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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中央空調系統在整個建築中佔有極高的耗電量比例，因此近年來多有針對中央空調系統節能之探討及方法出現，其中以導入變頻器控制為常見的節能手段。變頻器控制雖能有效的減少電力的消耗，但卻不具有整體系統的最佳節能控制，原因為中央空調系統是龐大且複雜的系統，有空氣側迴路、冰水迴路及冷卻水迴路，各迴路間運轉參數會互相影響，而環境因素，例如空調區域負載量、外氣乾球溫度、濕球溫度，都會使得空調系統最佳化複雜而困難，因此需建立一套整合空調系統的節能策略。 本研究之目的為找尋中央空調系統最佳運轉參數，使系統整體耗電量為最低。以類神經網路建立冰水主機耗電量模型、區域冰水泵耗電量模型及空調箱送風機耗電量模型，實驗記錄三天的環境變數，分別為冷卻水入水溫、空調箱盤管前濕球溫度以及室內負載量，並以空調箱負載平衡方程式為依據，將系統整體耗電量為最終目標，由類免疫演算法求出控制變數：冰水出水溫度、區域泵冰水流量及送風機風量之最佳運轉參數組合。結果顯示三天的耗電量節省率可達到17.59%，減少了能源消耗。
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在現今社會，人類利用各式各樣的能源來滿足生活需求，使得我們對能源有著高度的依賴性，導致有一個潛在風險我們必須去面對，它就是全球暖化。現代的科技業競爭非常激烈，在所有設備中空調耗電量所佔的比例為最大，因此有效減少空調耗電量，必定能提升產業的競爭性。 空調系統全年各項耗電量，以冰水主機53%為主，風機28%為次，水泵及冷卻水塔占19%，本研究引用Lulu學者所提出的負載平衡方程式，以類神經建立各元件的耗電量模型，針對冰水主機、風機和水泵使用模擬退火法來尋找冰水出水溫度、風量和水量的最佳化設定點，並以滿足室內負載需求與最小耗電量為目標，達到節能之目的。 由研究結果顯示，可以明顯的看出整體耗電量降低了18%，而各個模型的準確度R2值都高達0.98以上，準確度相當高，若將實驗分為三天來看，其耗電量節省分別為24%、14%和15%，Day 1之冰水出水溫度設定值為7℃，經由負載平衡方程式計算，實際溫度平均為9.27℃即可滿足室內的需求，所以改善較多，相對的Day 3之冰水溫度設定值在12 ℃，改善的幅度也相對較少，顯示本研究方法可以有效的找出最佳化設定點，並達到節省能源的目的。
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目前使用R-22冷媒的舊型機器面臨冷媒汰換的問題，本研究以R-290冷媒汰換氣冷式冰水主機原本使用的R-22冷媒，比較前後兩者的性能係數，評估其節能效率。 本實驗分別收集冰水主機使用R-290及R-22冷媒，在春末夏初時的運轉數據，以R-290冷媒的運轉數據建立類神經網路模型，接著利用專利方法篩選重疊範圍內的數據，再將R-22冷媒的運轉數據代入建立好的模型，求出模擬值，比較性能係數提升的多寡。本研究建立的類神經網路模型R2值高達0.9806，建模的平均誤差為0.19%。 由近年來的研究結果得知碳氫冷媒汰換既有冷凍機組能提升性能效益。本研究使用R-22冷媒的C.O.P平均為1.9845，耗電量平均為1.4418，使用R-290冷媒的C.O.P平均為2.4977，耗電量平均為1.1436，總耗電量節省20.63%。舊冰水主機以碳氫冷媒替換，冷媒充填量降低，耗功降低，不僅可使設備壽命延長，還可使性能提升。
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本實驗旨在研究一個採用風力能發電去傳動小型吸收式冷凍系統能源之可行性，風力能是最乾淨的一種新能源，它取之不盡用之不絕，風力能發電系統經過多年不斷的研發、測試、應用，初期其發電效率很低大約僅有20%以下，目前已提昇到40%以上，運用在偏遠、沙漠地區長途運輸食物或醫療疫苗時之低溫冷藏設備，以卡車運載方式，並將蓄電池充電充滿以作為備用供電，本實驗系統，將實驗測試結果，它能維持冰箱冷藏溫度在5℃∼8℃之間，且NH3-H2O吸收式冷凍系統其COP值約0.28。故本系統可以預期使用在偏遠地區或戶外活動時，作為食品、飲料之冷藏用，即偏遠、沙漠地區或公路長途運輸食物或醫療疫苗時之低溫冷藏，以避免食物或疫苗之變質。
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本研究之目的為藉由遠紅外線材料致使冰水主機能達到節能減碳的效益，並採用外掛包覆的方式將遠紅外線材料披覆於冰水主機之熱交換器上，藉此以非破壞性的裝設方式達到節能與工程應用的可行性。實驗中為藉由套管式熱交換器在相同的入水水溫、流速與熱交換面積下進行熱交換效益比的探討，最後應用於冰水主機系統上，藉此了解實際應用中遠紅外線材料對系統的COP及冷凍能力的影響與可行性分析。實驗結果顯示，使用商用遠紅外線材料應於套管式熱交換器上在雷諾數為1500時，其能達到4.4~8.8%的熱交換效益提升；雷諾數為3500時，其能達到7.8~13.4%的熱交換效益提升。在冰水主機的實際量測結果中，得知其最高擁有11.9%的COP提升效益與14.4%的冷凍能力提升效益。本實驗所使用的遠紅外線材料確實能提升熱交換裝置其運轉時之效益，並且能使用外掛包覆的裝設方式，能大大的提升未來實際應用的可行性。
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無人飛行載具提供人類許多便利，如空中攝影、設備酬載、國土地形勘查、空汙調查、追颱探察等等，早已成為民間航空和軍事航空的重要潮流之一，目前UAV發展方向之一是改善推進系統(提升其續航力)達成長滯空低重量為重要目標。另橫流風扇因其性能會隨軸向長度及轉速的增加而上升、使用簡易結構裝置即形成穩定流場及送風方向可隨不同設計風道而改變等特性，用作飛行器的推進系統可提升推進效應及短程起降之能力，可改善前述無人飛行載具續航力的問題。 本研究目的旨要以實作方式研製一台應用橫流風扇為推進系統之創新型無線遙控之無人飛行載具，並以實驗方式來探討其推進效果、排氣流場分佈特性及飛行可行性。並與傳統軸流式無人飛行載具比較起飛之推進性能與耗電量。 研究結果顯示:(1)本研究完成一部以橫流扇為推進系統的無人遙控飛機，並驗證其可飛行；(2)其最大推力可達到0.65公斤及10公尺短場起降之能力；(3)與傳統重量、機身大小相同軸流式無人遙控飛行載具比較，在使用相同鋰聚電池之下，起飛所需動力為388.5瓦，節省耗能約25%。
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本研究針對ASHRAE 第14號準則(ASHRAE Guideline 14)中，有關評鑑冰水主機與熱泵系統的方法進行探討，該準則提出之方法可推演出精確預測與評估運轉中空調系統的迴歸方程式，以應用於節能工程改善前之基準線(Baseline)之建立，或改善後(post installation)空調系統之節能效益，本研究利用SQL Server資料庫系統處理節能工程中之龐大數據，透過BCB軟體開發迴歸計算平台，並透過網頁建置一套『績效量測驗證平台』，來達到遠端即時監控與改善後即時耗能量計算，進而達到即時監測與長期資料庫建立以及節能量之維護。
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本研究主旨在探討非導電性流體應用在平行微流道熱交換器之冷凝熱傳性能研究。工作流體為FC-72與HFE-7100，測試區微流道使用紅銅塊加工製成，下方部份為冷卻水流道，非導電流體與冷卻水呈逆向流。其微流道長度為250mm，測試區入口飽和溫度FC-72為58.12 – 62.87oC、HFE-7100為 62.35 – 64.93 oC，體積流率範圍為50 - 150 g/s，其入口接近飽和氣態。實驗結果顯示，FC-72與HFE-7100在體積流率30 – 150 ml/min所對應不同水側質量流率之乾度所對應之冷凝熱傳係數htp，整體而言非導電流體FC-72與HFE-7100的流量控制對冷凝熱傳係數影響力遠比水側質量流率來的大。以定入口溫度62oC最為平均冷凝熱傳比較依據，FC-72最高平均冷凝熱傳係數發生在中高流量( 90 – 150 ml/min ) htp,avg = 3.91 - 4.68 kW/m2K，而HFE-7100則發生在中流量( 60 – 90 ml/min ) htp,avg = 4.54 – 5.55 kW/m2K，以實驗最高平均冷凝熱傳係數相比，HFE-7100比FC-72高出18%，最低平均冷凝熱傳係數作為比較HFE-7100比FC-72高出21%。
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本研究針對冷樑送風系統之氣流模擬分析，探討其溫度場、速度場、相對濕度及PMV舒適度指標。此外針對冷樑(chilled beam)的結露問題，透過有外氣滲透風的方式，探討冷樑在夏季的晴天及雨天不同的相對濕度下，其冷樑冰水盤管表面的結露現象，以提供業主或設計者在設計冷樑系統時能妥善考慮冷樑冰水盤管的冰水供給溫度，避免結露產生。 使用CFD軟體依不同的冷樑冰水盤管表面溫度(18℃、19℃、20℃、21℃)及夏季晴天與雨天外氣滲透進入室內的不同相對濕度(72.9%、90%)，共設計出7種case藉以分析在不同參數配置下的舒適度及結露現象。研究結果可以看出冰水盤管表面溫度越低結露現象越是明顯，且外氣滲透進室內的濕度也重大影響結露與否，其中在滲透風的相對濕度為72.9%時，冰水盤管在表面溫度為19℃時可以避免結露，而在滲透風的相對濕度為90%時，冰水盤管表面溫度則必須提高至21℃才可以避免結露。 本研究採用舒適度指標PMV綜合計算空氣溫度、平均輻射溫度、風速、相對濕度、著衣量及發塵量等六種數值以判斷人體的舒適度，由研究結果顯示，有外氣滲透風進入室內的Case2~Case7皆維持在良好舒適度範圍內，而頭部及腳踝垂直最高溫差僅0.5℃，不會對室內使用者造成不快。
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渦卷式壓縮機因具有效率佳、噪音小及可靠性高的優點，深受冷凍空調市場的歡迎，但受限於排氣量，僅能用在中低噸位的空調機上。本文利用可變基圓半徑圓漸開線取代固定基圓半徑圓漸開線，設計出在相同渦盤尺寸大小、高度及圈數下，具有較大排氣量的機型，以達到增加壓縮機適用範圍與節能減碳之目標。研究方法是以現有商用機型為基礎，設計一具可變基圓半徑圓漸開線之渦卷式冷媒壓縮機，並以數值方法，探討在不同設計參數下，壓縮室內熱流場之特性與其對壓縮機運轉之影響。 模擬結果發現：(1)相較於固定基圓半徑圓漸開線，可變基圓半徑圓漸開線渦卷之壓縮室內部壓力隨轉動角度的變化較小; (2)在同一高度及渦卷圈數下，可變基圓半徑圓漸開線渦卷之排氣量，會隨著可變半徑增量δ_0值增加而增大，反之則排氣量減小；(3)在δ0= -0.035時，可變基圓半徑圓漸開線渦卷的排氣量較固定基圓半徑圓漸開線渦卷增大了31.24%，入出口焓值減少了8.8%，容積效率和壓縮效率皆提高；(4)由於鄰近壓縮室壓差關係，可變基圓半徑圓漸開線渦卷較固定基圓半徑圓漸開線渦卷洩漏減少; (5)渦卷體修正齒頭(the center of the scroll pair)造形的β角越大，第三壓縮室的上腔室排氣時程提前越多。