節能技術與案例介紹

財團法人 台灣綠色生產力基金會

林文祥

中華民國98年 7月8日

大 綱2.1鍋爐系統節能技術2.1.1熱能與蒸汽鍋爐常用標示單位

2.1.2鍋爐概要

2.1.3鍋爐水質管理

2.1.4可行的節能技術

2.1.5節能案例

2.2 加熱爐系統節能技術2.2.1 各式加熱窯爐常用熱能標示單位

2.2.2 工業窯爐概要

2.2.3 未來發展

2.3 廢熱回收系統節能技術2.3.1 什麼是廢熱？

2.3.2 工廠廢熱能源

2.3.3 廢熱回收技術

2.3.4 廢熱回收案例介紹與效益分析

2.3.5 結論

2.4 空調與照明等其他節能技術2.4.1 基本冷凍空調原理2.4.2 空調系統介紹2.4.3 空調負載與節能之關係2.4.4 空調設備能源效率及標準2.4.5 調系統節能對策2.4.6 設備汰舊更新2.4.7 操作運轉管理

2.5 電力負載管理2.5.1 契約容量的訂定2.5.2 功率因數改善

2.5.3 照明系統：1.適當的照度

2.照明系統之節能改善措施

2.選用高效率燈具

2.6 節能效率驗證系統2.6.1 節能績效驗證的定義2.6.2 節能績效驗證的目的2.6.3 節能績效驗證與節能績效保證合約2.6.4 節能績效量測與驗證的基礎觀念2.6.6 IPMVP M&V選項方案2.6.7 M&V的執行步驟

2.1鍋爐系統節能技術蒸汽和熱媒為產業界各種生產流程中最普遍的傳熱或動

力媒質，其來源則由鍋爐經燃燒能源(含木柴、煤炭、重油、核能、天然氣等)加熱水或熱媒油所提供，所耗用能源占有相當高之成本比例。

將熱源藉由廠內的蒸汽和熱媒輸送管線與蒸汽冷凝水回收管源源不絕的送到製程設備，再將已釋放出熱能的冷凝水或熱媒回收回鍋爐房再次加溫、加熱成蒸汽和熱能。而蒸汽、熱能與冷凝水系統的節能重點大致在蒸汽和熱媒鍋爐的燃燒效率、蒸汽和熱媒輸送管線的保溫、製程設備合理化的使用與冷凝水和閃發蒸汽的回收這幾個項目內。

2.1.1熱能與蒸汽鍋爐常用標示單位溫度 & 壓力

一、溫度

1.攝氏溫度標示（℃）2.華氏溫度標示（℉）3.克耳文溫度標示（K）

卡氏制定水的三相點為273.16K，一大氣壓下水的冰點為273.16K，沸點為373.16K。

4.冉肯溫度標示（°R）亦稱華氏絕對溫標。定一大氣壓下水的冰點為491.69°R，沸點為671.69°R。

5.上列各項溫度標示間的關係為：℉＝1.8℃+32 ；K＝℃+273.16； °R＝℉+459.69

二、壓力

大氣壓力的來源：圍繞在地球周圍的空氣層叫大氣，它的重量便是大氣壓力的來源，大約等於1kgf/cm2或1lb/in2。大氣壓力的單位如下：

1.atm

2.公分-水銀柱高（cm-Hg）

3.公厘-水銀柱高（mm-Hg）

4.百帕（=毫巴）：氣象上使用

註：1大氣壓力（atm）= 76 公分-水銀柱高（cm-Hg）=760 公厘-水銀柱高（mm-Hg）= 1,013 百帕（氣象上使用）

比容積 & 飽和蒸汽三、比容積

蒸汽的容積，係以重量1kg的蒸汽所占的容積(m3)稱為比容積，以m3/kg為標示單位。

四、飽和蒸汽(Saturation Steam)當水在密閉容器中被加熱時，水溫會逐漸上升，

在定壓下，當水溫達到一定溫度時，溫度會停止上升而開始沸騰，此時的溫度稱飽和溫度，而持續的加熱使水不斷沸騰蒸發成為蒸汽，此時的蒸汽叫飽和蒸汽。

五、鍋爐效率計算

目前國內的鍋爐效率計算方法大致可分為三種：中國國家標準(CNS)、出入熱法、熱損失法，因中國國家標準鍋爐效率計算相當繁瑣(詳細之計算方式，請參見CNS 2141/B1025)，相關業者使用不多，是故本文介紹以鍋爐業界慣用的熱損失法、出入熱法為主。

1.出入熱法(input-output method)單位時間內，記錄油錶和水錶的數據，進而計算出的鍋爐效

率，此種方法廣為一般鍋爐製造廠和使用廠所採用。但一方面儀錶容易造成誤差，其次，蒸汽品質並未嚴謹定義，因此所測得的結果僅供參考。其計算方式為有效吸熱量與輸入總熱量之比值。此處計算總輸入熱量時，係指燃料輸入之熱值，應注意燃料熱值為高熱值(HHV；總發熱量)或是低熱值(LHV；淨發熱值)，以避免因基準不同，而造成鍋爐效率之誤算。

鍋爐效率(出入熱法) = [(有效吸熱量) ÷ (輸入總熱量)] × 100%

五、鍋爐效率計算(續1)2.熱損失法(heat loss method)

熱損失效率計算方法為能源危機以來，廠商採用國外進口的攜帶式鍋爐效率測試儀器本身所附的計算方式。此方法主要測定煙道氣含氧量及溫度，以估算各項熱損失後，經計算即可獲得鍋爐效率。主要優點為操作簡易，分析迅速，但是因此種儀器的製造來源不一(如美國、英國及日本等)，其所附的計算方法和假設條件大抵根據各製造國的情形而設定，以致形成標準混亂，結果參差不一的現象。

鍋爐效率(熱損失法)=[1－(總損失熱量) ÷ (輸入總熱量)] × 100%

3.試算案例以蒸汽壓力7kgf/cm2、蒸汽焓值660.881kcal/kg、給水溫度24℃、給水量6,000 kg/hr、燃油用量491L/hr、燃料低熱值9,200kcal/kg、外氣溫度30.4℃、排氣溫度236℃、爐壁溫度50℃、爐表面積100m2為例：

(1)出入熱法鍋爐效率：6,000 × (660.881-24) ÷ (491 × 9,200) × 100 ＝ 84.6%

(2)熱損失法鍋爐效率：100－[0.7%(燃燒效率)+1.9%(爐壁熱損)+14.1%(排氣熱損)]＝83.3%

六、常用鍋爐燃料熱值

在台灣，較常用到的鍋爐燃料多為下列數種。依經濟部能源委員會「能源統計手冊」所列之燃料熱值低位熱值(LHV)為計算基準。原油：9,000 kcal/L＝35,721Btu/L ＝ 37,688kJ/L進口煤：6,400 kcal/kg燃料油：9,200 kcal/L柴油：8,800 kcal/L液化天然氣(LPG)0：9,900 kcal/m3天然氣(NG)：9,000 kcal/m3電力：860kcal/kWh(發電業2,236kcal/kWh)

鍋爐配件及控制系統示意圖

2.1.2鍋爐概要一、鍋爐定義

一般定義：

為以燃料燃燒或製程廢氣之熱量，經各種熱傳方式加熱密閉容器內之水或媒介質，使之產生蒸汽或熱能的裝置

蒸汽鍋爐：

係指以火焰、燃燒氣體、其他高溫氣體或以電熱加熱於水或熱媒，使發生超過大氣壓之壓力蒸汽，供給他用之裝置及其附屬過熱器與節煤器。

熱水鍋爐：

係指以火焰、燃燒氣體、其他高溫氣體或以電熱加熱於有壓力之水或熱媒，供給他用之裝置。

鍋爐的容量相當蒸發量(Equivalent Evaporation)---

鍋爐製造廠商以鍋爐補給水為100℃時，鍋爐內壓力是1大氣壓時的蒸發量為基準，單位為kg/hr(每公斤的水則需要539.21kcal或2,258kJ的熱量來加熱成蒸汽)。但實際鍋爐補給水溫度多低於100℃，因此實際最大蒸發量並不是廠商名牌上的數據，補給水溫度越低，需要的投入的熱量就越大，相對的蒸發時間就越長。相當蒸發量標示常見於台灣、日本、中國大陸等亞洲國家生產的鍋爐。

鍋爐馬力(Boiler Horse Power)---歐美國家較常用，鍋爐馬力實際上是指鍋爐內的熱交換面

積，一鍋爐馬力相當於1平方英尺的5倍，也就是如果鍋爐馬力是300BoHP，所以熱交換面積等於300×5=1,500平方英尺(相當於139.4平方公尺)，但是由於這定義相當不好用，一般較常用的定義與相當蒸發量差不多，就是在1大氣壓下蒸發34.5lb、溫度為212℉補給水所需要的能量。

鍋爐的種類爐筒鍋爐或稱為火管(煙管)式鍋爐爐筒鍋爐是以直徑較大的爐筒體為主體，並在筒體內部裝設爐筒、火室、煙管等的鍋爐，因此種鍋爐較不耐高壓，加上筒體限制傳熱面積，所以不適合太大蒸發容量，通常在15公噸/小時以下使用。

進年來爐筒鍋爐製造由於材料技術的進步，讓爐筒鍋爐能容納更多更薄的煙管，增加熱交換面積，提升鍋爐效率。這些鍋爐多以高溫煙道氣繞行煙管的次數區分型式。從圖2.1-2及2.1-3中，可以看到這鍋爐有三層火管，火焰與熱氣從燃燒器噴到主火管的另一段後迴轉到另一層火管，到底端後，再度迴轉從排氣煙囪管道出去。

臥型爐筒煙管式鍋爐示意及實體圖

臥型煙管蒸汽鍋爐總成配置示意圖

水管式鍋爐(Water-tube Type Boilers) 水管式鍋爐與爐筒鍋爐的原理相反，其操作是利用爐水在管路中流動，氣體在燃燒室產生燃燒後經水管外壁，傳熱給管內的水而生成蒸汽。水管式鍋爐在國內使用的比率約在15～20%之間。水管式鍋爐多為產製中高壓蒸汽的大型鍋爐，尤其是發電用、大型石化廠或造紙工廠用的鍋爐。

由於水管式鍋爐多為高壓產汽且大容量，要求的熱 效 率 較 高 ， 因 此 多 附 裝 上 節 煤 器(Economizer)、過熱器(Superheater)、空氣預熱器(air preheater)等裝置。

水管式鍋爐示意及實體圖

汽電共生水管式蒸汽鍋爐配置總成示意圖

熱媒鍋爐(Thermal Oil Heater) 熱媒鍋爐係一種「高溫低壓」的加熱爐，以有機熱媒為熱源(為呈液態之油品)，於鍋爐內加熱後，經高溫高壓泵浦輸送到現場製程熱交換器，送出熱能後，再回流至爐內繼續循環加溫。熱媒油與水之性質不同，其飽和溫度低，但可得到高溫度之熱能，採用熱媒鍋爐所需之壓力低於蒸汽鍋爐，對於需高溫作業之廠家是節省能源的最佳考量。

有機熱載體是以瓦斯、柴油、重油為燃料，加熱導熱油以為熱體，有機熱載體輸出溫度可達300℃，但相對壓力比蒸氣鍋爐較低，使用循環泵浦強制於鋼管內輸出到用熱使用單位，輸出溫度可透過精密儀器精確的控制和調整，繼而返回重新加熱循環使用。

臥型熱媒鍋爐示意及豎型鍋爐實體圖

豎型熱媒鍋爐配置總成示意圖

貫流式鍋爐(Once Through Boiler) 貫流式鍋爐與水管鍋爐的原理相似，其操作是利用爐水在管路中流動，氣體在燃燒室產生燃燒後經水管外壁，傳熱給管內的水加熱成蒸汽，如圖2.1-8。小巧的貫流式鍋爐是水管式鍋爐的一種，蒸發壓力也可以很高。貫流式鍋爐由於沒有汽鼓，體積相當小，熱爐時間通常只需十數分鐘，不過也因此無法應付突然的大量蒸汽需求，更令人困擾的是，狹小的儲水空間會因快速的蒸發速度，使得水份很容易伴隨蒸汽進到蒸汽輸送管路內，造成換熱效率變差。但貫流式鍋爐因爐體較小型精巧、組裝方便及供汽起動迅速等優點，所以隨著近年來加設熱回收裝置、改善水質處理方法和自動控制儀器的精進，已廣泛的普及到各中小型工廠和住商部門商家，是經濟實用的鍋爐之一。

貫流式鍋爐示意及實體圖

熱水鍋爐(Hot Water Boiler) 熱水鍋爐與貫流式鍋爐和水管鍋爐的原理是一樣的，其操作方式基本上有兩種一是直接利用自來水進入鍋爐內管路中流動，燃料燃燒後產生高溫氣體在經水管外壁，傳熱給管內的水，只是加熱成60~70℃的熱水而不是蒸汽，與一般家庭使用的熱水器作用原理一樣，另一種則為以鍋爐產製蒸汽或加熱其他受熱介質，再經熱交換器間接加熱桶槽內自來水而成熱水。目前國內以使用蒸汽式熱水鍋爐較多，常用於飯店、三溫暖、學校宿舍和食品加工業。

熱水鍋爐示意及立式實體圖

2.1.3鍋爐水質管理水質TDS的定義 & 影響

一、水質TDS的定義TDS(Total Dissolved Solids)或總溶解固形物代表的水中懸浮不純物的濃度。由於這些不純物（主要由電解質鹽類等組成）多會導電，因此爐水檢測多利用導電計來測量爐水的的電導值來監控爐水中的懸浮不純物。使用的單位是μS/cm。另外用來代表水中懸浮不純物濃度的單位有ppm,、Baume及Twaddle。

二、TDS對鍋爐的影響當爐管周圍的水受到來自爐管內的高溫而蒸發時，形成的汽泡會浮出水面，破裂後釋放出蒸汽。當水中的懸浮不純物濃度高時，爐水的張力會越來越大，使得汽泡更難破裂，這些汽泡在汽鼓內相互層疊，形成液位上升的假象，有時這些不純物濃度高的汽泡會被蒸汽管路吸入，造成閥件與熱交換面積結垢，並污染被加工的產品。在蒸汽鍋爐中，爐管的結垢會造成局部高溫造成爐管破損崩潰。

三、TDS的測量多數的鍋爐操作員多仍用Hydrometer以化學方式來

比較爐水的相對密度。測出的相對密度後，再將（15.5°C時的爐水相對密度– 1）x1.1x106就能求出爐水的TDS ppm。但是Hydrometer是一個精密的儀器需要頻繁的校正，且容易受損。現在越來越多工廠改用導電計來測量TDS，只要將手持導電計的感應棒放入爐水樣品中，就能測出TDSμS/cm。但是由於水中的酸鹼性與溫度都會影響TDS的量測值，因此利用hydrometer時須將爐水樣品溫度定在15.5°C，而利用導電計時則須以25°C為基準點。

四、如何決定爐水的電導值

各式鍋爐最大操作TDS值的建議表一般煙管式蒸汽鍋爐多操作在2,000~3,500ppm左右，大型的水管式鍋爐則在3,500~5,000ppm左右，只要蒸汽鍋爐是操作在於設計壓力下，蒸汽需求穩定，爐水處理適當的話，通常只要適當的做爐水排放就能維持爐水中的TDS值。

Maximum TDS tolerated by boiler type

Maximum TDS (ppm)

Lancashire 10,000

2-Pass Economic 4,500

Package and 3-Pass Economic

3,000-3,500

Low Pressure Water Tube

2,000-3,000

Medium Pressure Water Tube

1,500

Coil Boilers and Generators

2,000

2.1.4可行的節能技術一、如何提高鍋爐效率

1.降低排氣溫度：排氣溫度一般比所產出蒸汽溫度高約20℃~40℃，排氣溫度太高時，可能是傳熱面積不足、積垢或後燃現象等，一般降低排氣溫度的方法有提高熱傳效率或增加熱傳面積，如定期清潔爐膛，加裝空氣預熱器或節熱器等方法，另外更須注意使燃油霧化良好，避免後燃現象。

2.減少排氣含氧量：理想的鍋爐過剩空氣量，於高負載時，其排氣含氧量應在3-5%之間，過多的空氣量造成燃油一部份熱能為空氣所帶走，但空氣量不足則造成燃燒不完全排氣冒黑煙等問題，而不完全之燃燒可檢測煙囪排氣中一氧化碳含量多寡來判定。然而排氣含氧量亦隨鍋爐負載高低有所不同，因此鍋爐燃燒進氣量之調節，應於鍋爐高負載時(大火燃燒時)調降進氣量在最低量，此進氣量使鍋爐在高低負載變化時，空氣量不會有不足或過大的現象。

鍋爐燃燒效率與排氣含氧量、排氣溫度關係圖

M(空氣比)＝21%/(0.21%－O2%)

一、如何提高鍋爐效率(續1)3.加強保溫：

爐體保溫良否直接影響到鍋爐效率，保溫正常則爐體表面平均溫度將不超過室溫30℃以上，而鍋爐房風速及外氣溫度條件也會影響爐體表面熱散失量。

4.預熱燃油：為提高燃油燃燒效率，以中國石油公司供應之低硫燃料油(SO2：0.5%)為例：必須預熱燃油降低其黏度使其霧化完全，而燃油霧化預熱溫度隨燃燒器型式不同而異，一般燃油預熱溫度範圍在80℃～120℃之間，如預熱溫度太低時，油黏度大，噴霧油滴太大，可能造成後燃燒使排氣溫度升高，甚至排氣冒黑煙，而不得不增加空氣量，以至使熱損失變大，但預熱溫度過高，可能造成油料碳化，使噴油嘴結碳，影響正常噴霧，也會使油料霧化不佳，產生後燃現象，而使排氣溫度升高，浪費能源。

鍋爐爐壁散熱量與熱損失關係圖

空

氣

溫

散 度

於

30

失 ℃

微

風

熱 情

況

下

量

50

600

200

60 80 130 150

外 壁 表 面 溫 度 ℃

(kcal/

m2．h)

100 120 140

400

70 90 110

爐 壁 外 壁 之 散 熱 損 失

1,600

1,200

800

2,000

1,800

1,400

1,000

黑色表

幅射率

銀白色表

一、如何提高鍋爐效率(續2)5.改善飼水品質：鍋爐水經蒸發濃縮後，爐水中不純物比例增加，常造成水側管路結垢、腐蝕等問題，通常鍋爐飼水均須先行軟化處理或儘量利用回收之冷凝水做為鍋爐飼水來改善水質。

6.避免鍋爐經常低負載運轉：由於爐體表面熱損失相對增加，使得鍋爐效率非常低，鍋爐如經常低負載或以小火運轉時，應考慮改小燃燒器或換小噴油嘴或更換容量較小之鍋爐，使得鍋爐有較佳之效率。

二、蒸汽及冷凝水系統的節能在談論蒸汽及冷凝水系統的節能前我們先來估算蒸汽的成本：燃料油價格：$14,708/kL(以96年9月2日臺灣中油公司報價、不含運費)燃料油密度：972.5kg/kL燃料油熱值：9,200kcal/L燃料油熱值：10,123.7Mcal/kL1公噸7kgf/cm2的蒸汽熱焓：661 Mcal每公噸蒸汽約需82公升燃油或NT$1,206成本

若鍋爐效率為85%，那油的熱值僅有85%會用來加熱水為蒸汽，其它15%必須燃燒更多油來彌補，所以每公噸蒸汽事實上約需要：NT$1,206 × 1.15 = NT$1,387/每公噸蒸汽其它會增加蒸汽成本的因素：水費、電費、水處理藥劑與耗材費用、污水處

理費，成本約為$113/每公噸蒸汽。累計後總成本約為$1,500/每公噸蒸汽，因此除關心如何提高鍋爐效率外，熱能的有效管理和運用更是節約能源的項目之一，例如在蒸汽輸送系統上，可透過一組合適的袪水器和管線，以回收高溫冷凝水的節約能源手法，更是值得中小企業廠商參考，以達到節約能源之目的。冷凝水回收率與鍋爐效率關係如

冷凝水回收率與鍋爐效率關係圖

鍋

爐

的

效

率

(%)

0 60 80 100

冷 凝 水 回 收 率 (%)

20 40

冷 凝 水 回 收 率 與 鍋 爐 效 率 的 關 係

80

85

90

95

1.蒸汽袪水器(Steam Trap)由於保溫的不完全、水質的不良、蒸汽供應的不平衡等，都會造成管路中含有凝結水及水膜的發生，這些凝結水積集於管路底部，會產生水鎚(Water Hammer)現象，影響正常生產操作，而水膜對熱的阻抗為一般鋼板的60~70倍，大大的阻礙蒸汽的熱傳效果。此外蒸汽管路中常有不凝結氣體(Incondensibie Gases)存在，包括有空氣、二氧化碳等氣體物質，其主要來源有：(1)熱設備在啟用前，蒸汽管路中有大氣存在。(2)當停車時，熱設備中部份蒸汽慢慢冷凝而造成真空，使外界大氣倒灌入內。

(3)操作不當或使用的添加物混雜有空氣。當空氣混於蒸汽進入熱設備時，空氣附著於傳熱表面形成空氣膜，分隔蒸汽與傳熱面，由於空氣的熱傳導度極低，故影響熱傳效果，降低熱設備的效率，因此，如何立即排除管中所形成的凝結水和混雜的不凝結氣體，對提高熱設備效率，節省能源浪費是非常重要的，一個優良的祛水器必須達到以下三個要求：A.凝結水一經形成，就將其排出。B.排放不凝結氣體，如空氣、二氧化碳等。C.盡可能使蒸汽的漏失減至最小。

蒸汽袪水器種類、特徵及其使用原理

形式 使用原理 種類

機械作動型 (Mechanical Type)

利用水蒸汽與凝結水

密度之差異

1.直桶式袪水器(Open Bucket Traps) 2.倒桶式袪水器(Inverted Bucket Traps) 3.浮球式袪水器(Free Float Traps) 4.浮桶式袪水器(Free Ball Bucket Traps)

靜熱作動型 (Thermostatic Type)

利用水蒸汽與凝結水

溫度之差異 1.脹管式袪水器(Bellows Type Traps) 2.雙金屬式袪水器(Bimetallic Traps)

熱力作動型 (Thermodynamic Type)

利用水蒸汽與凝結水

熱力性質之差異 1.推進式袪水器(Impulse Type Traps) 2.圓盤式袪水器(Disc Type Traps)

節流型 (Orifice Type)

利用水蒸汽與凝結水

通過小孔流量之差異 流孔板式袪水器(Orifice Type Traps)

機械式袪水器-倒桶式

熱靜力式-溫度差

熱動力式-壓力差

2.冷凝水的回收當蒸汽冷凝時，蒸汽的熱焓會移轉到被蒸汽加熱的

物件上。但是這些熱焓只是鍋爐蒸發鍋爐水所用能源的75%而已，剩下的25%仍然存於冷凝水內，另外除本身的高熱焓外，蒸汽冷凝水更是最理想的鍋爐補給水。

冷凝水回收有下列幾個優點：(1)冷凝水為最純的蒸餾水，不含鍋垢之固體成份，可節省大量清鍋費、水費及電費。

(2)提高鍋爐給水水質，蒸汽品質提高，減少鍋爐排放(Blow Down)節約能源。

(3)減少鍋爐補給水量，並減少爐內外水處理費用。(4)給水溫度提高，水中含氧量減少，避免鍋爐管線鏽蝕；增加熱傳導，提高效率。

(5)給水溫度提高，減少鍋爐氣鼓的溫度差，避免鋼板熱脹冷縮，應力不平衡，延長鍋爐壽命，同時蒸汽壓力穩定。

(6)給水溫度升高，增加鍋爐蒸發量，減少單位蒸汽生成熱能的需要量，直接節省燃油消耗，提高鍋爐效率。

3.增設密閉式冷凝水回收系統一般多為開放式冷凝水回收系統，常使回收之高壓冷凝水至回收槽時，形成二次蒸汽排放掉，造成能源之浪費，如採用密閉式冷凝水回收系統或將高壓冷凝水先經蒸汽再生槽形成中壓蒸汽，可供中、低壓力蒸汽系統使用或提高鍋爐飼水溫度，以節約能源耗用。但設計時要注意管線中不凝結氣體的存在，要設置排氣閥。

4.閃發蒸汽的回收蒸汽冷凝水是由較高壓的蒸汽系統經由卻水器排到低壓的冷凝水回收系統。由於壓降的關係，部份冷凝水再蒸發成蒸汽（名“閃發蒸汽”）。閃發成蒸汽的比例依蒸汽與冷凝水回收系統的壓差而定。但是一般是在於10到15%之間。冷凝水中所含的熱焓有約半數會經由閃發蒸汽喪失去，因此閃發蒸汽的回收也是蒸汽系統能源節約中重要的一環。

蒸汽冷凝水可回收閃發蒸汽量圖

5.防止蒸汽外洩蒸汽洩漏是最直接的能源損失。以一個7.5mm 的 小 孔 而言， 5barg(約 5.1 kgf)壓力下每小時洩漏100kg/hr的蒸汽量。若久未察覺或視而不管，全年8,400小時，至少造成69公秉的燃油消耗。

蒸汽洩漏熱損失圖

6.確實的蒸汽管線保溫未保溫的蒸汽與冷凝水管閥件會持續不斷的將熱能釋放到大氣中，確實的保溫蒸汽管路可以減少熱能損失將近90%，也能防止因過度冷凝造成的管路積水與水錘問題以及可能的壓力不足現象。

蒸汽與冷凝水管線的保溫經過一段時間的使用後常有部分保溫會因損壞,變形，受潮變濕而喪失保溫功能。尤其是變濕的保溫更應立即更換，因為濕保溫會加速管中的熱能傳送到大氣的速度，濕保溫的熱損失比未保溫的裸管可能快50倍左右。

蒸汽管線熱損失圖

7.蒸汽祛水器的保養美國能源局發現3至5年未檢測或全面性保養的蒸汽祛水器通常會有15~30%的故障率，使得蒸汽不斷的洩漏造成能源損失與不盡的蒸汽系統問題。

美國能源局建議10kgf/cm2(150psig)以上的蒸汽系統應 每 週 安 排 一 次 祛 水 器 檢 測 ， 2kgf/cm2 到10kgf/cm2(50psig~150psig)的蒸汽系統應每季檢測一次，而2kgf/cm2以下的系統則是每年檢測一次.檢測目的在於將全廠的蒸汽祛水器故障率控制在5%以下，以避免昂貴的蒸汽洩漏損失以擁有200顆祛水器的蒸汽系統而言，30%的故障率表示有60顆祛水器在洩漏

2.1.5節能案例一、案例一

其冷凝水回收率僅有約13%，經評估後，檢討其回收系統。使冷凝水回收率提高至約50%，則每年可節省燃油費用的101萬元和減少709.4公噸的CO2排放。

二、案例二其蒸汽冷凝水以及製程降溫水並未回收，經分析後，將其冷凝水及降溫水回收供應蒸汽鍋爐，每年可節省燃油費用123萬元和減少863.9公噸的CO2排放。

三、案例三冷凝水回收後，可節省69萬元和減少484.6公噸的CO2排放。

四、案例四其冷凝水回收系統已有部份損壞，以及保溫脫落，檢修後估計每年可節省燃油費用39萬元和減少273.9公噸的CO2排放。

三、案例五其蒸汽祛水器大多數已損壞，經檢修及更新後，估計每年可節省燃油費用270萬和減少1,938.6公噸的CO2排放。

2.2 加熱爐系統節能技術

工業爐是一種大型的工業材料熱處理設備，主要用於熱加工處理，使材料發生物理和化學變化，以便進一步加工，例如，在金屬工業中的煉鋼業、製鋁業、製銅業，以及各種合金金屬業都需要工業爐設備進行金屬材之加熱處理，使易於加工再塑形。除金屬工業外，其他產業如水泥、石化、塑膠、玻璃及磁磚等產業，在其製程中也需要工業爐設備進行熱處理。在熱加工處理過程中，工業爐系統設備之優劣對於產品品質與產量穩定性有重大影響。工業爐系統是結合鋼構、耐火材、液壓系統、燃燒系統與電腦自動控制等多項技術整合之產品。

2.2.1各式加熱窯爐常用燃料熱值

我國燃料熱值比較表

IPCC建議燃料特性值

w.t% (濕基) 熱值 淨發熱量 燃料 類別 C H C/H ** Kcal/kg

液化天然氣 66.4 20.8 3.2 9,900kcal/m3 12,400 柴油 83.2 12.8 6.5 8,800kcal/L 10,300

0.5%S燃料油 87.4 11.8 7.4 9,400kcal/L 10,000 1.0%S燃料油 86.8 11.9 7.3 9,200kcal/L 10,000

燃料煤 66.0 4.4 14.9 6,400kcal/kg 6,200

燃料類別 煤炭 燃料油 柴油 天然氣 熱值單位 kcal/kg kcal/m3

總發熱量(GHV) 6,483 10,104 10,894 13,485 淨發熱量(NHV) 6,159 9,599 10,349 12,137 碳元素氧化率 0.98 0.99 0.99 0.995

2.2.2工業窯爐概要一、玻璃工業

1.坩堝窯窯膛內放置單只或多只坩堝，玻璃熔製的各階段(熔化、澄清、均化、冷卻)在同一坩堝中隨時間推移依次進行，窯內溫度制度隨時間推移變動，成型時用人工從坩堝口取料，再進行玻璃吹製、壓製、拉引、澆注等製造，也可以坩堝底供料，或將整坩堝移出取料。坩堝窯適用於熔製產量小、品種多或經常更換料種的玻璃。

2.熔池窯窯膛包含一耐火材料砌築的熔池，配合料投入窯池內熔化。池窯有間歇式和連續式兩種。間歇式池窯又稱日池窯，一般較小，熔池面積僅幾立平方米。熔製過程完成後，從取料口取料，大多採用手工或半機械成型。適用於生產特種玻璃。絕大多數池窯屬於連續式，各個熔製階段在窯的不同部位進行。各部位的溫度制度是穩定的。配合料由投料口投入，在熔化部經歷熔化和玻璃液澄清、均化的行進過程，轉入冷卻部進一步均化和冷卻，繼而進入成型部最後均化(包括玻璃液溫度均化)和穩定供料溫度。由於池窯靠近底部玻璃液溫度低而呈滯流狀態，因此窯池玻璃液總容量大於作業玻璃量，連續作業的加料量與成型量保持平衡。熔化好的玻璃液採用連續機械化成型。

連續式玻璃窯爐示意圖

二、水泥工業

2.熟料燒成生料經由預熱塔懸浮預熱，再送入旋窯內。生料進入旋窯內之後，生料逐漸混合在一起，至燒成段用噴煤燃燒，加熱使生料產生化學變化，而此時生料呈半熔融狀態，稱之為熟料。廢氣的排出方向與進料進行方向相反，其成分中帶有部份污染物並經過集塵器收集塵粒後排至大氣中。熟料被送人冷卻機急速冷卻，然後儲存，餘氣經由靜電集塵機收集塵粉後，排入煙囪，目前國內旋窯皆配有4段以上的預熱機以降低耗熱量。

三、鋼鐵業

1.電弧爐電弧爐是指利用電極電弧的高溫來煉製鋼鐵的電爐，工業性直接電弧爐是法國埃魯(P.L.T.Hroult)於1888～1892年所創製，當時運用於電石和鐵合金生產，1900～1910年間則應用於煉製鋼。現在國際上煉鋼所用三相電弧爐，是按埃魯式電弧爐原理製造的，所以又稱埃魯電弧爐。電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成，爐蓋呈圓拱形用硅磚、鎂鉻磚或高鋁磚砌在一個用水冷卻的鋼拱腳圈樑上，通常也設有抽排氣管道連結污染防治設備，並可移開裝料。有三根按等邊三角形布置的石墨電極穿過爐蓋伸入爐內，並由一台爐用變壓器通過電纜、導電管、電極把持器向電極供電，使電極末端與金屬爐料之間發生電弧，將電能轉化為加熱爐子和熔煉鋼水所需的熱能。

軋鋼加熱爐燃燒控制系統圖

立式熔鋁爐示意圖

2.2.3未來發展一、工業爐系統整合

節省操作人力、提高生產效率及品質，已是目前工業爐消費市場之主要需工業爐系統整合之市場定位研究—多元尺度分析法之應用求，故工業爐必須朝向操作簡易、維修容易、降低成本等方向改善(黃鐐豐，1979)。近年來，工業爐在控制方面已朝向結合機電整合控制功能，使其具備全面數位化自動控制能力，因而提高設備控制精確度，更降低人為操作疏失(Bekker et al., 2000；Joo et al., 2000)。另外，由於資訊科技的精進，整合網路、決策支援與智慧型軟體，以即時蒐集、分析熱處理過程之資訊，並適時提供管理者異常訊息或分析報告之工業爐系統已成為另一項競爭利器。因此，整合機電控制與資訊科技之工業爐整合系統已是一個新趨勢。

二、改善重點

符合環保要求許多已開發或開發中國家紛紛對工業爐燃燒之熱排放、CO2及NOx氣體排放、粉塵污染等項目訂定環保要求標準(賴耿陽，1992；Bekker et al.，2000)。因此，工業爐產品之發展除著重在系統整合，以及節約能源、降低成本、廢棄能源之再回收利用與提高產能之目標外（在維持效能下，降低資源耗竭），還需兼顧環境保護需求(Liang，1995)。例如，低NOx燃燒器之採用，燃燒系統之改善，廢氣燃燒設備之開發與廢氣能源之回收等，皆為當前工業爐產品在環保要求方面之改善重點。

2.3 廢熱回收系統節能技術2.3.1什麼是廢熱

一、廢熱的來源

廢熱一般是指工廠製程設備無回收設備，便以直接或間接方式排放廢棄熱能。以直接排放而言多屬高溫氣體，其中含括各式各樣的蒸汽鍋爐、熱媒鍋爐、垃圾焚化爐、水泥旋窯、金屬加熱爐、煉鋼電弧爐等之煙道氣體排放和如蒸汽中的冷凝水、閃發蒸汽，其中多數仍有相當的熱能未被有效利用；間接排放則主要以製程因設備操作及系統需求，需要用水冷卻或風車氣冷等方式，直接或間接帶走製程內多餘熱能，以因應後續製程所需，或是將製程排放水進一步冷卻，以達到廢水處理的要求和排放，例如空壓機、冰水機、金屬熔煉澆鑄爐的冷卻水等。

鍋爐熱損失平衡示意圖

二、廢熱回收的方式

廢熱回收的硬體設備可分直接回收及間接回收設備，間接設備如熱交換器可間接將廢熱的熱能，透過不同型式的熱交換器轉換給需要加熱的流體如水，或直接將廢熱的熱能，引進如製程乾燥機內與需被乾燥物體作直接換熱乾燥。無論直接或間接廢熱回收設備，除廢熱中物理及化學特性的考量外，還要一並考慮對設置地點工安、環保、衛生等法令要求。

2.3.2工廠廢熱能源一、有多少廢熱能源

從廢熱源的溫度分佈來分析(如圖2.3-3)，大都是以溫度150℃以下的廢熱居多，這些通常是經以高溫冷卻水型式排放掉，譬如鋼鐵業澆鑄冷卻水、化工、造紙、紡織染整業製程冷氣廢水或是蒸汽冷凝水的排棄。除是熱能和水資源的損失外，又常為要符合工業區排放污水規定，而以散熱水塔協助降溫冷卻，如此又增加電力能源的耗用量。

中低溫(151~250℃)則以各式蒸汽鍋爐和熱媒鍋爐排放的廢氣為主，在以往因燃料油燃燒廢氣中有含硫成份易造成熱交換器腐蝕問題，加上鍋爐爐膛製造材質等的因素，另在成本考量下多未予以回收，但目前燃油含硫的降低、鍋爐材質的精進和國外新式熱交換器的引進，對所有能源用戶會有激勵改善作用。

2005年國內廢熱量與溫度分佈圖2005年國內廢熱量與溫度分佈圖

60.8%

20.6%

9.3%9.3%

0.0

500.0

1,000.0

1,500.0

2,000.0

2,500.0

3,000.0

3,500.0

4,000.0

廢熱量(kkLOE) 538.0 535.0 1,186.6 3,499.2

高溫(>650℃) 中溫(250~651℃) 中低溫(151~250℃) 低溫(

二、製程系統廢熱

1.鋼鐵業製程廢熱：鋼鐵業在煉鋼、煉銅、熔鋁或鑄造的過程中，除排放大量高溫廢氣外，為使溫度達1,200~1,600℃高溫的鋼液、銅漿、鋁湯能順利澆鑄成型，也會大量利用常溫水來做冷卻，這些熱能都是可回收再加以利用的，例如預熱助燃進氣、酸洗鹼洗液之升溫等。

2.石油化學業製程廢熱原油或塑化原料在提煉過程中，需經過多次如蒸餾塔、聚酯塔、汽提塔、熔煉槽等高溫塔槽反覆的重組或聚合製程，其中會產生大量閃發蒸汽、冷凝水、冷卻廢水和廢氣，這些熱源通常都設有回收裝置，用以減少燃料的投入，節省煉製成本。

3.水泥業製程廢熱水泥是由礦石磨粉成生石灰在送入如混料塔、旋轉窯、熟料窯等設備經高溫熱能熟化才能製造出各項建築、造橋、鋪路用水泥，因此回收廢熱預熱原料或設置汽電共生廠，用來發電提供部份製程和販售給台電公司，是頗為普遍的廢熱回收作法。

4.橡膠塑膠業製程廢熱橡膠塑膠業製程設備如射出機、壓出機、混煉槽，在生產過程中會使用電熱加熱原料以方便擠壓、混煉至模具用以成型，但成型後又要以冷卻水冷卻方能取出成品，因此就產生不少高溫冷卻水和熱氣，目前業界都藉由冷卻水塔來散熱。但有時在製程前處理需要熱水清洗或熱風乾燥，卻是使用電熱器加熱，因此如何回收廢熱來利用，以節約能源，便成為業界重要的課題。

5.紡織染整業製程廢熱紡織染整業處理的布匹、衣料是經過連續漂洗、高溫染色、蒸汽烘乾和高溫定型等程序，才能提供製衣廠裁切、縫製再到我們身上，其中過程多以蒸汽鍋爐產製蒸汽做洗染製程，另以熱媒鍋爐產生高溫熱做樹酯定型，都免不產生許多冷凝水、低壓廢蒸汽和定型廢熱氣，因此業者常思如何回收利用，以減少能源耗用。

6.造紙業製程廢熱各式紙用品的製造也是需要使用大量熱能，如紙漿槽、烘缸、高溫烘乾箱的蒸汽或電熱加熱，業界大多回收冷凝後的低壓蒸汽回前處理如散漿、脫墨使用，再者也有利用製程中的廢紙漿掺配在煤炭中當汽電共生的部份替代燃料，以善加利用資源並且減少廢棄物的產生，都是業界努力的成果與方向。

7.電子業製程廢熱以晶圓精煉、多層電路板(PCB)中的烘乾、酸洗槽、熔煉槽、高溫成型機為例，熱媒鍋爐和電熱器產生的高溫廢熱不少，業界卻常未加以回收或以設置冷卻水塔協助散熱，造成能源耗用增加和浪費，由此可知道該行業節能空間頗大，是可積極輔導協助建立熱回收裝置，會有不錯的節能效果展現。

8.食品業製程廢熱食品業製程的萃取、蒸煮、殺菌、烘乾等過程，蒸汽和電熱都是免不的食品加工熱能來源，可回收利用的地方相對不少，但因食材溫度的多變、食物衛生的要求加上生產的時數等特性，限制部份熱能的回收，頗為可惜，也是業界可努力的方向。

三、公用系統廢熱1.鍋爐

2.冷卻水塔

3.蒸汽冷凝水

4.空壓機冷卻水

5.冰水機冷卻水

2.3.3廢熱回收技術一、有那些廢熱回收設備？

直接回收設備：如熱交換器可直接將熱載體的熱能，透過熱交換器轉換給需要加熱的流體，或直接將廢熱載體的熱能在乾燥機內與需被乾燥物體作直接接觸，可同時做質量與能量的傳遞。鍋爐直接熱回收系統如圖2.3-21所示。間接回收設備：需透過適當介質來傳遞熱能，不能單以設備稱之，應視為廢熱回收系統，例如吸收式冰水機、熱泵冰水機等應用，都是透過適當介質來做系統內熱能的傳輸。

鍋爐直接熱回收系統示意圖

生產工場鍋爐

低壓蒸汽

T

卻水器

熱 交 換 器

地下水槽

P 泵至純水裝置進口

P

鍋爐給水

純水槽

U型殼管式熱交換器適用範圍：殼管式及U型適用於流體與流體間之加熱或冷卻、冷

凝，舉凡電子、化工、化纖、紡織、造紙、電鍍工業、油壓機械、空氣壓縮、冰水器、冷凝器及飯店等行業皆適用。

特性：可抽取方便傳熱管外圬垢消除及檢查。傳熱管與殼可隨流體溫度而自由地伸縮。受熱膨脹限制少。適用於高溫及高壓流體加熱、冷卻、冷凝。

2.空氣熱交換器適用範圍：適用於焚化爐及高溫廢氣處理，或任何須氣體加熱或冷卻、

冷凝之產業，例如電子廠、造紙廠、紡織廠、焚化爐、環保機械等所有因燃燒產生之廢氣皆可處理。

特性：藉由鰭片散熱管將高溫流體取出熱，把低溫流體加熱，鰭片纏繞固定在傳熱管上增加傳熱管表面積，乃螺旋式。若用模具沖片成形再用漲管方式固定，乃沖片平板式。兩者皆是增加傳熱表面積。達到流體與流體間熱交換的方式，加上鰭片可減少整個熱交換器的體積，唯須視用途而定。一般可分為加熱(熱源為蒸汽或熱媒油，即空氣加熱得到熱風乾燥原物料，或將熱媒油、蒸汽冷卻用)及冷卻(冷源為水或冰水，冷媒達到空氣冷卻、冷凝之目的)。

3.板式熱交換器適用範圍：適用於中低溫廢熱水和冰水處理，例如電子廠、食品廠、紡織廠。或任何須氣體加熱或冷卻、冷凝之產業，舉凡電子、塑化、食品、染整、塗膠、造紙、環保、溶劑回收、廢熱回收、馬達冷卻系統、空調等產業設備。

特性：經設計後能使熱傳更具高效率。容易清洗維修、拆裝方便。保有再擴充之能力及空間。比螺旋式或殼管式熱交換器體積小，且具有更佳的熱傳導能力。未來具有相當的發展潛力。

4.閃發蒸汽回收

將廠內高壓蒸汽設備排出之蒸汽凝結水，利用閃沸蒸汽回收系統將閃發蒸汽取出，提供低壓蒸汽系統使用或利用熱能換熱設備將閃發蒸汽及凝結水熱能間接轉換為中溫熱水及高溫熱水，供應給現場設備使用。

5.熱泵熱回收如果將冷氣機製造冷氣過程中，往外面排出的熱氣能量(QH)，排入一個水槽中，製成熱水供各種使用，這樣就可回收原本要排放到屋外讓路人痛苦的熱氣，變成有用的資源。可節省另外製造熱水的設備投資與能源費用，又有利環保，做到利己利人。因此，冷氣機除產生冷氣外，從製造熱水的功能來看，它也可變成一部「熱泵熱水器」，冷氣與熱水通通有用。而在製造冷氣過程中，也會產生除溼作用，因此「熱泵熱水器」兼具熱水、冷氣、除濕的多重功能，是典型的綠色環保器具 ， 熱泵機可分二大類為：

A.空氣對水熱泵機(air to water)：其熱源是取自於空氣中的熱，熱能被冷媒吸取後，原有悶濕空氣即變成乾冷之空氣，即是我們日常生活中所稱的冷氣，所吸取的熱能經壓縮機傳輸轉換成中溫熱水，即成熱泵熱水此謂空氣對水。

B.水對水熱泵機(water to water)：其熱源取自於大自然的水(自來水、海水、山水、溪水、地下水井水、工業排放水皆是)，大自然的水資源熱能被吸取後，原常溫的水即變成7℃~12℃的冰水，原有被吸收的熱能經壓縮機傳輸轉換成中溫熱水，即成熱泵熱水此謂水對水。

熱泵系統原理

空氣對水系統圖

水對水系統圖

熱

水

槽

熱

水

槽

加熱循環加熱循環

熱

水

槽

熱

水

槽

加熱循環加熱循環

使用端

熱泵 熱泵

自然風自然風 冷風冷風

自來水供給端

銜接冰水7℃

銜接冰水12℃

使用端

自來水供給端

熱泵 熱泵

冰

水

主

機

2.3.4廢熱回收案例介紹與效益分析一、造紙業-造紙廠乾燥紙匹由開放式改為密閉式回收廢熱雖然目前新建的造紙廠，紙匹的乾燥都採用全密閉式，但國內尚存在二十餘年前所建的造紙廠，在乾燥烘箱卻很多只裝置排氣罩，但常因配置失當或抽力不足，使要排出的濕熱空氣無法順利排除，因而影響紙乾燥，必需使用較大之蒸汽壓力提高烘缸熱量，才能使紙達到乾燥的目的。當改成全密閉式後，進入罩內空氣先與排氣熱交換，回收熱能後，再經加熱提高進氣溫度，可使排氣溫度隨之提高，也就是提高排氣中的含水量四倍以上，使排氣量大幅減少到四分之一以下，而排氣所帶走的熱量也隨之減少到一半以下，實際就是回收在開放式中排出的熱量再次利用。

二、食品製造業案例

1.蒸汽系統整合現況某一餅乾糖果類食品加工廠，設有蒸汽鍋爐1座運轉300日/年、16小時/日，使用燃料油95 L/hr、年用456公秉，給水溫度60℃，生產8.5 kgf/cm2G飽和蒸汽1.2公噸/hr，鍋爐負載40%、效率83%。過期食品焚化系統包括一次燃燒、後燃燒、前置燃燒、廢熱鍋爐，日運轉12小時，處理食用油脂、澱粉質廢料80 kg/hr，平均熱值5,000 Kcal/kg，以柴油作輔助燃料投入焚化爐20 L/hr、投入廢熱鍋爐18L/hr、年用柴油約230.4公秉，廢熱蒸汽鍋爐效率75%，生產8.5 kgf/cm2飽和蒸汽0.8公噸/hr。以柴油24元/L、燃料油12.5元/L單價計算，全廠總燃料費用1,120.7萬元/年，CO2年排放量1,724公噸。

2.替代能源經濟效益焚化系統的柴油燃料用於前段焚化爐占53%，焚

化系統以柴油作輔助燃料，降低廢料替代能源提供的效益。因廢熱鍋爐操作時間比蒸汽鍋爐短4小時/日，在能源總量和成本計算時須以日運轉為比較基準。

廢熱鍋爐中由廢棄物燃燒之廢氣提供77%能源，產生蒸汽0.8公噸/hr扣除柴油負擔的23%，替代能源實際有效利用熱量4,776 Mcal/日，約占全廠16小時/日總蒸汽熱能需求的27%。製程蒸汽如以燃料油鍋爐提高負載的方式完全供應，需要增加812 L/日燃料油支出，與廢熱鍋爐使用柴油216 L/日相較，年省燃料費用約86萬元/年，以蒸汽鍋爐產汽1.8公噸/hr的燃料油費為基準，燃料成本降低18%。廢熱鍋爐及蒸汽管路之投資回收約2年。

三、化纖業以化纖業某工廠為評估對象，該工廠內有四座利用燃燒重油來產生蒸汽的蒸汽鍋爐，重油燃燒之後所產生的燃燒尾氣溫度約190~200℃，以兩座鍋爐為一組將燃燒尾氣合併，經除塵之後分別由兩座煙囪排入大氣中，由於排氣量不小(平均每座鍋爐排氣量為150 CMM)估計應有可觀之熱量可以回收，如圖2.3-33所示。由於緩衝槽壓力為常壓，且在白天溫度已達80~90℃左右，所以若將燃燒尾氣的熱能回收再利用於此槽或進料水，為避免相變化，其所能接受的熱能有限。因此，考慮將回收之熱能用來加熱泵及鍋爐之間的高壓水流，圖2.3-34為利用燃燒尾氣預熱鍋爐補充水的示意圖：此規劃案預計可回收熱量1,166MJ/hr，節省重油200公秉/年，換算重油費用約249萬元/年(10,450元/公秉)。

鍋爐補充水之現況

鍋爐補充水回收排氣廢熱後系統圖

四、造紙業案例

1.蒸汽系統整合現況一般造紙業工廠蒸汽使用分高、中、低壓等級，高壓鍋爐提供高壓蒸汽給使用者；中壓蒸汽由高壓蒸汽降壓而得，低壓者由中壓降壓而得；冷凝水則由各級使用端收集至儲槽。

由於高中壓冷凝水溫度較高，在低壓冷凝水收集管中易閃沸成大量蒸汽，由儲槽逸散流失，不僅是熱能損失，也是水資源流失。

圖2.3-35為該公司目前鍋爐補充水之示意圖，在進鍋爐前，設有一緩衝槽收集三個不同來源的水：製程回用水、汽電廠回用水及原水。其中汽電廠回用水只有白天的16小時有供應，而夜間的8小時沒有供應，此時改由原水補足所需的水量。因此，白天緩衝槽的溫度約80~90℃，而夜間則約60℃左右。

鍋爐補充水之示意圖

冷凝水回收流程圖

2.計算其有效熱能回收預期效益圖2.3-36為流程顯示，為完成上述之目的，除變更補充水及集塵器部分之管線連接外，主要需要增加兩項設備：熱交換器及風車。熱交換器是主要的熱能回收設備，但因燃燒重油時會產生一些粉塵廢棄物，為避免堵塞熱交換器，同時維持其效率，故以截取原集塵器後之燃燒尾氣為回收熱源，使進入熱交換器前之氣流不含粉塵。此外，因燃燒尾氣在經過集塵器及熱交換器之後，會產生壓損，而無法靠自然對流排出，所以必須加入一個風車，將換熱之後的尾氣抽出。在管線的部分，為盡可能地回收最多的熱能，所有管線均需要保溫處理。

五、紡織染整業某染整定型廠依檢測當時記錄及觀察分析F01利峰、F02力根及

F03 力 根 等 三 座 熱 媒 鍋 爐 ， 發 覺 其 排 氣 溫 度 均達299~360℃、F02及F03兩座力根熱媒鍋爐排氣含氧量(O2)也達6.2%，致影響鍋爐效率頗巨，有設置熱回收裝置之節能改善空間。

該單位為專業之染整定型加工廠，染整製程上熱水需求量頗多，其熱源多為外購鄰廠之蒸汽直接或間接加熱，是故也設置有熱水槽儲存或回收冷卻水供製程使用，但經實地量測熱水回收槽溫度，約40-50℃，如此溫度使用在漂洗或染色製程之用水，都還需大量蒸汽逐漸加熱，方至漂洗或染色可使用之溫度，如能設置熱回收裝置預熱用水，將會減少外購蒸汽用量。

建議該單位儘速洽請原購鍋爐商調整排氣含氧量，並利用熱媒爐高溫之排氣廢熱，設置熱回收裝置，預熱製程需水，用以減少製程蒸汽加熱熱水時間，達節省外購蒸汽用量之目的。

六、吸收式冰水系統節能技術—石化業吸收式冰水機系統應用實例

一般冰水系統製冷方式分為

(1)機械式冷凍：即利用壓縮機將冷媒壓縮經升壓及降壓等程序提供需要的冷能，耗用的能源即為壓縮機使用的動力，通常為電力或中、高壓蒸汽。

(2)吸收式冷凍：NH3為冷媒之吸收式冷凍：由各NH3蒸發器產生之NH3蒸汽以NH3稀溶液吸收，產生NH3濃溶液，濃溶液經一蒸餾塔分餾產生純液體氨，液體氨再送到各蒸發器形成循環。其主要能源耗為蒸餾塔再沸器所需的熱量，如果製程有廢熱或過剩低壓蒸汽可以利用則可達到能源節約之目的。

2.3.5 結論一、排氣熱回收是改善重點

一般鍋爐排氣溫度高於蒸汽溫度30℃以上，即使作業負載很高，排氣含氧控制良好，鍋爐效率仍難超越88%。我國冬季氣溫甚少低於15℃，且燃料油含硫份已低至0.1~0.5%，應修正設計增加排氣熱回收量，使排氣溫度降為130～160℃，具有2～4%效率提升空間，高效率鍋爐目標可在87～91%範圍內依類型規格差異選定。

二、鍋爐作業條件最適化

由於行業差異，一樣的鍋爐設備因產汽規格、運轉特性、負載變

化不同，也造成鍋爐運轉效率迥異。檢測鍋爐操作數據及環境條

件，利用電腦程式模擬計算燃燒及熱傳效應，因應製程蒸汽量的

需求變化，瞭解鍋爐系統各裝置的限制特性，分析影響效率的缺

失，探討改善效率的空間，才能落實鍋爐效率提升的目的。

三、運用智慧型廢熱回收監控管理

思索影響能源使用效率的因素，以安裝智慧型廢熱回收監控系統

建立作業標準，運用實測數據即時分析指引合理作業條件，可以

減少異常損失有助於降低生產成本。從管理層面發揮最適化功能

之外，並且提供電腦化、資訊化、效率化的助益，持續的降低廢

熱回收作業成本是產業積極改善的重點。

四、節約能源兼得環保效益

地球溫室氣體減量是現今國際上極為重視的課題，從燃燒排放二

氧化碳氣體減量獲致效果最大。以能源使用效率提升之相關措施

做為二氧化碳減量原則可採行節約能源、提高設備使用效率、提

升單位能源製程產量、低碳高氫之燃料替換和再生能源的回收利

用等手段，因此降低能源用量也可兼顧環保效益。

五、利用有機生質替代能源

國際溫室氣體減量訴求以化石能源為目標，有機及生質廢棄物當輔助燃料共燃或採焚化熱回收處理，在替代化石能源之溫室氣體淨值計算上較為有利，且在經濟誘因條件下易被產業接受。因此汽電鍋爐有效利用廢棄物燃燒熱能應屬可行性很高的方案，小量廢棄物焚化系統以廢熱鍋爐生產低壓蒸汽的效益也有極佳的評價。適當的規劃回收熱能方式，經濟利益將使焚化系統不再只是處理成本的負擔。

六、燃料燃燒技術仍待改進

廢棄物進料熱值穩定性不易控制，熱值和解燃速率難以穩定，共燃鍋爐或廢熱鍋爐系統設計之操作變化有一定的容許範圍，最適當操作條件之設立須從瞭解廢棄物組成、物性、化性著手，引用燃燒動力經驗數據及公式，設計電腦軟體程式設定操作條件，模擬系統設備所受影響，探討熱量分佈及環保條件，將能獲得最佳經濟效益。

2.4 空調與照明等其他節能技術由於民眾隨著物質生活豐富，對於生活品質要求日

高，空調系統的使用從家庭、商業場所、到生產工廠可以說越來越普遍，因此也造成夏季用電需求的快速增長。落實空調系統節能不但能替自己節省荷包，同時又能達到改善環境品質的效果，可謂一舉數得。以下本節將先說明空調基本原理，隨之介紹各種空調設備的形式，並藉由中央空調系統的架構說明能量的傳遞過程，強調節能須從源頭做起，選擇優良能耗的產品便是一項重要的源頭工作。接著說明其他一般性的節能改善，諸如設備安裝、維護保養、運轉管理等方面措施。

2.4.1基本冷凍空調原理冷凍系統主要是由四個大元件組成，分別為壓縮機、冷凝器、

冷媒控制器、蒸發器，這四大主件之間，利用管路相互連

接，形成一個密閉迴路的循環管路系統，循環管路內充填著

一種特殊工作物質，這種物質也就是我們俗稱的冷媒。

系統四大元件，也相對應冷凍循環四個過程，說明如下：

一、壓縮機(壓縮過程)：壓縮過程如圖2.4-1及圖2.4-2為2-3的過程，在此過程中，壓縮機吸取在蒸發器蒸發完後的冷媒氣體，然後將它加以壓縮，使其成為高

壓的氣態冷媒。

二、冷凝器(凝結過程)：高壓的氣態冷媒在冷凝器中，由於周圍空氣或水的冷卻散熱，使氣態

冷媒凝結成為高壓常溫的液態冷媒，此過程稱為凝結過程，在圖

2.4-1及圖2.4-2為3-4，也就是排熱作用。

三、冷媒控制器(膨脹過程)：膨脹過程是為從冷凝器出來的高壓液態冷媒，降壓使流過的冷媒成為低壓液態冷媒，到蒸發器蒸發所必須經過的過程在圖2.4-1、圖2.4-2為4-5，此過程稱為膨脹過程。

四、蒸發器(蒸發過程)：由於冷媒在自液態轉換至汽態時所吸收之熱量為最大，因此蒸發器也可稱為熱量轉換器，故在蒸發器內，低壓的冷媒液從外部被冷卻空間(或物體)吸收熱量而蒸發，就稱為蒸發過程，也稱為吸熱作用。

蒸發過後的冷媒再流回壓縮機，重新另一次的冷凍循環。此系統的循環完全依賴壓縮機之運轉，才能達成。因此，壓縮機可比喻人體的心臟，而管路可比喻人體的血管，沒有心臟血液將無法全身循環，沒有壓縮機整個系統將無法正常循環運作。而壓縮機也是整個循環中最耗能的一個元件。

基本冷凍循環元件示意圖

基本冷凍循環p-h圖

2.4.2空調系統介紹一、空調系統類型

1.窗型冷氣機(1)單體式在台灣最普遍採用之機種，其壓縮機、冷凝器、蒸發器、風扇集中於一機體內。優點為可直接裝設於建築物之冷氣孔或窗台，安裝簡便，且價格較低。缺點為運轉噪音大。冷氣能力一般在1,800~7,000 Kcal/hr之間，大約為0.5-2冷凍噸之間。。

(2)分離式與單體式冷氣最大的不同在於其將蒸發器、送風扇與冷凝器、壓縮機、排熱風管分別裝置於獨立的機箱中，即所謂的室內機與室外機，兩機間以粗細不同的冷媒管連接，形成封閉的冷媒工作迴路。此外並連接控制線路，以便由室內機傳送控制訊號至室外機，控制室外機之運轉。優點為將壓縮機置於室外，可降低室內噪音、可裝設於窗型機無法裝設之房間、室內機外型美觀可配合裝潢選擇室內機型式（嵌入、懸吊、壁掛）、可一具室外機搭配多具室內機。缺點為安裝複雜費時、價格較高、安裝技術性高，若冷媒管太長或彎曲過多將使效率降低。一般家庭用冷氣能力在2,000~10,000Kcal/hr之間。大約為0.5-3冷凍噸之間。

2.箱型冷氣機(1)水冷式水冷式則與其他機型有較大差異，此機型由於冷氣能力一般在5-30冷凍噸之間，故採用水冷式，以有較佳的排熱效果，其排熱方式為將水導入冷凝器吸收熱能後，利用泵浦將之送至冷卻水塔散熱，然後再送回冷凝器吸熱而成一冷卻循環回路。通常使用於商場、辦公室等空間較大需要較大空調負載之地點。

氣冷式箱型機與分離式窗型機類似，差別僅在氣冷式箱型機冷氣能力較大，故室外機體積較龐大，其冷氣能力一般在5冷凍噸以上。

3.中央空調系統典型的中央空調系統中的主要組件包括冰水主機

(Chiller) 、 送 風 扇 (Supply Air Fan) 、 冷 卻 水 塔(Cooling Tower)、冰水泵(Chiller Water Pump)、冷卻水泵(Condenser Pump)及配管等等，如下圖所示，由圖上可知中央空調系統分為二個部份，一部為空氣側系統、一部份為水側系統，空氣側的部份包含送風機，空調箱等，水側部份則包含冰水主機、冷卻水泵、冰水泵、冷卻水塔等，中央空調系統詳細動作原理將在下一節中再做解釋。冰水主機可以說是整個中央空調系統的心藏，目前商業化的產品主要以機械壓縮式及吸收式二種為主。國內的中央空調系統大部份使用機械壓縮式冰水主機為主。

機械壓縮式冰水主機之種類以壓縮機型式區分有離心式、螺旋式、往復式、渦卷式。

二、中央空調系統介紹中央空調系統可以說是一連串驅動流體流動的動件（如泵、風扇及壓縮機）、各種型式的熱交換器（如冷卻除濕盤管、蒸發器、冷凝器、及散熱材）及連接各種裝置的〝通道〞（如風管、水管及冷媒管）所組合而成的。中央空調系統可分為下列五個循環：

中央空調系統流程及熱負載關係

排熱量

室內

空調

負載 冷

卻風扇

冷卻水泵

壓縮機

冰水泵

風扇

冷卻盤管

蒸發器 冷凝器 散熱材

室外

1.室內空氣循環空調區域中因為人員、設備、外氣及太陽等所產生的熱負載以傳導、對流、或是幅射等方式傳至空氣中，使室內空氣溫濕度上升（亦即增加空調負載）。由於風扇的驅動室內空氣經由風管被載到冷卻盤管與冰水做熱交換（冷卻除濕過程），變成乾而冷的空氣（此處的‘乾’是指絕對濕度的下降）後，再回到空調區域吸收人員、設備、外氣及太陽等所產生濕與熱，而完成循環。

2.冰水循環空氣中之熱負載經過冷卻盤管時以傳導及對流等方式傳至冰水中，造成由蒸發器出來的低溫冰水溫度上升。由於冰水泵的驅動冰水經由冰水管被載到蒸發器中與低壓冷媒做熱交換（冷卻過程），變成低溫冰水後，再回到冷卻盤管吸收空氣熱負載，而完成循環。

3.冷媒循環冰水中之熱負載經過蒸發器時以傳導及對流等方式傳至冷媒中，造成由降壓裝置（如膨脹閥、限流孔及毛細管等）出來的低壓低溫液態蒸發成為汽態（蒸發過程）。由於壓縮機的驅動及壓縮，低壓低溫汽態冷媒變成高壓高溫汽態冷媒，再經由壓縮機吐出管被載到冷凝器中與冷卻水做熱交換（冷凝過程）而成為高壓中溫汽態液媒，然後經由降壓裝置變成低壓低溫液態，再回到蒸發器吸收冰水之熱負載，而完成循環。

4.冷卻水循環冷媒中之熱負載經過冷凝器時以傳導及對流等方式傳至冷卻水中，造成由冷凝器出來的冷卻水溫度上升。由於冷卻水泵的驅動冷卻水經由冷卻水管被載到冷卻水塔中之散熱材中與流經散熱材之空氣做熱交換（冷卻過程）而降溫後，再回到冷凝器吸收冷媒熱負載，而完成循環。

5.室外空氣循環冷卻水中之熱負載經過散熱材時以傳導及對流等方式傳至經由導風板進入散熱材之室外空氣（此時冷卻水與室外空氣是直接熱交換，包括熱傳與質傳），造成經由導風板進入散熱材之室外空氣溫濕度上升。由於冷卻風扇的驅動，使高溫高濕之室外空氣被載到冷卻水塔以外之空間與周圍之室外空氣混合，而將熱負載排至大氣（排熱過程），而完成循環。

由以上敘述可知中央空調系統是由這五個循環環環相扣所形成的，就如連環炮般一環連著一環，而只要缺少其中一環就不是「正港」的中央空調系統。例如少冰水循環就是水冷式箱型機，如果再少冷卻水側就變成氣冷式箱型機或是一般家庭常見的窗型機（亦即是空調機）。圖是將中央空調系統各個裝置分開來解說，但在實際應用上卻是常將其中數個裝置合併成設備，如室內風扇與冷卻盤管可合併成空調箱（AHU）或是冷風機（FCU），而蒸發器與壓縮機、冷凝器組合起來即成冰水主機，冷卻風扇加上散熱材即是冷卻水塔。

五個圈代表上述的五個循環，而圈內的設備名稱則是系統內驅動流體流動的動件，亦即系統耗能之所在。而每一個圈的大小則是指熱負載的大小，亦即熱負載愈大則圈愈大，由圖中可知室內空氣循環負載最小，然後依次變大，到室外空氣循環負載是最大的，造成這樣的情形是由於下列兩個因素：1.在系統循環中有外來的負載進入系統，例如天花板內的熱源經由回風空間進入系統而成為熱負載，又如風管、水管或冷媒管保溫不良，因管內外之溫差，造成外面的熱量進入管內而成為熱負載。

2.由於各個動件之動作所產生的功（Work，如風扇功、泵功及壓縮機之壓縮功），會轉換成熱能隨著流體進入系統中，而成為熱負載。

2.4.3空調負載與節能之關係為使大家更易於瞭解，我們可以利用下列五個簡單的方程式，將五連環間之熱負載的關係（即圈的大小）表現出來：

qra=RT+Prf

qchw=qra+Pchwp

qr=qchw+Pcomp

qcw=qr+Pcwp

qoa=qcw+Pcfp

式中q為是熱負載，RT為室內空調負載，下標ra表示室內空氣循環，chw表示冰水循環，r表示冷媒循環，cw表示冷卻水循環，oa表示室外空氣循環。Prf為室內風扇功，Pchwp為冰水泵功，Pcomp為壓縮機之壓縮功，Pcwp為冷卻水泵功，Pcfp為冷卻水塔風扇功，其中之風扇功、泵功及壓縮功等均是指各動件為使流體流動而實際上加在流體上之機械功（Work）。

機械功主要是由流體流量乘以流體經過動件之進出口壓力差再除上動件之效率。但有時流體流量是不易測得，我們可以由動件之耗電量乘以馬達效率及聯結效率而求得。因此，流體之流量之多寡是可影響該循環之熱負載與其上游循環熱負載之差值。而流體之流量又與其上游循環之熱負載成正比，亦即上游循環之熱負載愈大，該循環之流量也就愈大，則該循環之熱負載與其上游循環熱負載之差值愈大。由於很多建築物使用之性質或是用途與原先設計有所差異，加上設計時未採用節能設計，普遍皆為過大設計（Over size design），因為過大的設計不但需花費較多的初設成本，同時空調系統長期處於低負載運轉，效率也差，必須付出較多的運轉成本。對於絕大多數既有建築物之中央空調系統，只要能針對負載的變化調整各動件之運轉模式及部分設備更換成符合系統負載特性之高效率設備即可節省大量的電費支出。

2.4.4空調設備能源效率及標準如何判斷空調主機的效率，有三個重要的判斷指標：

冷凍循環性能係數(Coefficient Of Performance)簡稱C.O.P值，其是用來表示冷凍循環效率的一項系統特性，是以冷凍空間所吸收的熱量對壓縮機輸入壓縮功所等價之熱量的比值，COP值越高代表效率越高。

能源效率比(Energy Efficiency Ratio)簡稱E.E.R值，EER值在商業系統中，是針對一般小型冷暖氣機之性能判斷使用EER值表示每瓦特用電量所能產生之冷氣能力值，EER愈高，冷氣效率愈好有愈省電；以上兩個效率值都是指在系統在標準條件下所量測出的值。

但事實上很多系統在安裝完後，大多數都是在非量測標準的環境下運轉，因此美國提出季節能源效率比(Seasonal Energy Efficiency Ratio)簡稱SEER值，是美國聯邦政府對空調能量效率的強制性評級效率值。

效率計算方式計算方式是以運轉中的制冷能力對壓縮機每小時消耗的功之比值，以上三種性能效率值，詳細計算方式如下列所示：

1.

Qe：系統制冷能力(KW)Qc：壓縮機輸入功(KW)

2.

Qe：系統制冷能力(Kcal/hr)P：壓縮機輸入功(W)

EER與COP之關係為：EER＝0.86×COP

3.

Qe：系統制冷能力(Kcal/hr)W：壓縮機輸入功 (W)

c

e

QQPOC =..

PQREE =..

WQREES =...

空調系統冰水主機能源效率標準執行階段 第一階段 第二階段

實施日期 2003 年一月一日 2005 年一月一日

型式 冷卻能力等

級 能源效率比值

(EER)Kcal/hr-W 性能係數

(COP) 能源效率比值

(EER)Kcal/hr-W 性能係數

(COP) 500RT 4.00 4.65 4.73 5.50

窗型冷氣機能源效率比值標準對照表

窗型氣冷式(消耗電功率 3KW以下) 適用舊版CNS 3615

適用新版

CNS 3615及CNS 14464

總冷氣能力

機種 適用舊版 CNS 3615

適用新版

CNS 3615及CNS 14464

型式

能源效率比

值(EER) Kcal/hr·W

(BTU/hr·W)

能源效率比

(EER)

實施

日期

低於 2,000 Kcal/hr 低於 2.3KW

一般型式、 變頻式 (60Hz)

2.33(9.24 2.71

2,000Kcal/hr以上 3,550Kcal/hr

以下

2.3KW以上4.1KW以下

一般型式、 變頻式 (60Hz)

2.38(9.44) 2.77 單體式

高於

3,550Kcal/hr高於 4.1KW

一般型式、 變頻式 (60Hz)

2.24(8.89) 2.60

一般型式 2.55(10.12) 2.97 3,550Kcal/hr以下 4.1KW以下 變頻式

(60Hz) 2.38(9.44) 2.77

分離式 高於

3,550Kcal/hr高於 4.1KW

一般型式、 變頻式 (60Hz)

2.35(9.32) 2.73

2002

年一月一日

箱型冷氣機能源效率比值標準對照表

適用舊版 CNS 2725

適用新版 CN S3615及 CNS 14464

機 種 能源效率比值(EER) Kcal/hr‧W

(BTU/hr‧W)

能源效率比 (EER)

實施日期

氣冷式 （消耗電功率大於

3KW) 2.44(9.68) 2.84

水冷式 3.17(12.58) 3.69

2002 年一月一日

2.4.5調系統節能對策1.窗型及分離式冷氣機節能對策

(1)如何選購窗型冷氣機A.請選購高EER窗型冷氣機，政府法規最低標準之EER值如窗型冷氣機能源效率比值標準對照表。EER值愈高，則冷氣機愈省電，一般而言提高0.1，就可節約4%冷氣機用電。

B.冷氣機之容量以每小時能自室內移走的熱量表示，一冷凍噸為每小時自室內移出熱量3,024 Kcal(相當12,000 BTU)以此推算，每坪房間約需0.15冷凍噸，選用的冷氣機冷凍噸太大，壓縮機會頻繁啟動，比較耗電，而且

減損壓縮機壽命

(2)如何安裝冷氣機A.冷氣機應裝在通風良好，不受日光直射的地方，或者裝配遮陽棚。冷氣吹出口以人身高度為宜，室外部份離地面至少75公分，以免塵土揚入，污染散熱片，增加耗電量。

B.室外熱氣排出口在50公分以內應避免有阻礙物，冷氣機室內側回風吸入口與牆壁保持50公分以上，以提高冷氣機效率。

C.冷氣機底盤應稍傾斜，以免積水。冷氣機安裝後，窗口周圍間隙宜完全密封，可減少噪音並節省電力。

D.分離式冷氣機之室外機應儘可能接近室內機，其冷媒連接管宜在10公尺以內，並避免過多彎曲，否則會大幅降低冷氣機能源效率。

(3)如何使用冷氣機A.冷氣機的溫度設定範圍以26-28℃為宜，每調高溫度設定值1℃，約可節省冷氣用電6%。對於經常進出的房間，室內溫度不要低於室外溫度5℃以上，以免影響身體健康。

B.冷氣房內配合電風扇使用，可使室內冷氣分佈較為均勻，不需降低設定溫度即可達到相同的舒適感，並可降低冷氣機電力消耗。

C.冷氣房內避免使用高熱負載之用具，如熨斗、火鍋、炊具等。

D.停用冷氣前5-10分鐘可先關掉壓縮機 (由冷氣改為送風或調高溫度設定)，維持送風換氣，則下次再開冷氣時較省電。

(4)如何保養冷氣機

A.每兩週清洗空氣過濾網一次，空氣過濾網太髒時，容易造成電力浪費。

B.依室外空氣污濁程度，每1-3年應請廠商清洗散熱片一次。

C.溫度感測控制器異常時，較為耗電，應及時請廠商修復。

D.不明原因造成冷氣機不冷時，不宜勉強使用，避免浪費電力，並造成機件故障。

2.箱型冷氣機節能對策(1)箱型冷氣機選機要點

A.請選擇符合政府法規標準及省能產品之高EER冷氣機。B.EER值愈高，則冷氣機愈省電，一般而言每提高0.1，就可節約4%冷氣機用電。

C.依室內大小及隔熱效果選擇適當容量(噸數)，辦公室每6~7坪約需1冷凍噸(相當3,024 Kcal/hr或12,000 Btu/hr)，冷凍噸太大則壓縮機停開頻繁，比較耗電。

(2)箱型冷氣機安裝要點A.在冷氣機送風及回風口周圍，不宜放置妨礙氣流之障礙物。

B.安裝須牢固，以免增加振動和噪音。

(3)箱型冷氣機運轉管理要點A.離開房間時，隨手關閉冷氣。B.冷氣機的溫度設定範圍以26~28℃ 為宜，每調高溫度設定值

1℃，約可節省冷氣用電6%。對於經常進出的房間，室內溫度不要低於室外溫度5℃以上，以免影響身體健康。

C.冷氣區域應與外氣隔離且門窗應緊閉，以免增加空調負載。D.為提高冷氣效果，最好裝置百葉窗或窗簾以免日光直接照射。

(4)箱型冷氣機保養要點A.過濾網每2~3週至少清洗一次。B.熱交換器遭受污染時，會使冷氣能力降低，並引起故障，在開始使用空調時應清洗水垢或灰塵。

C.氣冷式箱型機應定期清洗散熱鰭片，水冷式箱型機應定期清洗冷卻水塔。

溫度感測控制異常時，應即時請廠商修復。

二、中央空調系統冰水機房節能對策

流體機械的耗電量，一般可以下列數學式表示。使用空調系統的原則是要當用則用，當省則省。首先降低運轉時數，端賴有效而合理的管理，避免設備做不必要的運轉。其次減少輸送的流體也是方法之一，因此採用變流量設計，如VAV、VWV及VRV，使流體依負載需求調整，減少系統在部分負載（Partial Load）時之耗能量。第三項參數是揚程，降低管路系統壓損，可在設計時加大一號管徑及採用測試、調整、平衡（TAB）手法來達成。而流機效率則需搭配管路系統特性選配適當的流體機械。

hrHQKWh ××=η

KWh：用電量Q：工作流體流量H：工作流體循環所需揚程η：效率(包括流機效

率、機械效率、馬達效率等)hr：運轉時數

系統節能潛力由於很多建築物使用之性質或是用途與原先設計有所差異，加上設計時未採用節能設計，在暨有之中央空調系統中可節能之空間其實是非常大的，圖2.4-10即為系統節能潛力圖，該圖中所謂之耗電率(KW/RT)是指全年平均值，而不是暫態值。由圖中可看出每個動件所節省下來的耗電比例是非常驚人的，若做系統整體之改善，平均可節省60％左右之電力。

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Chiller Air handing Chilled waterPump

Condenserwater pump

Cooling tower

kW/R

T

Conventional system

State-of-the-art system

2.4.6設備汰舊更新冰水主機的製造廠已發展出更有效率的機型。以往離心式冰水主機效率約為0.85 KW/RT，現在已發展出0.5 KW/RT效率的離心式冰水主機，如圖2.4-11即可看出離心式冰水主機性能的提升，另外冷卻水塔、泵浦、風扇的製造廠，也都重新設計更高效率的機型，目前國內各冰水主機設備大約介於1.15~1.50 KW/RT，若能改善至0.85 KW/RT，至少可以有25%的改善潛力，對於冰水主機房的設備汰舊換新方面有以下幾點可以來改善，增加節能效益。

1.老舊或低效率冰水主機汰換2.過大泵浦換裝或葉輪切割3.冷卻水塔散熱材整修換裝4.變頻器導入—泵浦及冷卻水塔風車

離心式冰水主機性能的提升示意圖

2.4.7操作運轉管理一、多台冰水機群組負載管理由於多台冰水主機並聯或串聯運轉，每台冰水主機效能皆不同，每台冰水主機在不同負載率下耗能皆不同，所以如何在不同的負載率有效的控制每台冰水主機所應該提供的負載量，將可有效節省耗能。

二、Pimary-Secondary冰水變水量系統運轉對策一般統常用的中央空調冰水系統有，定流量系統又稱一次測冰水系統

(Primary System)、變流量系統又稱一次/二次測冰水系統(Primary-Secondary System)，一次/二次冰水系統是最普遍運用在中大型空調系統，又稱為解離系統(Decoupled System)，如圖2.4-12所示。此系統是將多部冰水主機並聯運轉，並連接至共同的分佈系統，此種方式具有較佳的操作適應性、運轉可靠度高以及較少的維護費用，同時可以減少冰水主機啟動電流，當在部分負載時，可以讓每部主機在其較佳效率的操作點運轉，藉以節省運轉電費。

一次側冰水系統

#1 YORK 800RT

冰水泵浦

CHP-1

#4 YORK 350RT(VSD)

#2 YORK 800RT

#3 YORK 800RT

CHP-2

CHP-3

CHP-4-B

CHP-4-A

DN250

DN300

DN250

DN250

DN300

DN250

DN

DN

DN

DN

回

水

室

出

水

室

3F6風櫃機

2F6風櫃機

1F5～8風櫃機

共8台

A路

DN250

C路 2F2,3F2風櫃機

1F1～4風櫃機1F10風櫃機2F1風櫃機2F1風櫃機

3F4風櫃機

2F5,3F7風櫃機

2F5,3F7風櫃機

2F彎管機

共7台DN250

D路

2F4,3F8風櫃機

2F3,3F3風櫃機

1F9風櫃機

DN250

DN200

共15台

共12台

B路

空調冰水主機房及冰水系統圖

T T

T

T T

T

T TF

F

F

F

F

DN250

DN250

DN200

一對一式冷卻水系統

#1 YORK 800RT

冷卻水泵浦

CWP-1

#1～#3 冷卻水塔

1000RT圓型冷卻水塔(3,900,000kcal/hr)

#4 YORK 350RT(VSD)

#2 YORK 800RT

#3 YORK 800RT

CWP-2

CWP-3

CWP-4-B

CWP-4-A

#3 冷卻水塔 #2 冷卻水塔#1 冷卻水塔

#4-400RT圓型冷卻水塔

(1,530,000kcal/hr)

DN300

DN250

DN300

DN300

DN300

DN300 DN300

DN200

DN200

DN200

DN200

DN200

DN300

DN250

一/二次側冰水系統

新設之600RT

新設之600RT

新設之600RT

既設之250RT

既設之250RT

一次側泵浦

區域泵浦Zoom PumpCHP-H-O-1

CHP-H-O-S

CHP-H-O-2

CHP-H-N-1

CHP-H-N-2

CHP-H-N-S

CHP-H-N-3

ZP-H-P

ZP-H-3

ZP-H-4

ZP-H-2

ZP-H-1

空調箱冰水

多台併聯運轉式冷卻水系統

空調冰水主機-冷卻水系統

製程(PCW)冰水主機-冷卻水系統

新設之600RT

新設之600RT

新設之600RT

既設之250RT

既設之250RT

冷卻水泵浦

CWP-H-O-1

CWP-H-O-S

CWP-H-O-2

CWP-H-N-1

CWP-H-N-2

CWP-H-N-S

CWP-H-N-3

既設之170RT

既設之170RT

CWP-P-1

CWP-P-S

CWP-P-2

冷卻水泵浦

4 Cell方型冷卻水塔800RT/Cell (24,192,000kcal/hr)

2 Cell方型冷卻水塔250RT/Cell (756,000kcal/hr)

冷卻水塔連通管

2.空調主機房之診斷評估及節能技術（1）推估冰水主機蒸發器之運轉性能

暫態量測各冰水主機之冰水進出水溫度，比對蒸發器的蒸發溫度，核算冰水主機蒸發器之運轉性能。

（2）推估冰水主機冷凝器之運轉性能

暫態量測各冰水主機之冷卻水進出水溫度，比對冷凝器的冷凝溫度，核算冰水主機冷凝器之運轉性能。

（3）推估冰水與冷卻水泵浦之耗電及壓力運轉性能

暫態量測冰水與冷卻水泵浦之流量、耗電及壓力，推算冰水與冷卻水泵浦之運轉性能。

（4）推估冰水主機之暫態運轉性能

暫態量測冰水主機之耗電，配合前三項資料，推算冰水主機暫態之運轉性能。

（5）檢討空調箱之運轉控制模式

量測空調箱之外氣量及送風溫度，檢討空調箱之運轉控制模式。

（6）推估冷卻水塔之運轉性能

暫態量測外氣溫濕度及冷卻水溫度，推估冷卻水塔之運轉性能。

（7）檢討空調監控系統

檢討既設空調監控系統之功能，評估增設監控設備之可行性。

空調系統設備規範表冰水系統的設備規範表表：

冰水系統：

主機編號 冰水主機

廠牌 型號 冷媒種類冷凍能力

(RT)

耗電

(Kw)出廠年

1# YORK YKGJGJP95CSF R134a 800 486 2007

2# YORK YKFBFAH65CUD R134a 800 528 19993# YORK YKFBFAH65CUD R134a 800 528 1999

4# YORK YKCBCBG45CJD R134a 350 228 1999

1770一次側

冰水泵

冷卻水

泵

型號水量

(LPM)揚程(M) 耗電(HP)

入口壓力

(KG)

出口壓

力(KG)型號

水量

(LPM)揚程(M)

耗電

(HP)

入口壓

力(KG)

出口壓

力(KG)

Y250M-4 372 33 75 1.5 4 Y225M-4 480 24 60 1.5 3Y250M-4 372 33 75 1.5 4 Y225M-4 480 24 60 1.5 3

Y250M-4 372 33 75 1.5 4 Y225M-4 480 24 60 1.5 3Y180L-4 180 26 30 1.5 4 Y180L-4 240 20 30 1.5 3

255

註：泵浦出入口壓力值請實際抄錶，並提供性能曲線圖 210 421.49二次測（區域）冰水泵：無 2191.49

設備編號 型號 水量(LPM) 揚程(M) 耗電(HP)供水區域

無 無

註：請提供空調機房之冰水管路及冷卻水管路系統配置圖

冷卻水塔：

設備編號 型號 水量(LPM)冷卻量

(kcal/hr)耗電(HP)

1# LBC.H.1013000 e/min 3900000 302# LBC.H.1013000 e/min 3900000 30

3# LBC.H.1013000 e/min 3900000 304# LBC.H.405200 e/min 1530000 10

冰水主機效率檢紀錄表設備編號 CH-1 CH-2 CH-3 CH-4

主 廠牌 YORK YORK YORK YORK

型號 YKGJGJP95CSF YKFBFAH65CUD YKFBFAH65CUD YKCBCBG45CJD

型式 離心式 離心式 離心式 離心式

機 製造日期 2007 1999 1999 1999

冷凍噸數 800 800 800 350

冷媒種類 R-134a R-134a R-134a R-134a

冰 冰水流量 LPM 6,200 6,200 6,200 3,000

水 冰水入口溫度 ℃ 7.0 7.0 7.0 7.0

冰水出口溫度 ℃ 13.5 13.5 13.5 12.9

冷 冷卻水流量 ℃ 8,000 8,000 8,000 4,000

卻 冷卻水入口溫度 ℃ 31.0 31.0 31.0 32.0

水 冷卻水出口溫度 ℃ 37.6 37.6 37.6 37.7

台數 台 1 1 1 1

壓 電壓 V 380 380 380 380

縮 電流 A 820 891 891 385

機 耗電量 kW 486 528 528 228

功率因數 % 90% 90% 90% 90%

主機效率(kW/RT) 0.61 0.66 0.66 0.65

主機效率(COP) 5.79 5.33 5.33 5.40

運 使用時數 小時 6000 6000 6000 6000

轉 夏季 時／天 16 16 16 0

時 春秋季 時／天 8 8 8 24

間 冬季 時／天 0 0 0 24

壓

縮

式

冰

水

主機

基

本

資

料

測試日期： 2008年6月10日～6月11日

設備編號 CH-1 CH-2 CH-3 CH-4

外 乾球溫度 ℃ 29.3 29.3

氣 相對濕度 ％RH 80.1 80.1

蒸 冰水流量 LPM 7,780 7,640

冰水入口溫度 ℃ 14.74 17.46

發 冰水出口溫度 ℃ 11.49 12.51

蒸發壓力 kpag 323 305.3

器 蒸發溫度 ℃ 10.78 9.50

蒸發器 LMTD ℃ 1.89 5.08

冷 冷卻水流量 LPM 8,983 9,320

冷卻水入口溫度 ℃ 30.01 31.82

凝 冷卻水出口溫度 ℃ 33.54 36.59

冷凝壓力 kpag 855 898

器 冷凝溫度 ℃ 37.74 39.38

冷凝器 LMTD ℃ 5.79 4.78

壓 電壓 V 382.3 388.7

縮 電流 A 775.6 786.07

機 功率因數 % 86% 86%

耗電量 kW 441.7 455.13

效 冷凍能力 USRT 502.7 750.5

率 負載率 % 62.8% 93.8%

計 耗電率 kW/RT 0.879 0.606

算 能量平衡比值 1.002 1.00

壓

縮

式冰

水

主

機

檢

測

資料

冷卻水泵效率檢測紀錄表設 備 編 號 CWP-1 CWP-2 CWP-3 CWP-4

用 途 冷卻水 冷卻水 冷卻水 冷卻水

廠 牌 九如 九如 九如 九如

泵 型 號 250S24 250S24 250S24 125 / 26

製造日期 年/月 1999 , 4 1999 , 4 1999 , 4 1999 , 4

馬 力 kW 45 45 45 22

流 量 LPM 8000 8000 8000 4000

浦 揚 程 m 24.00 24.00 24.00 21.00

轉 速 rpm 1450 1450 1450 1458

葉輪直徑 mm 285 285 285 264

電源 ∮-V-Hz 380 380 380 380

馬 額定電流 F.L.A 102.5 102.5 102.5 42.7

馬達效率 % 90.0% 90.0% 90.0% 90.0%

達 操作係數 S.F 1.10 1.10 1.10 1.10

驅動方式 連軸器 連軸器 連軸器 連軸器

檢測日期 2008,6,10 2008,6,11

流體種類 冷卻水 冷卻水

溫度 ℃ 32.7 30.0

流 量 LPM 8,983 9,320

揚 程 m 19.5 19.0

出口壓力 kg/c㎡ 3.45 3.40

入口壓力 kg/c㎡ 1.50 1.50

泵浦功率 28.6 28.9

電 流 A 75 72

電 壓 V 379.3 379.3

功率因數 ％ 89.0% 89.2%

耗電量 kW 43.56 41.90

泵浦效率 ％ 73.0% 76.7%

泵

浦

基

本

資

料

泵

浦

測

試

及

效

率

資

料

冷卻水塔效率檢測紀錄表設 備 編 號 #1 #2 #3 #4

種 類 圓型 圓型 圓型 圓型

廠 牌 良機 良機 良機 良機

製造日期 年/月 1999/4 1999/4 1999/4 1999/4

機 型 LBC.H.1000 LBC.H.1000 LBC.H.1000 LBC.H.400

冷卻能力 RT 1,290 1,290 1,290 506

電源 ∮-V-HZ 3-380-50 3-380-50 3-380-50 3-380-50

額定馬力 Hp 30 30 30 10

風車數目 1 1 1 1

外氣濕球溫度 ℃ 27 27 27 27

入水溫度 ℃ 37 37 37 37

出水溫度 ℃ 32 32 32 32

冷卻水流量 LPM 13,000 13,000 13,000 5,200

檢測日期 2008/6/10 2008/6/10

外 乾球溫度 ℃ 29.3 29.3

氣 濕球溫度 ℃ 25.5 25.5

相對濕度 % 73.9% 73.9%

入水溫度 ℃ 32.1 33.5

出水溫度 ℃ 29.1 30.2

冷卻水流量 LPM 8,983 9,320

散熱材污損狀況 普通 普通

撒水是否均勻 是 是

水處理方式 無加藥 無加藥

目視水質狀況 良好 良好

風扇馬達耗電量 kW --- ---

冷卻水塔性能 %(近似效率) 45.7% 41.4%

冷卻水塔接近值 3.6 4.7

冷

卻

水塔

基

本

資

料

冷

卻水

塔

測

試

及

記

錄資

料

不同冰水出水溫度下冰水主機性能係數(COP)圖

1000RT-CWT30℃

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

負載率

COP

5

7

9

11

13

不同冷卻水進水溫度下冰水主機性能係數(COP)圖

1000RT-7℃

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

0% 20% 40% 60% 80% 100% 120%

負載率

COP

24

26

28

30

32

Chiller Heat Exchanger Conditions冰水出水溫度與送風溫度相關

冰水溫度必須夠冷才能提供冷卻盤管合理的溫差(LMTD)

傳統上是定10℉ 的溫差，45℉ 出水溫度， 55℉回水溫度

降低冰水出水溫度，可將溫差拉大，使空調箱盤管尺寸減小，風車揚程減少。但會增加壓縮機壓力揚程(Lift) ，增加冰水主機耗電

降低冷卻水出水溫度，可減少壓縮機壓力揚程(Lift) ，降低冰水主機耗電

冷卻水塔節能控制

冷卻水塔趨近溫度(Approach,冷卻水塔出水溫

度與外氣濕球溫度之溫差，

T趨近溫度=T冷卻水塔出水溫度-T濕球溫度

冷卻水塔風扇加裝變頻器，以控制趨近溫度在

3～ 4℃為目標，控制冷卻水塔風扇轉速，達到節

能之目的。

3.空氣側之基本概念

RA

MA

OA

SA

RA

MA

SA

OA

空氣側之節能技術

1. 外氣焓值高時（高溫高濕），適度控制外氣換氣量（25CMH/人 ）。

2. 外氣焓值低時（低溫），大量引用外氣空調降低空調負荷。

3. 回風排氣與外氣進氣熱交換，回收冷能(全熱交換、顯熱交換)

4. 可變風量控制（VAV）。5. 控制適當之送風溫度及室內溫濕度

6. 定期更換空氣濾網及清洗管排鰭片

冬季利用外氣空調降低空調負荷

外氣平均焓值(高雄地區)與室內回風平均焓值之比較圖

30

35

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