研擬。

二、效率用水管理概念

工廠用水管理基礎的建立，應從工廠製程單元及各用水單元之水質水量資料

清查做起，內容包括供水資料、用水資料、回用資料、排水資料及基本資料。這

些資料是工廠用水合理化評估技術的基礎，有了上述資料，應用系統化的評估程

序，及科學統計的精神，提供水平衡分析之流量平衡計算資料來源，以「水平衡

原理」做為追蹤用水流程的理論基礎。在節水潛力作業中，將各回用方案提出，

由工廠管理決策階層依當時供水資料需求及未來用水持長估算，擬定回用設計方

案，以做為因應措施，並將資料建檔以做為未來追蹤考核管理之用。 效率用水之考核乃針對工廠所有用水單位的取水、用水以及排水，利用科學

且合理的定量指標來反應出用水單位之用水情況與用水效率。 工業用水效率的評估，在合理化用水或提高用水中，是相當重要的一環，定

性的評估方法已不敷社會的急速變遷與技術的不斷進步之所需，故定量的評估方

法是目前我們所急需的，其不但要能描述目前之用水情況，又能發現重要的方法

與決策來提昇用水效率。 工廠效率管理措施的實行，有助於將大量用水資料，藉由水平衡分析與考核

指標值的顯示，可提升管理人員進行節水回用方案的評估，如此將可逐年提升工

業用水使用效率，並減少浪費，達到合理利用的目標，以應付日益艱困的用水環

境及缺水緊急應變方案的研擬。

（一）水平衡系統分析 工業用水效率的評估，在合理化用水或提高用水中，是相當重要的一環，定

性的評估方法已不敷社會的急速變遷與技術的不斷進步之所需，故定量的評估方

法是目前我們所急需的，其不但要能描述目前之用水情況，又能發現重要的方法

與決策來提昇用水效率，而且不同城市與不同地區之工業用水情形也可以加以比

較。

工廠用水管理基礎的建立，應從工廠製程單元及各用水單元之水質水量資料

清查做起，內容包括供水資料、用水資料、回用資料、排水資料及基本資料。在

工廠中水的回收再利用，依下圖所示可定義出回收利用(Reuse)、循環利用

(Recycling)與逐級利用(Cascade)，在此也有必要加以釐清。

其中跨製程單元(process unit)的再利用，不論有沒有處理均稱為回收利用

(Reuse)，如圖中之(f)、(g)、(l)、(k) 等均屬之。而在同一個製程單元內的再

利用，也不論有沒有處理都稱為循環利用(Recycling)，如圖中之(a)、(b)、(d)、

(e)、(i)、(j) 等均屬之。若由製程中的第 i 個製程單元用完，再推至第 i+1 個

製程的再利用者，稱為逐級利用(cascade)，如圖中之(c)、(h)、(m) 等就屬之。

但在工廠實際用水系統中，逐級利用單元一般不易確認，容易增加管理人員統計

上的誤差，因此本系統技術將區分循環利用與回收利用(納入逐級利用)等二個水

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量別名詞，作為用水量統計上的參數。

unit 2. unit 3.unit 1.

(f)

(g)

(c)

(a)

(b)

(d)

(e)(l)

(k)

(h)

(j)

(i)

(m)‧‧‧‧

圖 2-1 回收利用的不同涵義觀念示意圖

應用系統化的評估程序，及科學統計的方法，提供水平衡分析之流量平衡計

算資料來源。以「水平衡原理」做為追蹤用水流程的理論基礎，計算出用水效率

考核指標，可顯出工廠用水情形，提供用水管理所需實行的節水措施。 所謂水平衡原理，就是指一個用水單元的輸入水量的和，等於輸出水量之

和。因此如果「用水單元」為工廠，就叫工廠水平衡。

工廠

[循環(RCW)+回用(RUW)]

消耗水量(CW)

產水量(PW)

總

用

水

量

(GW)

原始取水量(IW) 排放水量(DW)

重複利用水量(RW)

輸入水量 輸出水量

圖 2-2 工廠水平衡系統分析示意圖

以整個工廠角度觀之，任何一個工廠的各種水量在同一時段均應保持輸入與

輸出之平衡，並依工廠水平衡的原理推導，其中： 輸入：總用水量(GW)＝原始取水量(IW)＋重複利用水量(RW) ..................（1）

輸出：總用水(GW)量＝消耗水量(CW)＋排放水量(DW)＋重複利用水量(RW) ......（2）

水平衡：原始取水量(IW)＝消耗水量(CW)＋排放水量(DW) ....................（3）

其中：重複利用水量(RW)＝循環水量(RCW)＋回用水量(RUW) ..................（4）

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其中：產水量(PW)＝循環水量(RCW)＋回用水量(RUW) ........................（5）

亦即 原始取水量＝消耗水量＋排放水量

值的一提的是圖 2-2 的水平衡系統分析示意圖是將工廠視為一的獨立的系統，系統有水量輸入與水量輸出並達到平衡狀態；往下同理也可將工廠內各單元

視為一個個獨立的系統，所有各單元之輸入水量與輸出水量總和在瞬間應等於工

廠系統的輸入與輸出水量；往上同理也可將工廠(業區)視為一個個各單元獨立的系統，所有各單元之輸入水量與輸出水量總和在瞬間應等於工業區(國家工業用水)系統的輸入與輸出水量。

（二）水平衡測試方法 在前述章節中曾對水量平衡原理加以描述，所謂水平衡原理，就是指一個用

水單元的輸入水量的和，等於輸出水量之和。 要得到水平衡的各項數據，必須進行水量測試，進行水量測試的目的是為了

促進工廠節水減污，希望用較少的水量消耗，生產較多的產品，創造更大經濟效

益，並減輕缺水的壓力。

1.測試方法 以下介紹在現場進行水平衡測試方法：

（1）儀錶法：透過水錶或儀器取得用水數據是最基本、最實用、及最主要

的方法，工廠內部如能在各單元設備用水、產水與排水點皆安

裝儀錶，將可達到對工廠用水百分之百的測試。

（2）容積法：部份用水量小，管路不便裝設儀錶進行測試的用水單元設備，

透過有足夠容量、有刻度的水桶和計時器，在一定的時間內將

出水量引入桶中，在不溢滿的情況下，可得到單位時間所用的

水量。

（3）浮標法：工廠部份排水管路是以開放渠道的方式進行排水，而此法特

別適用於這種情況，方法是測量通過管渠中的水流速度來計算

水量，此法以表面流速代替斷面平均流速有一定的誤差，在流

速越少時需進行修正。

（4）估算法：適用於較難測量的間斷性用水單元設備，方法是先測出單位

時間的用水量，乘以每日估計使用的時間，即可得到日用水

量；另法是以單元設備的批次作業次數，乘以單元批次作業用

水量，即可得到日用水量。

（5）平衡法：根據一個用水單元設備的收、支平衡原理計算，必須是在無

洩漏的情況下，才可以使用，適用的對象是無法安裝計量儀錶

的情況下，無規律間斷式的用水設備。

（6）銘牌法：部份設備可知抽水馬達的馬力，乘上抽水時間，即可得到日

用水量。

資料在經過蒐集整理及補充之後，可分別表列出工廠供水資料表、用水資料

表、用水循環資料表、回用資料表、消耗用水資料表、排水資料表與基本資料表，

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這些資料表的設計，考慮到工廠內各用途別之用水量，即間接冷卻水、鍋爐用水、

製程用水、生活用水與其他用水等五大類，可說是已涵蓋各種製造業別之所有用

水單元，未來在進行用水效率評估比較時，能有共同的基礎，欲建立工廠長期用

水資料，須仰賴工廠用水管理人員能定期清查工廠內各用水點、產水點與排水點

之水量資料，如此方可提供給決策主管與工業用水主管機關，以擬定相關因應措

施。

2.測試方式 將工廠之用水相關資料建立，其中所獲得之水量資料，一部份是裝設水錶所

得；另一部份則是假設無洩漏的情況下，使用平衡計算所得；而在無水錶的情況

下，使用設備設計值進行推估；第三種進行水量平衡測試工作，瞭解實測值與水

錶測值、推估值之差距，其相對地點先以示意圖表現(見圖 3-1)，在瞭解工廠用水是動態情況，隨著工廠作息有變動，且管線有少許更換，因此不同時間所測得

之資料便會有差距。

自來水管線

1000 噸

PIT

PIT30 噸

BOOSTPUMP

OAC/QC

C/T

No.4

No.1

水錶

No.2

No.5

No.3

圖 2-3 工廠水平衡測試示意圖

（三）流量自動擷取傳輸技術 流量資料自動擷取與傳輸技術除可針對工廠需要計量的管線進行定時或任

意時間的用量調查，並可針對工業區所有用排水點進行監控，瞭解各廠用排水資

料，其中計量器可以是經過中標局所認定合格或是受到主管機關認可，用水量經

過電子訊號的擷取並自動傳輸到監測介面，過程穩定可靠又可節省人工，是工廠

進行效率用水管理的最佳前端工具。在獲得各監測點用水資料後，透過效率用水

資訊管理系統的資料轉換後，將可自動計算分析其用水效率。 自動擷取傳輸系統所需硬體設備包括：由於計量器本身需進行資料傳輸，因

此電子傳動元件是相當重要的部份；而流量整合介面與中央伺服器則與所有電子

式計量器構裝成「流量資料自動擷取傳輸裝置」；而所需軟體功能包括：提供使

用者進行遠端用水資料擷取，可由使用者進行擷取時間設定或是不定時進行稽

查。經由軟體透過通訊介面進行傳呼時，計量器的電子傳動元件將收到對方要求

傳送用水資料訊號，而將資料傳回，並可透過統計功能進行用水量的計算。

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自來水進水口監測點 其他用水監測點製程用水監測點

電子式水表 電子式水表 電子式水表…

資料擷取轉換系統

廢水排放口監測點

超音波流量計

圖 2-4 工廠流量資料自動擷取傳輸系統架構

（四）效率用水資訊管理技術 將工廠用水資料及後續分析功能需求，進行「工廠效率用水資訊管理系統」

工具的發展，可提升工廠用水管理人員進行節水評估，及資料長期建檔的意願，

如此將可逐年提升工廠用水使用效率，並減少浪費，達到合理利用的目標。在此

項「工廠用水效率管理資訊系統」研究發展過程中，以工廠用水資料庫、用水現

況展示、水平衡分析與「簡易交談式專家法則」的節水潛力評估方法建立為首要

工作項目。 系統所規劃建立的資料庫，沿用水平衡分析技術所定義之水源別、用途別、

水量別等名詞，並將水平衡分析方法資訊化，提供工廠用水管理人員所需的用水

資訊，包括單元用水資料總表、各類用水匯總表、水平衡圖及考核指標值等。以

下介紹資訊系統發展方法及發展工具之應用，並說明成果內容。 於工廠端效率用水資訊管理系統的發展，係以工廠用水資料及後續分析功能

需求為主，可透過遠端控制隨時掌握廠內各監控點之用水動態及工廠長期用水資

料建檔的意願，如此將可逐年提升工廠用水使用效率，達到合理利用的目標。 上述技術可視工廠用水情況，在進行評估後選擇適合之技術進行應用，使工

廠能逐步擺脫缺水所造成的困擾，並強化工廠面臨水量不足時因應的能力。在應

用「效率用水資訊管理技術」所需要的工廠用水資料，簡單來說只要工廠有水平

衡圖和對應的流量資料，均能應用此項技術對工廠用水採取長期效率管理的措

施。而工廠效率管理措施的實行，有助於將大量用水資料的儲存、統計、繪圖、

分析等長期性工作，應用資訊技術，藉由考核指標值的顯示，可提升管理人員進

行節水回用方案的評估，及資料長期建檔的意願，如此將可逐年提升工業用水使

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用效率，並減少浪費，達到合理利用的目標，以應付日益艱困的用水環境及缺水

緊急應變方案的研擬。

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三、應用案例介紹

目前工廠效率用水管理系統曾透過水資源局節水計畫建置於旺宏電子、飛利

浦中壢廠、飛利浦建元廠、中華映管桃園廠、台灣佳能等廠，亦透過工業局工業

區用水管理計畫建置於大社工業區之台橡及、中石化。

（一）示範工廠之用水監控現場設置作業

1.選定用水監測點及建置： 工作小組經過現勘，並與用水管理部門人員討論後，監測點之選定：公司監

測自來水進水端（自來水水表）、冷卻水塔 A及 B之進水端廢水排放口等四個點，

並進行監測點更換電子式水表之工作（如圖 3-1、3-2），以利監測系統進行監測。

圖 3-1 冷卻水塔 A 更換之電子式水表

圖 3-2 大連公司冷卻水塔 B 更換之電子式水表

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2.流量自動擷取與傳輸模組建立與功能測試 目前在大連公司之流量自動擷取與傳輸模組建立與功能測試工作包括訊號

傳輸線之拉線工程（如圖 3-3）、訊號通路之測試（如圖 3-4）、資料擷取轉換系統之建置（如圖 3-5）、流量擷取模組之測試（如圖 3-6）。

圖 3-3 訊號傳輸線之拉線工程 圖 3-4 訊號通路之測試

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圖 3-5 資料擷取轉換系統之建置 圖 3-6 流量擷取模組之測試

流量資料自動擷取與傳輸技術除可針對工廠需要計量的管線進行定時或任

意時間的用量監控，流量經過電子訊號的擷取並自動傳輸到監測介面，是工廠進

行效率用水管理的最佳前端工具。案例工廠之水表訊號分別為廢水排放水表

--4~20mA 與自來水水表--RS-232 之格式，為因應不同的訊號格式輸出，分別撰寫讀取廢水水表及自來水水表之程式，模組功能畫面如圖 3-7。水表流量數值透過訊號傳輸至資料擷取轉換系統進行流量資料轉換，提供各監測點當下之用水資

料，將可提供效率用水管理模組分析其用水效率。

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圖 3-7 流量自動擷取與傳輸模組功能畫面

3.效率用水管理分析模組建立與功能測試。 工廠用水實行效率管理，有助於大量用水資料之儲存、統計、繪圖、分析等

長期性工作，本研究結合資訊技術之應用，藉由水平衡之分析、考核指標之分析

等管理工具，提升管理人員進行節水回用方案的評估及資料長期建檔之意願，如

此將可逐年提升工廠用水使用效率。分析模組包括水平衡分析（工廠用水平衡

圖、用水單元水平衡測試、用水用途水平衡測試）、用水資料統計（水源供需結

構、用水用途結構、用水相關趨勢）、考核指標計算。

（二）工廠效率用水管理系統成果 根據前述規劃與專家、示範工廠用水管理相關人員溝通討論後，進行整合流

量自動擷取與傳輸與效率用水管理分析模組之工作，目前系統之雛形建置主要功

能如下：系統管理模組、效率用水管理模組、資料庫管理模組、流量監控模組及

輔助說明模組等五個功能模組（如圖 3-8）。

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圖 3-8 工廠效率用水管理系統主要功能畫面

1.水平衡圖

冷卻水塔B

冷卻水塔A

純水採水系統 VA場

鍋爐&焚化爐

廢水處理廠

工業區污水處理場

WF

消耗 WF

消耗

WF

WF

WF

自來水儲槽WF自來水

WF

WF

WF

WF

SF

WF

蒸汽

WF

WF EVA場

WF

中化蒸汽

消耗

消耗

生活用水

其他用水

蒸汽冷凝水

消耗

消耗

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圖 3-8 工廠水平衡圖

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2.各類用水匯總表 資料來源：2000/2

項目名稱 原始取水

量 I

循環水量

RC

回用水量

RU 輸入水量 輸出水量

產水量

P

消耗水量

C

排放水量

D

間接冷卻水 C 22851 1120000 0 1142851 1142851 1120000 16709 6142

鍋 爐 用 水 B 763 0 4964 5727 5727 4964 602 161

製 程 用 水 P 12629 0 0 12629 12629 0 0 12629

生 活 用 水 L 250 0 0 250 250 0 0 250

其 他 用 水 O 21 0 0 21 21 0 0 21

合 計 T 36514 1120000 4964 1161478 1161478 1124964 17311 19203

3.效率用水管理考核指標 (1) 全廠回收率(重複利用率):

%86.9611614781124964

GTRUT+RCT=RT == 　

(2) 全廠回收率(不含冷卻水塔循環量):

%97.111120000-11614781120000-1124964

RCC-GTRCC-RUT+RCT=RTE == 　

(3) 間接冷卻水循環率:

98.00%=11428511120000 =

GCRCC=CR 　

(4) 製程用水回用率:

%00.012629

00GP

RUP+RCP= =+=PR 　

(5) 鍋爐用水回用率:

%68.865727

49640GB

RUB+RCB=B =+

=R 　

(6) 單位產值原始取水量:

萬元噸產值

＝ / 216.57000

36514==

ITRV 　

(7) 單位員工原始取水量:

月人噸員工人數＝ // 47.072

17636514

==ITRE 　

(8)排水率:

%59.253651419203=

ITDT

d ==R 　

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四、結語

1. 本文所探討之工業用水效率管理考核指標，已將工業用水分類成間接冷卻水、鍋爐用水、製程用水、生活用水及其他用水等五類，充份考慮

到各種工業用水特性，儘可能降低其複雜度，可讓工廠水管理人員輕

易將工業用水單元歸納整理，應用「水平衡原理」進行水量管理，從

工廠推廣到工業區，及國家工業用水管理，如此對中國大陸工業訊用

水的資料與資訊流通能貫通相連，且可根據此資訊進行工廠用水效率

管理、區域水資源調配、及國家工業用水政策的制定，達成工業用水

管理的目標。

2. 目前已建立之效率用水管理系統技術包括：(1)水平衡分析技術；(2)流量資料自動擷取傳輸技術；(3)效率用水資訊管理技術，若能將上述

系統技術應用於實際工作中，對提升工廠用水效率將有相當程度的幫

助。

3. 在應用「效率用水資訊管理技術」所需要的工廠用水資料，簡單來說只要工廠有水平衡圖和對應的流量資料，不論以五種用途別所繪製的水

平衡圖，均能應用此項技術進而對工廠用水進行管理。

參考文獻

1. 盧文俊，工業用水回收率之探討，加工出口區節約用水研討會教材，民國八十九年七月。

2. 工研院能資所，工業區用水管理體系建立（3），經濟部工業局，民國八十九年七月。

3. 工研院能資所，工業區用水管理體系建立（2），經濟部工業局，民國八十八年六月。

4. 工研院能資所，工廠效率用水管理系統技術報告，經濟部技術處，民國八十六年九月。