【正文】 0。1r qT+e!r DZ*I 〔Q：泵浦流量(m3/sec)；S：泵浦轉(zhuǎn)速(rpm)；D：泵浦葉輪直徑 (mm)；P：泵浦制動功率 (Watt)；H：揚程 (m)〕$A%uUp2} G |ms*w9_三、應(yīng)用變頻器控制泵浦+Zy7\w+ciNJ |HmIkH 泵浦是以壓力加諸流體使其流動之機器，可分為渦輪型及容積型。一般使用的泵浦多為渦輪型，主要可分為離心式、斜流式及軸流式，其中以離心式構(gòu)造最簡單，價格最便宜，在空調(diào)使用也最為普遍。+O_{{x3v 以往泵浦均為定速運轉(zhuǎn)，若是要做流量之調(diào)整則須使用控制閥來控制流量，但節(jié)省能源有限，因此，近年來大都采用變頻器控制泵浦馬達轉(zhuǎn)速，以達節(jié)約用電的目的。尤其是一般大樓空調(diào)均使用密閉冰水系統(tǒng)，所需之靜揚程幾乎為零，絕大部分所需均為動揚程，包括水流速度所需及克服管路設(shè)備摩擦所需之動揚程，均與流速之平方成正比，即與水流量之平方成正比，故使用變頻器節(jié)能效果更易顯現(xiàn)。w/y}{amp。Hw圖3所示為泵浦特性曲線，由圖可知泵浦轉(zhuǎn)速由100%降低至50%，此時流量亦由100%降低至50%；揚程由100%降低至25%時，%時即可。換言之，以變頻器控制轉(zhuǎn)速調(diào)整流量至1/2時，理論上軸動力則僅需1/2的三次方，%之軸動力就夠了。實際上若考慮變頻轉(zhuǎn)變效率約5%之全載損失因素后，估計約需20%的軸動力，由此可知其節(jié)省電力之功效。T of9AVW(~ | fx圖3. 泵浦特性曲線U B!KkP~ y/tei39。| 1t39。H/C:x \G4V)U`{四、應(yīng)用變頻器控制風(fēng)機
LF7bM 2O:N/t2GpqOamp。\)Q%^X送風(fēng)機所需之動力與風(fēng)量三次方成正比，所以空調(diào)的送風(fēng)系統(tǒng)在部分負載時，若能采用VAV系統(tǒng)(Variable Air Volume)改變送風(fēng)機之風(fēng)量，將可節(jié)省許多不必要之電力浪費。一般大樓空調(diào)常見之風(fēng)量控制方法有下列三種：tLc3H1jv%~HV$AZ |.AX*@`2g 1. 入口閘門控制(inlet vane control)L U+nS%q%n 2. 出口閘門控制(discharge damper control)ajY6x!z kn3. 改變馬達轉(zhuǎn)速控制(variable speed motor control) \n*\ Kc9q 上述控制方法之風(fēng)扇動力消耗與風(fēng)量的關(guān)系曲線如圖4所示，由圖可知使用變頻器來控制風(fēng)車，以改變馬達轉(zhuǎn)速為最佳而有效的節(jié)能方法。(K+PD8PD5w DQ qH39。](E,E 圖4. 風(fēng)扇動力消耗與風(fēng)量的關(guān)系曲線*R.{!? 當(dāng)系統(tǒng)需求風(fēng)量減少時，需要控制馬達降低送風(fēng)機轉(zhuǎn)速，而當(dāng)送風(fēng)機轉(zhuǎn)速降低時，其性能曲線會降低至較低靜壓之曲線，每一個不同的轉(zhuǎn)速會有一條新的性能曲線且相互平行。一般而言，風(fēng)量降低時系統(tǒng)之靜壓損失減少，而送風(fēng)機因轉(zhuǎn)速降低也降低其產(chǎn)生之靜壓，圖5所示為變速風(fēng)機系統(tǒng)曲線與耗電量變化。V8hu5a+Zamp。a]_D^([6q@.Z:h+j 圖5. 變速風(fēng)機系統(tǒng)曲線與耗電量變化0g(bh
Yn,R]*z2J)b?RWEtk 空調(diào)系統(tǒng)已成為日常生活必需品，尤其是最近幾年空調(diào)系統(tǒng)成長的速度更是驚人，除了公共場所及家中所使用的冷氣之外，工廠內(nèi)為了配合人員舒適需求或是因應(yīng)生產(chǎn)制程環(huán)境要求所使用的冷氣更是大幅成長，當(dāng)產(chǎn)品要求愈精致，空調(diào)的用電量就愈大。例如，以前的紡織廠是在門口噴水來增加廠房濕度就能滿足生產(chǎn)的需求，但如今因產(chǎn)品的精致化及機臺產(chǎn)量的增加，不僅是需要空調(diào)來排除機臺熱負載，對廠內(nèi)空氣溫濕度的要求更是愈來愈嚴(yán)格，其結(jié)果是造成空調(diào)負載及空調(diào)用電的增加。R R7X7We 又如目前最熱門的IC產(chǎn)業(yè)，根據(jù)調(diào)查在同一廠房面積下，潔凈度每升高一級（例如由100級升為10級），其空調(diào)耗電量約增加三倍。因此，若能在不影響空調(diào)質(zhì)量的情況下，減少空調(diào)耗電量，即可達到空調(diào)節(jié)能的目標(biāo)，而在眾多節(jié)能的方法中，變頻器的應(yīng)用亦是空調(diào)節(jié)能的利器之一，值得參考學(xué)習(xí)。 fRM2I1V rHse1. 蔡水源譯，「變頻器之省能源控制(基礎(chǔ)篇)」，電機月刊，1996年1月。 _:o
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~j2. 蔡水源譯，「變頻器之省能源控制(應(yīng)用篇)」，電機月刊，1996年1月。u[Y ? Xu%@ 3. 高文煌，「變頻器在大樓空調(diào)之控制與應(yīng)用」，電機月刊，1997年6月。6sh0hn^amp。Le6Q/P4. 吳思正，「變頻器的認(rèn)識與選用」，電機月刊，1997年7月。 hhnec 發(fā)表于 2007331 13:01冷凍空調(diào)之節(jié)電方式pp%aZ9TP壹、 前 言 貳、 智能型數(shù)字控制器簡介_I9mRD3RDe+a p0GB$N9RXsX kFe參、 智能型數(shù)字控制器基本功能jr }:ook ,i。LR$?MSLT(Yr*qiY。X
fn39。k$s0g)tB■ 華菱冷凍設(shè)備有限公司 / 陳啟洲 ■!d5f,hXwF$xpy
YP 一般而言，用電結(jié)構(gòu)中以冷凍空調(diào)系統(tǒng)之用電量為最高，而冷凍空調(diào)系統(tǒng)中又以壓縮機用電占了大宗，因此透過壓縮機運轉(zhuǎn)的有效管理與控制將可節(jié)省可觀的電費。本文就一款智能型數(shù)字控制器的各種基本功能，說明其運轉(zhuǎn)方法及對節(jié)能的幫助。%\P+Jkxt I4w )Uz%uS/v%Vp Y ???????????????????????TOPxH%b^ j+R _6c kamp。A xP7?
d7{C DRamp。CF8Xh$Tg 隨著時代的進步，人們在物質(zhì)層面上的需求日益多元化，產(chǎn)業(yè)界為追求各項物質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量之提升與穩(wěn)定，因此造就了冷凍空調(diào)設(shè)備的大量使用，冷氣機從以前被視為奢侈品演變至今成了生活必需品，結(jié)果使得用電需求大增。但在目前新能源的開發(fā)及取得不易之情況下，相對的，國人就必須在節(jié)約能源上付諸更多心力。3@s
+bdVW:rVM于整個用電結(jié)構(gòu)中，冷凍空調(diào)設(shè)備用電所占的比例相當(dāng)?shù)母?，一般而言約占三~四成。若是在流通業(yè)，如便利商店、超市或量販店等，用電比例更是高達五~七成，而國內(nèi)便利商店、超市、量販店林立，因此未來如何透過有效管理冷凍空調(diào)設(shè)備之用電，以達到節(jié)約能源目的，將是刻不容緩的課題。
ftvb6X`]!K 冷凍空調(diào)之節(jié)電方式行之已久，除個人行為管理外，其應(yīng)用技術(shù)約有下述幾種：9msc ?
@k0Q2p DY:C_ Ubpd* 儲冷式冷凍空調(diào)系統(tǒng)之應(yīng)用m|M4C\? IjC6t * 變頻系統(tǒng)(VRF)之應(yīng)用*Y
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^:N NK * 可變風(fēng)量系統(tǒng)(VAV)之應(yīng)用B{UD/UKc * 可變冰水流量系統(tǒng)(VWV)之應(yīng)用D!EY/j39。|$rT* 全熱交換器之應(yīng)用iFl gx@j8S)aj * 熱回收系統(tǒng)之應(yīng)用 Fg RJR(@)~B* 冷卻水塔風(fēng)扇自動控制之應(yīng)用 Od~0` G h J
B * 氣冷式冷凝器自動灑水系統(tǒng)之應(yīng)用r7H39。B9Vgd0j2NV5V a* 自然冷卻系統(tǒng)，于春、秋及夏晚間停止主機，僅送風(fēng)機運轉(zhuǎn)之應(yīng)用6F,q6yC:h} |2}$BM?* 新能源與廢熱之開發(fā)利用（如吸收式冷凍空調(diào)機之應(yīng)用）39。I2F:Gty7Hj0N a* 提高熱交換效率UWQ@n ^%x。u(m * 自動控制器之應(yīng)用與能源管理之加強（降低運轉(zhuǎn)時間） :`39。?!CHan`T Y0{kU$Vg)D*ajFZ 現(xiàn)就上述最后一點：自動控制器之應(yīng)用與能源管理之加強，作進一步之說明。用電結(jié)構(gòu)中，冷凍空調(diào)系統(tǒng)用電占相當(dāng)大之比例，而冷凍空調(diào)系統(tǒng)中又以壓縮機用電所占比例最大；除大型壓縮機系統(tǒng)外，中小型系統(tǒng)壓縮機用電量約占八~九成，因此若能對壓縮機做適當(dāng)?shù)目刂疲瑢⒛苁∠驴捎^的電費，但是該如何控制？什么時間點下控制才適當(dāng)？*e`:XEKi 筆者于2003年初接觸到一款智能型數(shù)字控制器，在日本名為「Be Next」，它能自動感知冷凍空調(diào)系統(tǒng)中壓縮機的運轉(zhuǎn)狀況，而于適當(dāng)?shù)臅r間點下對壓縮機的稼動作控制，因此，在空調(diào)機仍維持原舒適性與冷凍能力下，達成削減消費電力量與降低契約容量目的。簡而言之，如果一天24小時里壓縮機原本需要實際運轉(zhuǎn)18個小時，若能使壓縮機運轉(zhuǎn)時間減少為16個小時，即減少運轉(zhuǎn)2小時的電費，且根據(jù)筆者所知，省下2小時的運轉(zhuǎn)并不會對環(huán)境（空調(diào)的場合）或物品（冷凍的場合）造成任何影響。} O$Y(pu
N3_q它的原理是以30分鐘為一個循環(huán)單位（one cycle），在30分鐘里使壓縮機于適當(dāng)?shù)臅r間點下停止一到二次，每次停止時間為3~9分鐘（視控制率之設(shè)定而定，控制率設(shè)定為10％時，30分鐘10％＝3分鐘；當(dāng)控制率設(shè)定為30％時，30分鐘30％＝9分鐘。控制率之設(shè)定可從0％~50％），因為只有壓縮機停止運轉(zhuǎn)，而在壓縮機停止的時間里，蒸發(fā)器風(fēng)扇仍繼續(xù)運轉(zhuǎn)著，此時蒸發(fā)器仍有余冷，加上停止的時間甚短（3~9分鐘），所以不會對環(huán)境或物品造成嚴(yán)重影響。u。o+_N*s)Vv
d 這套方法與臺電公司之「周期性暫停用電辦法」（中央空調(diào)系統(tǒng)每運轉(zhuǎn)60分鐘暫停15分鐘；箱型空氣調(diào)節(jié)機每運轉(zhuǎn)22分鐘暫停8分鐘）有些許相同的地方，即針對壓縮機每運轉(zhuǎn)一段時間就施以短暫停止之控制，二者均可達到節(jié)電之目的，所不同的是臺電公司之「周期性暫停用電辦法」為強制性的控制，而此款智能型數(shù)字控制器則是于適當(dāng)?shù)臅r間點下控制壓縮機，例如在冷凍系統(tǒng)除霜后的一段時間內(nèi)，壓縮機不會有停止的動作，除非其到達設(shè)定溫度。5p。W+W7J!S^E4U1a 此智能型數(shù)字控制器(如圖1)有別于一般之需量控制器。需量控制器一般裝設(shè)于總干線電路，而此控制器則裝置于各個冷凍機、空調(diào)機之回路；傳統(tǒng)之需量控制器是在每一定時間里，于預(yù)先設(shè)定的時間強制停止壓縮機的運轉(zhuǎn)，不管空調(diào)機的動作狀態(tài)及控制對象之溫度，當(dāng)?shù)竭_設(shè)定的時間點時，強制的將機器設(shè)備停止或切換到低電力狀態(tài)，是一種單純的控制方式，但這種控制方式的控制時刻點若遇上機器設(shè)備本身因溫度調(diào)節(jié)機，使得壓縮機停止運轉(zhuǎn)而僅成送風(fēng)狀態(tài)時，將無法具有節(jié)省電力之效果。_6@o@,aX JH2zY,i
CNv 圖1. 智能型數(shù)字控制器裝置實例 B*]m)ug5c%P?+j\sG39。d 再者，由于冷凍機、空調(diào)機一般是由溫度調(diào)節(jié)機來重復(fù)控制機器之啟動及停止，當(dāng)機器剛運轉(zhuǎn)或運轉(zhuǎn)不久（即運轉(zhuǎn)后，未持續(xù)一段時間）就受到強制性的停止，將無法達成冷凍或冷房之效果；又僅依控制時刻點來控制機器之啟動、停止，忽視冷媒配管距離、冷凍油之回油時間及機器之溫度環(huán)境或壓力環(huán)境等因素，則將縮短機器之壽命。r u]$|,W`B1VT f 此外，當(dāng)壓縮機將要達到再啟動的時間點時，此時若強制使壓縮機由運轉(zhuǎn)模式變成停止模式，這種情況長時間下來，冷凍機、空調(diào)機所搭載的微電腦有可能判斷為機器異常，致使機器本體的運轉(zhuǎn)變成停止；而且同一室內(nèi)里設(shè)置多臺機器時，壓縮機的動作狀態(tài)若無關(guān)溫度時，則多數(shù)機器有可能同時呈現(xiàn)送風(fēng)狀態(tài)，因此室內(nèi)溫度會有急遽變化的問題。有鑒于上述種種問題，此款智能型數(shù)字控制器可于不影響溫度調(diào)節(jié)機的情況下，達到節(jié)省電力之目的，并且提供一套不直接碰觸操作控制部，即能控制電力的遠程監(jiān)視控制裝置，其與一般常見的需量控制器比較見表1。B+Y39。Ru O39。N _ P`EGs 表1. 智能型數(shù)字控制器與需量控制器比較表9} C/dr,d ]h :nMp,Qa uG一般自動控制裝置是由三個部分組合而成為一個控制系統(tǒng)，如圖2。此智能型數(shù)字控制器的檢出部是由CT sensor所司掌，它負責(zé)偵測壓縮機之電流，并將偵測所得之?dāng)?shù)值傳到內(nèi)建之微處理器（CPU），再由CPU執(zhí)行比較→判斷→修正等工作步驟，然后再將指令下達給操作部（電驛Relay），由此控制對象(壓縮機)，示意圖請參見圖圖4。}H
\\samp。a yK[o,A5B1t圖2. 一般自動控制裝置示意圖3KW+M[bk c O{*rB4B圖3. 控制器內(nèi)部區(qū)塊示意圖nn:ylZWyaH4z3b8HP 圖4. 智能型數(shù)字控制器接線圖 hhnec 發(fā)表于 2007331 13:46半導(dǎo)體廠潔凈室之節(jié)能措施壹、 前 言3o*Y{suw8vZ貳、 國內(nèi)半導(dǎo)體廠潔凈室耗能之現(xiàn)況MU8Xy0y 參、 節(jié)約能源技術(shù)
~ @A^gS }肆、 結(jié) 論39。B(WR5H)^u。U:xX ]。c伍、 參考文獻:DX`p+P Aamp。KX0N tamp。E/R ■ 臺北科技大學(xué)冷凍空調(diào)研究所/蕭復(fù)文、胡石政、蔡炳煌 ■J]{:b
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KZ :] F$EK!n 潔凈室耗能為一般空調(diào)系統(tǒng)之5~10倍，在國內(nèi)自產(chǎn)能源匱乏且面臨能源消耗日益嚴(yán)重的情況下，如何提升無塵室空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)，以提升生產(chǎn)力與競爭力，是我們必須面對的課題。`I!qz%km:RuZ 2H(YAy^8S/d,G+L
fE8]:au近年來，尖端科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，使得晶圓制造或光電技術(shù)層級從微米、次微米到奈米，這些產(chǎn)業(yè)的制程作業(yè)環(huán)境，若非于無塵室中進行，其產(chǎn)品即無法達于精密尺度要求。3m L1y*{c6_+RCN/k目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的集積度提高，晶圓直徑大型化，而潔凈室耗能又為一般空調(diào)系統(tǒng)之5~10倍，因此能源消耗日益嚴(yán)重。為了維護地球環(huán)境生態(tài)與永續(xù)發(fā)展，我們應(yīng)善盡人類能源與資源之利用，努力提升無塵室空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)，以增加生產(chǎn)力、競爭力并滅少能源使用量。以下針對國內(nèi)半導(dǎo)體廠潔凈室耗能之現(xiàn)況以及節(jié)約能源技術(shù)作探討?！緟⒖嘉墨I1～6】f4n!n%_6x)Me hI |nW/B/L jX一般電子廠用電總設(shè)備容量約為數(shù)萬馬力，契約容量亦為數(shù)千乃至數(shù)萬瓦，全年電費總額更高達數(shù)億元以上，可見半導(dǎo)體廠的耗能相當(dāng)驚人。為配合==之節(jié)能措施，并確切了解國內(nèi)半導(dǎo)體廠之實際耗能狀況，特別針對國內(nèi)廠家進行研究分析。一般半導(dǎo)體廠耗能流程示意圖如圖1。f%?[ R)s`1Vh 9tjS)s@Ey 圖1. 一般半導(dǎo)體廠耗能流程示意圖39。dXK/s+M2ZG4xKc筆者【參考文獻2】針對國內(nèi)九家制造廠實際運轉(zhuǎn)所消耗的電力，做深入統(tǒng)計研究報告， RT/m2， kWh/m2。以整廠耗能分布而言，%，其中含冰水機系統(tǒng)（%）、外氣處理系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、氮氣系統(tǒng)、制程冷卻、真空和超純水系統(tǒng)。%、辦公