中華民國吹風機節能標章能源效率特稿 /彭美珠 陳玉芬 簡國祥 林振源 撰...

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特稿 / 彭美珠 陳玉芬 簡國祥 林振源 冷凍空調&熱交換\98.9\第 92 期 1 吹風機能源效率測試標準探討 本研究主要針對現有節能標章所規定之吹風機能源效率測試方法及能效標準進行檢 討及修正,以提高測試方法或是能效標準之準確性及適用性。測試時,將吹風機固定在 以電木材料作成的夾具上後並與AMCA 210-99 上所規定之標準風洞連接。測試開始時, 將吹風機設定在最大之風量,並量測吹風機出口截面下游處電木風道內之空氣溫升與流 量隨時間變化。訂定吹風機能源效率(useful energy ratio, UER)作為吹風機能源效率基準, 其為吹風機以最大風量運轉 10 分鐘後,再運轉 5 分鐘內加熱空氣所吸收總熱量與吹風機 本身所消耗總電能之比值。實驗同時探討測試之起始條件、空氣溫升與吹風機風量對於 UER之影響。實驗結果證明,吹風機夾具壁溫對於UER再現性有很大之影響,因此每次 實驗前必須確認夾具壁溫需降至與室溫相同,如此即可有效提高UER之再現性。此外由 於部分類型吹風機之風場不均勻性很高,藉由增加溫度量測點增加吹風機出口下游空氣 平均溫度量測之準確度。實驗也發現,在進行UER計算時,夾具之吸熱效應不能被忽 略。測試 10 支吹風機樣品後,發現當考慮夾具之吸熱效應時,UER值與吹風機之風量、 口徑與功率大小等變數無關,未來將再增加測試樣品數,期望可以提供一合理之吹風機 能效分類基準。此外,同時介紹國際電工委員會之手提式吹風機IEC61855 之測試方法, 作為未來吹風機能效測試方法之可能選擇之一。 關鍵字:吹風機、能源效率、節能標章、熱電偶 一、前言 隨著經濟成長、國民生活所得提高 與生活品質提升,家庭基本家電種類增 多,每到夏季則造成電量使用的高峰, 能源局為落實節約能源之工作,加強宣 導家庭節約能源,因此於經濟部能源局 節能標章網站[1] 增列了家電節能標章產 品之選用資訊,其中包括空調機、電 視、冰箱、洗衣機、電鍋、照明設備、 乾衣機、熱水瓶、吹風機等等常使用的 家電產品,使民眾能夠透過標章網站, 選購到能源效率高且省電的產品。 吹風機是非常普及且價格相對便宜 的小家電,幾乎每個家庭都會有一把甚 本資料來源為工研院能源與環境研究所出版之冷凍空調&熱交換雙月刊,若有冷凍空調相關問題歡迎洽詢03-5914222

Transcript of 中華民國吹風機節能標章能源效率特稿 /彭美珠 陳玉芬 簡國祥 林振源 撰...

  • 特稿 /彭美珠 陳玉芬 簡國祥 林振源 撰

    冷凍空調&熱交換\98.9\第92期 1

    吹風機能源效率測試標準探討

    摘 要

    本研究主要針對現有節能標章所規定之吹風機能源效率測試方法及能效標準進行檢

    討及修正,以提高測試方法或是能效標準之準確性及適用性。測試時,將吹風機固定在

    以電木材料作成的夾具上後並與AMCA 210-99 上所規定之標準風洞連接。測試開始時,將吹風機設定在最大之風量,並量測吹風機出口截面下游處電木風道內之空氣溫升與流

    量隨時間變化。訂定吹風機能源效率(useful energy ratio, UER)作為吹風機能源效率基準,其為吹風機以最大風量運轉 10 分鐘後,再運轉 5 分鐘內加熱空氣所吸收總熱量與吹風機本身所消耗總電能之比值。實驗同時探討測試之起始條件、空氣溫升與吹風機風量對於

    UER之影響。實驗結果證明,吹風機夾具壁溫對於UER再現性有很大之影響,因此每次實驗前必須確認夾具壁溫需降至與室溫相同,如此即可有效提高UER之再現性。此外由於部分類型吹風機之風場不均勻性很高,藉由增加溫度量測點增加吹風機出口下游空氣

    平均溫度量測之準確度。實驗也發現,在進行UER計算時,夾具之吸熱效應不能被忽

    略。測試 10 支吹風機樣品後,發現當考慮夾具之吸熱效應時,UER值與吹風機之風量、

    口徑與功率大小等變數無關,未來將再增加測試樣品數,期望可以提供一合理之吹風機

    能效分類基準。此外,同時介紹國際電工委員會之手提式吹風機IEC61855 之測試方法,

    作為未來吹風機能效測試方法之可能選擇之一。

    關鍵字:吹風機、能源效率、節能標章、熱電偶

    一、前言

    隨著經濟成長、國民生活所得提高

    與生活品質提升,家庭基本家電種類增

    多,每到夏季則造成電量使用的高峰,

    能源局為落實節約能源之工作,加強宣

    導家庭節約能源,因此於經濟部能源局

    節能標章網站[1]增列了家電節能標章產

    品之選用資訊,其中包括空調機、電

    視、冰箱、洗衣機、電鍋、照明設備、

    乾衣機、熱水瓶、吹風機等等常使用的

    家電產品,使民眾能夠透過標章網站,

    選購到能源效率高且省電的產品。

    吹風機是非常普及且價格相對便宜

    的小家電,幾乎每個家庭都會有一把甚

    本資料來源為工研院能源與環境研究所出版之冷凍空調&熱交換雙月刊,若有冷凍空調相關問題歡迎洽詢03-5914222

    http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%9B%BD%E9%99%85%E7%94%B5%E5%B7%A5%E5%A7%94%E5%91%98%E4%BC%9A

  • 特稿

    根據 96 年公告後至今之實施現況進行檢討,發現有幾個問題需要檢討及修

    正,包括現有能效 UER(Useful Energy Ratio)之計算公式過於複雜、UER 再現性差及現有能效標準依照吹風機口徑大

    小進行分類似乎不太合理,因此本文針

    對吹風機現有測試方法及能源效率規範

    進行檢討及修正,希望能提高現行測試

    方法之再現性與準確性,簡化能源效率

    計算公式,並針對現行吹風機節能標章

    能效分類基準之合理性進行檢討。

    至更多,根據台電反映季節供電成本

    6~9 月用電適用夏月電價鼓勵節能網站[2],97 年夏月用戶平均用電量為每月421 度。假設ㄧ家四口,每人每日平均使用吹風機 3 分鐘,則每戶每月的用電約為 5.2 度,吹風機所造成的耗電佔家庭每月用電量的 1.23%。雖然佔整個家庭用電量的比例不如其他家電產品(如冷氣、冰箱等)來的高,但因吹風機的數量非常多,且用於商業用途,例如美髮業

    者所使用的時間及數量也可能累計成非

    常可觀的電量。因此對於吹風機的能源

    效率管制也相對顯得重要。 二、吹風機能源效率測試方法

    1. 中華民國吹風機節能標章能源效率基準

    搜尋世界各國的能源測試標準,包

    括美國能源之星、加拿大 ENERGUIDE、日 本 Energy Conservation Performance Catalog、澳洲 Energy Labeling (Rating),都沒有進行吹風機能源效率之評比。而

    國際電氣聯盟(IEC),則是在 2003 規定手 提 式 吹 風 機 乾 燥 速 率 之 測 試 方 法

    IEC61855[3],但未制訂能源標準。雖然我國標準檢驗局在民國 79 年 6 月公布CNS3714(C4122)之手提型頭髮吹風機(Hand-Supported Hair Dryers)安全測試標準,並在第 7.3 節中規定消耗電功率試驗,是在吹風機最大消耗電功率之狀

    態下進行測試,但是此方法也未規定能

    效基準。根據此測試基準,能源局委託

    工研院進行吹風機能效測試方法研究,

    在民國 92 年公告第一版之吹風機能源測試標準。根據節能標章之制訂精神,原

    則上會兩年檢討一次測試標準之適用

    性,以符合鼓勵廠商提升生產高品質產

    品之意願,並逐步檢討測試標準之適用

    性,於民國 96 年 6 月再次公告第二版之測 試 方 法 及 能 效 基 準 ( 能 技 字 第09604003890 號)。

    根據能技字第 09604003890 號所規定之現行吹風機測試方法,其中除規定

    測試環境條件外,並規定能源效率 UER測試流程為:

    『以適當夾具將受測吹風機樣品與

    標準風道入口氣密性地結合如圖 1(a),並以強風模式啟動受測吹風機樣品。調

    整 AMCA 210-99[4]規定之標準風道後方之抽風扇如圖 2 所示,使零靜壓處差壓裝置指示數值約為零,之後維持系統運

    轉 10 分鐘直至系統達到類穩態為止。10分鐘後開始記錄受測樣品消耗累積電量、

    出風口下游 4 點 RTD 溫度如圖 1(b)、風道內空氣質量流率、及環境溫度值等參

    數達 5 分鐘。其中出風口下游 4 點溫度是利用 5 分鐘的資料進行平均,作為受測吹風機樣品的最後出風溫度結果值。』

    測試完成後,利用五分鐘內之平均

    風量及平均溫度計算吹風機能源效率

    UER(Useful Energy Ratio),其計算式為

    2 冷凍空調&熱交換\98.9\第92期

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  • 特稿

    冷凍空調&熱交換\98.9\第92期 3

    %100

    0

    0

    t

    t

    inoutpa

    Wdt

    dtTTCmUER

    (1)

    式中 為記錄時間內之吹風機平均

    質量流率(kg/s);Cp 為對應

    am.

    2inou 空

    氣比熱值(kJ/kg.K);Tout 為記錄時間內之最後出風平均溫度結果值 (K);Tin

    相當於環境溫度(K); tWd

    0料記

    錄時間內之受測樣品總耗電量(kJ)。記錄時間為 5 分鐘。

    ;Tout 為記錄時間內之最後出風平均溫度結果值 (K);Tin

    相當於環境溫度(K); tWd 料記

    錄時間內之受測樣品總耗電量(kJ)。記錄時間為 5 分鐘。

    t TT 之

    為資為資tt0

    規章中同時規定受測吹風機在強風

    量狀態下之能源效率 UER 實測值應符合表 1 之規定,目前能效基準以吹風機口徑為分類依據,口徑小於 50mm,UER需大於 80%,口徑大於 50mm,則 UER需大於 90%。

    規章中同時規定受測吹風機在強風

    量狀態下之能源效率 UER 實測值應符合表 1 之規定,目前能效基準以吹風機口徑為分類依據,口徑小於 50mm,UER需大於 80%,口徑大於 50mm,則 UER需大於 90%。

    圖 1. (a)測試風洞及前置吹風機夾具,及(b)溫度量測截面之溫度感測器分佈情形,數字 1-18為熱電偶, R1~R4為 RTD溫度量測點位置圖。

    圖 2. AMCA 210-99規定之標準風道示意圖

    表 1. 現行吹風機節能標章能效分類基準 吹風機口徑(mm) UER(%)

    <50 ≧80 ≧50 ≧90

    2. IEC61855 的測試方法

    目前國際上吹風機相關之測試方

    法,是國際電工委員會 (IEC: International Electrotechnical Commission)於 2003 公告之吹風機測試標準IEC61855。此測試方法不需使用標準風洞,只需再開放環境

    下量測標準布之乾燥速率。此測試設備

    及流程與國內現行之測試方法相比相對

    簡單,其測試方法簡略說明如下:

    (1) 決定人體最適吹風溫度 75℃之測試距離

    量測吹風機與溫度量測平面距離為

    25mm 及 100mm 之最高五點溫度之平均後,再以內插法決定此吹風機在產生溫

    度 75℃之量測距離如圖 3。

    (2) 計算乾燥速率(Dry rate)(g/min)

    min121 mmDR

    (b)

    (a)

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    http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%9B%BD%E9%99%85%E7%94%B5%E5%B7%A5%E5%A7%94%E5%91%98%E4%BC%9A

  • 特稿

    4 冷凍空調&熱交換\98.9\第92期

    其中,m1 為乾燥前之水重量;m2為乾燥後之水重量。量測時首先將吹風

    機位置固定在 Dd (75℃溫度位置),並將吹風機先開至最大風量持續運轉 10 分鐘後,噴灑(100.5)g 之蒸餾水在標準測試布上,並記錄標準布所吸收之水重量

    m1,再繼續運轉 1 分鐘後切斷電源,再等 5 秒後記錄剩餘水重量 m2,即可計算乾燥速率。由於 IEC61855 測試辦法是目前國際通用之吹風機測試方法,為了

    讓台灣之家電用品可以推展至國際市

    場,因此建議採用此測試方法。

    圖 3. 吹風機產生 75℃溫度測試距離決定示意圖

    三、現有測試方法的檢討及建議修

    正事項

    1. 簡化 UER 計算公式

    根據現行測試方法,測試人員在進

    行吹風機測試時,是以吹風機以強風狀

    態運轉 10 分鐘直至系統達到類穩態為止後,開始記錄 5 分鐘內,包括吹風機風量、吹風機出口空氣溫度、及吹風機耗

    累積總耗電量等隨時間變化之資訊。計

    算 方 程 式 (1) 之 分 子 項

    , 即 表 示 在 測 試

    時間 5 分鐘內之空氣被加熱後所得到之能量,而分母 即為 5 分鐘內之吹風

    機總耗能。雖然在學理上,能量為 5 分

    鐘內之累加過程,但在實際計算上,係

    利用記錄時間 5 分鐘之平均流率

    t

    inoutpa dtTTCm0

    tWdt

    0

    am 乘上上間隔時間 5 分鐘(300s),得到 5 分鐘內之總風量後,再乘上吹風機出口空氣 5分鐘內之平均溫度 (Tout),因此將空氣在 5 分鐘內被加熱後所得到之能量(Ea)表示為

    inoutPaa TTCmE 300 (2)

    而受測吹風機 5 分鐘內之總耗能Et= 為記錄顯示 5 分鐘之吹風機總

    耗電瓦時乘上 3.6。表示為 ,

    單位為 kJ。

    tWdt

    0

    ht WE 6.3

    因此 UER 方程式(1)可以簡化寫成

    %1006.3

    )(m300 a

    h

    inoutp

    WTTC

    UER (3)

    式中 am 為 5 分鐘內之吹風機平均風量,而 Wh 為受測吹風機 5 分鐘內之總耗電瓦時。

    2. 提高 UER 再現性

    在現行吹風機能源效率測試辦法所

    述能源效率 UER 測試方法,在施行上有UER 再現性差的問題,起因為現行之施行程序為:每一測試吹風機,會連續測

    試三次,每次測試間隔為 5 分鐘,取三次 UER 之平均值。而在計算 UER 時所需之吹風機出口平均空氣溫度取自三次

    測試中 4 支在測試夾具幾何重心中之白金電阻式 (RTD) 溫度感測器之平均溫度,三次測試所得吹風機出口空氣平均

    溫度隨時間變化如圖 4(a)所示。圖中顯示,第二次測試結果約比第一次高 5℃,而第三次又約比第二次高了 5℃,

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  • 特稿

    冷凍空調&熱交換\98.9\第92期 5

    測試誤差高達 6.5%,顯示測試再現性差之問題。經過驗證,認為起因是現行每

    次測試的時間間隔只有 5 分鐘,造成測試風洞內之前置夾具如圖 1(a)溫度尚未降至與室溫相同,因此會有蓄熱之現象,

    使得測試空氣溫度會一次比一次高。

    圖 4. D牌吹風機(a)測試間隔時間 5分鐘及(b)等至夾具壁溫降至與環境相同後再進行測試之三

    次測試溫度隨時間分佈圖

    為了改善此蓄熱現象,將每次測試

    間隔時間拉長到可以使風洞內之壁面溫

    度降至與環境溫度接近,確定 3 次測試之起始夾具壁溫落在室溫 3℃以內。圖4(b)為改善後之出口平均溫度與時間關係圖,顯示在確認風道測試起始溫度相同

    後,可以把三次測試之出口空氣平均溫

    度之誤差從 6.5%降至 1%,顯現出很好之再現性。表 2 為不同日期針對四種廠牌吹風機測試所得之 UER 值,UER 誤

    差值均小於 0.1%,有很好之再現性。

    因此建議在現行測試辦法所述能源

    效率 UER 測試方法中,增加 ”每次測試間隔時間需要足夠長,使吹風機夾具內

    壁溫可降至與測試環境溫度相同,兩者

    溫差須在環境溫度 3℃以內”。

    表 2. 不同測試日期所得 UER值

    廠牌 測試日期 風量

    (m3/min) 出口平均溫度

    ℃ UER (%)

    20090602 0.52 93.57 63

    20090608 0.51 93.19 63 D牌

    20090615 0.52 94.73 63

    20090603 0.45 84.65 62 S牌

    20090609 0.45 85.14 61

    20090603 1.09 69.32 81 T牌

    20090606 1.07 69.30 79

    20090527 1.19 73.74 84 P牌

    20090608 1.20 74.09 84

    3. 現行能效標準分類探討

    在進行現行測試方法能效分類檢討

    之研究時,發現現有能效分類是依照吹

    風機口徑大小為分類基準,如表 1,有需要確認分類之合理性。為得到各類型

    吹風機之正確 UER 值,測試過程中需要提高吹風機風量及出口平均溫度量測之

    準確性,分別說明如下:

    (1) 提高吹風機風量量測之準確度

    吹風機風量是利用 AMCA 210-99標準風洞進行量測,在量測時需要調整

    內建四個噴嘴之開關,使量測值落在其

    所訂定之標準值內,才能在不需要額外

    校正之情況下確保風量量測之準確度。

    根據標準風量計算流程,找出測試過程

    (a)

    (b)

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    需要確認測試範圍是否正確之主要條件

    有 3 項:

    (a)需調整內建四個噴嘴之開或關,使噴嘴前後壓差Px 值落在 15~80mmAq之間。

    (b)利用此壓差算出之噴嘴速度值 Vx 需要大於 14m/s。

    (c) 計 算 流 量 所 需 之 Discharge coefficient(C),此公式適用在 Re ≧ 12000 。

    Re6.134

    Re006.79986.0 C forL/D=0.6 (4)

    L/D 的定義請參考文獻[5]。

    根據以上之判斷基準,並依照 AMCA 210-99 之風量計算程序,進行風量計算,表 2 列出 4 種廠牌吹風機在測試兩次以上之風量,每次風量量測誤差在 2%以 下 , 系 統 風 量 量 測 不 準 確 度 為

    0.01%,由此可以確認吹風機風量量測之準確度頗高。

    (2) 提高出口平均溫度量測之準確度

    由於目前計算 UER 值(方程式 1)所需之吹風機出口平均溫度 Tout,是將 4支白金電阻式溫度感測器 (RTD),分別放置吹風機出口下游截面四等分幾何重

    心上,計算 5 分鐘量測時間內之 4 支RTD 溫度感測器之平均溫度即得到Tout。進行試驗時,發現四個幾何中心所量測得到之 4 點溫度差異很大,以 D 牌吹風機為例,最高溫與最低溫度相差竟

    然 高 達 100C 如 圖 5 所 示 , 誤 差 為12.8%。為了解決此問題,嘗試利用 (a)裝設一標準混合裝置及(b)增加溫度量測

    點或是改變目前吹風機夾具材質以減低

    風洞吸熱量等方法,以提高平均溫度

    (Tout)之量測準確度。

    圖 5. 4支 RTD在風洞四等分幾何中心所量得之

    溫度與時間關係圖

    (a) 裝設標準溫度混合裝置

    試驗依據 ASHRAE standard 41.2 測試標準製作一標準 Louver-Baffle 混合器[6],混合器外徑為 130mm。將此混合器裝置於溫度量測截面之前,希望可以充

    分混合吹風機出口之熱空氣,但是測試

    結果出現四支溫度感測器之誤差仍然高

    達 13.9%,實驗結果顯示增設混合器於溫度量測截面之前,並無法完全解決溫

    度均溫性問題。可能有些吹風機之設

    計,就是會產生一不均勻之流場,希望

    以增加溫度量測點之方式來解決並提高

    平均溫度(Tout)量測之準確度。

    (b) 增設溫度量測點

    在 ASHRAE 41.1[7]標準中之 6.7 節規定,在量測風道內平均溫度時,所需

    的量測點不能少於 4 點,而在 96 年公告能技字第 09604003890 號之測試標準即只有利用最少之四點量測,用來計算空

    氣之平均溫度。因此於原始 4 個 RTD 如圖 1(b)之 R1~R4 溫度量測截面上,利

    6 冷凍空調&熱交換\98.9\第92期

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  • 特稿

    用不鏽鋼鐵網增設 18 個 T-type 之熱電偶(Thermal couple, TC)溫度量測點,如圖 1(b)之數字 1~18 所示。以 D 牌吹風機之測試為例,發現熱電偶 1~18 點 5分鐘內之平均溫度為 94.69℃,但是原來4 支 RTD 之平均溫度竟然只有 88.37℃,低了 6.32℃。實驗過程利用 TC 與RTD 量測之平均溫度比較如圖 6 所示,RTD 量測所得平均溫度明顯比熱電偶低。推測是由於 RTD 的質量較大,因此在進行暫態的升溫試驗時,不能即時反

    應周圍環境溫度變化,而熱電偶質量較

    小,反應則比較快,這也就是在吹風機

    風洞升溫試驗時 RTD 的量測結果會比熱電偶低的主要原因。此現象同時藉由

    RTD 與熱電偶之溫度校正試驗確認其正確性。往後為了確保量測之正確性,建

    議進行吹風機能效試驗時,將所用的溫

    度感測器改為能即時反映暫態溫度變化

    之 T-type 熱電偶。

    圖 6. 利用 TC與 RTD量測之吹風機出口平均溫度與時間關係圖

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10

    UE

    R(%

    )UER(TC) UER(RTD) UER(TC)-考慮夾具吸熱

    圖 7. 利用熱電偶及 RTD量測所算出 10個受測

    樣品之 UER比較圖 圖 7 為利用 RTD 與熱電偶(TC)量測

    平均溫度所算出之 10 個吹風機樣品之UER 值比較圖,由於利用熱電偶量測之平均溫度較高,所得之 UER 值也明顯變高,因此往後所有溫度量測均使用熱電

    偶進行量測。計算得到本實驗系統之

    UER 不準確度僅為0.23%,但是發現目前測試所得之吹風機之能源效率值均過

    低,幾乎沒有一個受測樣品的 UER 值可以高過 80%。認為是因為如圖 6 所示吹風機夾具壁溫(Twall)遠低於空氣溫度,並未達到如我們預期會在測試啟動時間 10分鐘內達到與空氣溫度相同之類平衡狀

    態,造成在開始量取溫度之測試時間內

    (10-15 分鐘間),熱量仍然會由空氣傳遞給吹風機夾具。

    (3) 考慮吹風機夾具吸熱效應

    在能技字第 09604003890 號吹風機能效基準測試時所使用之測試風洞前置

    吹風機夾具材質為長 33cm、壁厚 2cm之不鏽鋼材質,如圖 1 所示。由於材質為不鏽鋼且壁厚達 2cm,此夾具本身重達 23kg,所以具有很大之熱容量,當吹風機啟動後,風洞壁面溫度升溫速度比

    風洞內空氣溫度慢,在測試時間內,風

    洞壁面溫度遠低於風洞內空氣溫度,也

    就是此時熱空氣與壁面之間之熱傳量仍

    大,造成測試吹風機之性能被低估。因

    此將測試段夾具之風洞材質改為電木材

    冷凍空調&熱交換\98.9\第92期 7

    本資料來源為工研院能源與環境研究所出版之冷凍空調&熱交換雙月刊,若有冷凍空調相關問題歡迎洽詢03-5914222

  • 特稿

    質如圖 8 所示,整體重量減輕至只有5.1kg,但是在進行測試後,發現壁面溫度與空氣溫度差仍高達 20℃左右,如圖5 所示之壁面溫度 Twall,表示無論不鏽鋼或是電木材質的吹風機夾具壁面,在

    測試時間 15 分鐘內仍然無法達到夾具壁面與空氣溫度相同之類平衡狀態,表示

    夾具仍然在吸收由空氣傳來之熱量,認

    為應該考慮夾具所吸收之熱量,否則會

    低估受測吹風機之能效值。因此 UER 計算方程式(3)修正為

    %1006.3

    )(m300 a

    h

    wpwwinoutp

    WTCMTTC

    UER

    (4)

    式中 Mw、Cpw 及Tw 分別表示吹風機夾具之總重量[kg]、比熱[kJ/kg.K]及 5 分鐘內之平均溫升[K]。目前電木材質之夾具總重為 5.1kg,其比熱為 1.215 kJ/kg.K。

    圖 8. 利用電木材質所製成之吹風機夾具

    在吹風機夾具內壁與吹風機出口溫

    度量測截面相同位置上之圓周 4 等份點上,設置 4 個熱電偶量測壁溫,記錄測試過程中夾具壁升溫情形。利用公式 4計算電木夾具所吸收之總熱量最大約佔

    吹風機整體耗能之 25%,是在測試過程

    中不可被忽略之吸熱源。利用公式(4)重新計算 UER 值,圖 7 同時畫出未考慮與考慮吹風機夾具吸熱後之 UER 比較圖,發現在考慮吹風機夾具吸熱後之 UER 值升高至比較合理之值,幾乎每一受測樣

    品 UER 值均高於 80%,但是由於目前夾具壁面之溫度量測點僅為 4 點,測試系統不準確度高達1.22%。

    (4) 檢討吹風機能源效率分類標準之合理性

    如表 1 所列之現存吹風機能效(UER)基準,其是依照吹風機口徑進行分類,

    但是從物理層面來看,似乎不太合理。

    根據考慮夾具吸熱後之 UER 值進行吹風機能源效率分類標準之檢討,圖 9~11 分別表示針對吹風機口徑大小、風量及實

    測功率等變數對考慮夾具吸熱與未考慮

    夾具吸熱所算出之 UER 值,認為當測試未 將 吹 風 機 夾 具 之 吸 收 熱 量 併 入 計 算

    時,UER 值隨著口徑、風量、或是實測功率增加而呈線性增加,但是在考慮了

    吹風機夾具之吸熱值後,UER 值與吹風機口徑、風量、或是實測功率等變數並

    沒有明顯之關係,幾乎為一定值。這與

    理論相符,學理上電熱轉換效率應該是

    100%,而依照目前測試設備所算出之平均電熱轉換效率為 83.6%,表示還有熱量沒有被計算進來,例如由吹風機機殼

    所散掉之熱量及風扇所消耗之電能。試

    驗同時監控吹風機機殼之溫度,圖 12 表示,當吹風機機殼溫度越高時,表示熱

    量散失較大,造成 UER 值較低。至於吹風機風扇所消耗之電能,則利用 P 牌吹風機進行測量,實驗分別以冷風及熱風

    模式各吹 5 分鐘,前者累計消耗功率為3.74Wh,後者則為 95.56Wh,說明吹風

    8 冷凍空調&熱交換\98.9\第92期

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    機風扇所消耗之電能大約佔了 4%。由於目前測試樣品只有 P 牌有冷風模式,其餘均無,因此無法得知其它樣品之風扇

    耗能比例。目前 UER 計算尚未能加入吹風機風扇耗能。

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    200 400 600 800 1000 1200

    實測功率(W)

    UE

    R(%

    )

    UER-未考慮夾具吸熱 UER-考慮夾具吸熱

    由目前之實驗結果,推論吹風機可

    以 不 需 要 依 照 口 徑 或 是 功 率 等 進 行 分

    類,而適用同一基準值。未來將再增加

    測試樣品數及再嘗試降低吹風機夾具之

    吸熱比例後,再確認此結論之準確性。 圖 11. 未考慮與考慮吹風機夾具吸熱後之 UER

    與吹風機實測功率關係圖

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    30 35 40 45 50 55

    口徑(mm)

    UE

    R(%

    )

    UER-未考慮夾具吸熱 UER-考慮夾具吸熱

    y = -0.3293x + 95.685

    60

    70

    80

    90

    100

    25 30 35 40 45 50

    機殼溫度(0C)

    UE

    R(%

    )

    圖 12. 考慮夾具吸熱後之 UER值與吹風機機殼

    溫度關係圖 圖 9. 未考慮與考慮吹風機夾具吸熱後之 UER與

    吹風機口徑關係圖 四、結論

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    0.00 0.50 1.00 1.50

    風量(m3/min)

    UE

    R(%

    )

    UER-未考慮夾具吸熱 UER-考慮夾具吸熱

    本研究針對吹風機之能源測試方法

    及能效標準進行檢討及修正,除將原有

    之UER計算方程式簡化外,並藉由落實測試夾具溫度需降至與室溫相同之條件

    下,有效提高UER之再現性。藉由利用熱電偶與RTD溫度感測器之量測比較,建議在進行暫態溫度量測時應採用熱質

    量較小之熱電偶進行量測,以縮短感測

    器之反應時間。經由吹風機夾具壁面溫

    度之量測結果,發現在測試時間 15 分鐘內,夾具溫度與空氣溫度無法達到溫度

    相同之平衡,因此進行UER計算時,不

    圖 10. 未考慮與考慮吹風機夾具吸熱後之 UER與吹風機風量關係圖

    冷凍空調&熱交換\98.9\第92期 9

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    10 冷凍空調&熱交換\98.9\第92期

    能忽略夾具之吸熱效應。考慮夾具之吸

    熱效應後,發現UER值幾乎為一定值,與吹風機口徑、風量及功率等參數均無

    明顯關係,依照目前測試設備所算出之

    平均UER值約為 83.6%。但是由於目前夾具所吸熱之總熱量所佔吹風機能耗過

    高,增加了系統測試之不穩定度,因此

    未來將減低夾具之吸熱效應並增加測試

    樣品數,以提高吹風機能效測試之準確

    度並提供較合理之能效分類基準。除此

    之外,由於現行吹風機之測試系統過於

    複雜,且測試方法與消費者實際使用情

    形有所落差,未來建議可考慮採用國際

    電工委員會IEC61855 之測試乾燥速率之方法進行測試,以簡化測試所需之設備

    並方便與國際接軌。

    誌謝

    本文承經濟部能源局計畫經費資

    助,特此誌謝。

    參考文獻:

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    [2] www.taipower.com.tw/台電網站。

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    [4] Laboratory methods of testing Fans for aerodynamics performance rating, ANSI/AMCA 210-99, 1999。

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    [7] Standard methods for temperature measurement, Ashare standard, ANSI/ ASHRAE standard 41.1-1986.

    本資料來源為工研院能源與環境研究所出版之冷凍空調&熱交換雙月刊,若有冷凍空調相關問題歡迎洽詢03-5914222

    http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%9B%BD%E9%99%85%E7%94%B5%E5%B7%A5%E5%A7%94%E5%91%98%E4%BC%9Ahttp://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E5%9B%BD%E9%99%85%E7%94%B5%E5%B7%A5%E5%A7%94%E5%91%98%E4%BC%9Ahttp://www.energylabel.org.tw/index.asphttp://www.taipower.com.tw/