臺北科技大學優質電力供電產業研發碩士專班學位論文
國立臺北科技大學,正常發行
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本論文主要以數值方法來模擬地下車站架設消防撒水系統所造成的溫度、能見度、一氧化碳濃度變化，並改變水量、粒徑、排風機風量，探討這些參數之改變對車站發生火災時所造成的影響。本文採用計算流體力學軟體FDS來進行計算，模擬模型藉由實際施工平面圖來建立，並利用防煙垂壁區分各個火場區塊進行探討，網格則採用六面體網格將計算區域離散化，數目約70萬。火源大小的確立是參考文獻中提及，平均一人可攜帶20公升之汽油，其六分鐘內燃燒完成之熱釋放率為3.6MW；風機開啟時機，採用定址偵煙光電式偵煙探測器，並設定其偵測到能見度低於20公尺時開啟；撒水器作動時機為撒水器位置偵測到溫度大於68℃時。結果顯示，改變撒水器參數皆不會影響排煙系統開啟時間；改變撒水器水量時，水量增加降溫效果越好，且由偵測點數據顯示80LPM為48.1℃、100LPM為46.7℃、120LPM為45.1℃，但水量過大可能會產生水害，對後續復原造成難度。噴霧粒徑的大小主要影響的因素是水滴的蒸發速率，粒徑越大吸熱速度較慢，其火場升溫會比較快，400μm為49.1℃、100μm為48.1℃、50μm為47.5℃，雖然粒徑越小降溫效果越好，但其噴嘴成本高，因此需要考量成本問題。改變排風量則是最有效增加能見度、降低高溫濃煙累積與降低一氧化碳濃度的方式，火場溫度在排風量30CMS為42.0℃、60CMS為38.8℃、90CMS為35.5℃，且每增大30CMS約可增加30秒的逃生時間，但若無限制的加大排風量是否會造成其他影響還需進一步討論。
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本論文以台北某辦公大樓建築物作為研究目標，並且以EnergyPlus建築全能耗分析軟體(Whole building energy analysis tool)建立建築模型進行大樓整體耗能分析。該建案在設計階段就預期要申請LEED認證，從設計開端到施工採取整合導向式綠建築的節能概念設計，而此辦公大樓在HVAC(Heating, Ventilating, and Air Conditioning)系統上選用VRV(Variable Refrigerant Volume)多聯變頻空調搭配HRV(Heat Reclaim Ventilation)全熱交換器作為大樓之空調設備。由於本案為建設中之建築物，故本論文將收集建案設計資料，透過日後現場場勘核對設備安裝是否有進行變更，並修正其模擬結果，探討建案模型因空調系統及變更建材設計之設定參數不同所產生的能耗變化。 結果顯示，將VRV空調系統有無搭配全熱交換器進行比較，若將VRV空調系統搭配HRV全熱交換器之全熱回收換氣技術，在能耗上僅僅較單純使用VRV系統增加1.2%能耗。如將此棟大樓的空調設備更換成冰水主機，此空調能耗增加了2,528.19GJ，整體能耗影響增加了19.1%。而此建案使用了大量的玻璃帷幕外牆，在整體建築外殼窗牆比為0.7，若將建築外牆組成結構作變更，如使用輕型結構外牆(Light Exterior Wall)之整體能耗值為10,678.56 GJ，而與變更為中等結構外牆(Medium Exterior Wall)及重型結構外牆(Heavy Exterior Wall)相對於Light Exterior Wall之整體能耗值差異皆不超過0.1%。如變更玻璃材質及增設遮陽設置後，使用一般清玻璃材質對於原設計之低輻射雙層Low-e玻璃整體能耗約增加7.36%，若一般清玻璃無遮陽設備與一般清玻璃增設高反射能力窗簾相互比較結果顯示，一般清玻璃增設高反射能力窗簾之能耗值約能降低7.95%的能耗，而在低輻射雙層Low-e玻璃增設高反射能力窗簾相較於雙層Low-e玻璃無增設窗簾，約降低了0.98%的能耗。如將玻璃貼隔熱膜，單純使用3M清玻璃之整體能耗值為11,964.51GJ，在3M清玻璃貼上隔熱膜(IR65CLAR)較一般3M清玻璃之能耗值約降低了4.2%，而在3M清玻璃貼上隔熱膜(Silver 18)較一般3M清玻璃之能耗值約降低了8.5%，如將玻璃貼隔熱膜與原設計雙層Low-e玻璃相互比較，在3M清玻璃貼上隔熱膜(IR65CLAR)較原設計之雙層Low-e玻璃之能耗值約上升了7.4%，而在3M清玻璃貼上隔熱膜(Silver 18)較原設計之雙層Low-e玻璃之能耗值約上升了2.5%。
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現今空調系統中，業界多以經驗多於依據調整水塔風扇，造成在不適當的負載模式下產生了多餘的能源耗費，因此在參數設定上是極為重要的。 資料探勘為一種利用資料庫進行分析之方法，藉著大量資料中，萃取出隱含、過去不為人所知且可信與有效的知識。也可以說是依照使用者所設定的參數，在一群未經處理的資料中找到使用者感興趣的資訊，經過資料的轉化、處理後，提供做為決策者判斷的參考依據。 本文擬利用資料探勘-關聯法則方法對大樓建築物用電資料庫進行分析，藉由建立最小支持度及最小信心度以得到較適合大樓建築物冰水主機及冷卻水塔系統耗能與趨近溫度的操作方式。
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本研究主要以臺鐵南港車站為案例，藉由全尺度之建築動態耗能模擬分析及TAB實測數據，探討儲冰空調系統最佳之節能方法。利用eQUEST 建築動態耗能模擬程式進行模擬分析，採用數種不同節能方法，探討外氣需量控制Case01、燈具採節能燈具Case02、二次泵及融冰泵採VWV變頻運轉Case03、月台排氣風車採VAV變頻Case04及冷卻水塔風車採變頻Case05等控制，並且綜合上述節能方法Case06再進行耗電量分析，所得結果為Case06節能效益最高，空調全年耗電減少31%，照明全年耗電減少7%，全年建築總耗電減少21%，全年耗電 EUI=280 (kWh/㎡•yr)，全年碳排放(CO2)減少2,546,273 kg。另外經由執行TAB/Cx 工程，如水量過大時可採修改葉輪尺寸方式達到省能效果，經執行TAB後耗能僅為TAB前51%~66%。儲冰機及儲冰槽設備流量原本為設計值之88%，經調整平衡閥將製冰泵流量加大，其儲冰量可提升約8%。最後將儲冰系統與一般中央空調系統運轉所需電費做比較，計算後可得採儲冰空調系統運轉，全年可節省電費約新台幣11,103,895元。
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我國仰賴外購能源佔全國能源用量99%，在全球能源價格不斷上揚的現今，直接衝擊國內各產業的發展，在能源耗用極高的科技產業更是首當其衝，而科技業中面板製造廠更是在能源用量最高的一環，因此降低生產能源成為面板製造廠最重要的課題之ㄧ。 以往在電子產業中，節能手法不外乎探討廠務端的空調、CDA等高能耗的系統，近年來各廠在節能方案上慢慢的遇到了瓶頸，進而希望能將節能的觸角深入至生產設備，本研究將以生產設備中的製程冷卻水來進行調整以及MAU再熱減量調整，本文的目的乃希望能藉由此節能成功案例分享，以達電子製造產業降低能耗的目的，提昇產業競爭力。
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在科技發達的時代，人類對於生活水平的要求越來越高，不論是辦公場所、百貨商場或一般家庭，皆無法脫離空調的使用，但在能源危機的當下，要如何同時兼顧能源節省與滿足生活需求，已經是首要條件。 本研究參考美國冷凍空調協會ASHRAE Standard 55-2004規範與國際標準ISO7730規範，針對人員的舒適感受開發一套智慧型監控系統，以Visual Basic 6.0程式開發軟體結合PLC可程式控制器，建立出環境監測功能與智慧型控制功能，透過各項感測器測得室內、室外環境狀態，並由智慧型控制系統透過模糊邏輯演算出最佳運轉狀態，以控制VRF多聯式變頻空調系統。 經實驗結果顯示，本研究所開發的系統能有效的將室內舒適度穩定在使用者設定的目標值，且在室內負載發生變化時，系統能快速的使室內舒適度回穩，不僅擁有良好的穩定性，亦能夠有效克服外在的干擾因素。
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台灣地屬亞熱帶國家，民眾對冷氣機需求甚高，每到夏季時空調大量使用造成高峰用電負載屢創新高，甚至超過發電廠的發電能力，夏季時空調的用電量更佔了全國用電量的三分之一。因此，發展非電力驅動的空調系統成了現今當務之急，相對於傳統蒸氣壓縮式系統利用電力驅動壓縮機，吸附式系統則是利用低溫熱源來驅動系統的運作，將能減少夏季的用電量。 本實驗設計一吸附式製冷系統，並分別對扁平管、波浪型銅管、彎管三種冷凝冷凝器做兩種循環時間，第一種循環時間為等容加熱過程7.5分鐘、等壓再生過程5分鐘、等容冷卻過程7.5分鐘、等壓吸附過程10分鐘，另一種循環過成為每個過程皆為7.5分鐘，並通入不同冷卻水溫度，分別為20℃、22℃、25℃，對整體性能分析做探討。 發現三種冷凝器在固定空間下，以扁平管熱交換器的面積最大，但在相同循環時間、相同冷卻水溫度下，彎管的COP值最佳。另外，循環時間的調整則是對整體系統性能影響不一定，增加吸附時間製冷量不一定相對變多。最後，冷卻水溫度的改變對系統的影響最為明顯，當冷卻水溫度越低，系統性能係數越大。
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隨著資訊科技的發展及資料庫建立的普及，企業可以很容易的紀錄每天的用電資訊，經過長年的累積成為龐大的資料，這些資料蘊藏著協助企業訂定節能決策之資訊。如何從大量的資料中篩選出有意義的資料是一大課題。 目前現行的空調系統中，冷卻水塔的控制方式大多是定頻或變頻搭配不同的控制模式，較常見的運轉模式為固定趨近溫度以及固定水塔出水溫度，而許多廠商無法在不同的附載模式下做出正確的參數設定，往往都以經驗做為各項參數的設定依據，因此參數對耗能的影響便成為本研究的重要目的。 本研究首先根據101年新北市某醫院大樓空調用電資料，運用多元迴歸分析後向選取法迴歸出一經驗公式，進一步將資料根據空調負載與外氣濕球溫度分為四類，低負載群、中下負載群、中上負載群及高負載群，再將每一負載群之空調負載及外氣濕球溫度代入迴歸方程式，進而探討在不同空調負載及外氣濕球溫度之最佳冷卻水回水溫度。 由分析結果可得知，當外氣濕球溫度介於20~22℃時，最佳冷卻水回水溫度皆為28℃，當外氣濕球溫度介於23~25℃時，最佳冷卻水回水溫度皆為29℃，當外氣濕球溫度介於26~28℃時，最佳冷卻水回水溫度皆為30℃。
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本研究利用磷酸鋰鐵電池可快速充放電之特性，探討其安裝於汽車上使用之可行性，並驗證提高磷酸鋰鐵電池之輸出電壓，以期達到充分供應汽車上許多設備之需求。此磷酸鋰鐵電池相當於一個大的電容器，能夠儲存汽車發電機所發出之電能，並且充分供應汽車上所有用電設備，另外也可將汽車發電機所發出之多餘電能加以儲存，這樣即可減輕汽車發電機的負載，一但汽車發電機不須需發很多電來供應汽車用電需求，就可達到省油效果。此電池除了在汽車啟動時可瞬間提供大電流供汽車啟動外，在汽車行駛當中也能供應足夠電力給汽車上其他額外用電產品，減輕汽車發電機之沉重負荷，以達到省油節能的效果。本研究將以一顆13.2V、30AH之磷酸鋰鐵電池裝置於一台汽車上，其中磷酸鋰鐵電池係以磷酸鋰鐵（LFP）當正極材料，並在當中添加了一些貴金屬，及特殊材質的石墨為負極。如此可將原本導電能力較差的LFP以增加其導電性及電容量。經過實際安裝在汽車上，在大台北地區實測，安裝磷酸鋰鐵電池確可達到省油的效果，又能提升引擎扭力及續航力等等好處，故換裝磷酸鋰鐵電池是可行的。
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本研究以實驗量測的方式測試冷媒R-152a滴淋於三根垂直排列銅製水平管的滴淋蒸發熱傳性能，測試管以紅銅製管徑19mm，在飽和溫度分別為15、20、26.7℃下測試光滑管及鰭片密度60FPI(Fin Per Inch)鰭片高0.4mm、鰭片間隙約0.233mm之鰭片管，並以圓管上打孔之方式滴淋至孔下三根垂直排列之水平測試管上，並改變流量範圍為0.01065~0.03097kg/ms，熱通量範圍為8.05~43.89kW/m2。實驗結果發現，光滑管熱傳係數受熱通量增加而上升，隨著熱通量的上升薄膜破裂降低有效熱表面，使上下測試管間的熱傳係數差異增加。在鰭片管可發現下管的性能優於中管及上管；主要由於特徵表面鰭片上容易產生薄膜，而因冷媒流經上兩排管時因受熱蒸發而使越下排的冷媒流量越少、薄膜越薄，增強了薄膜蒸發沸騰機制，使熱傳係數大幅提升。鰭片管的滴淋蒸發熱傳性能明顯高於池沸騰；而光滑管的滴淋蒸發僅與池沸騰熱傳相近。流量對於兩種管子的熱傳性能都只有些微的影響。在兩種測試管中可發現鰭片管性能較佳，以光滑管為基準，上管約提升4.68倍、中管5.45倍、下管 6.34倍。R-152a的溫室效應係數遠低於R-134a。鰭片管在R-152a的滴淋蒸發性能高於R-134a，但光滑管在這兩種冷媒的蒸發性能則相反，顯示本研究之鰭片適合R-152a之滴淋蒸發特性。