據實際建築物耗電量測結果顯示，一般商業建築之空調系統耗電量約在40 %左右，照明系統約30 %，其他動力設備則佔30 %。而空調系統總耗電量之中，空調冷凍主機（Chiller）耗電約佔60 %左右，其他冰水泵浦系統佔20 %，空氣側設備佔20 %。毫無疑問的，冰水主機是HVAC系統中最耗電的機件。因此空調主機之運轉改變為節約能源極重要目標之一。
由於空調系統設計階段，一般皆以最嚴酷氣候條件下進行尖峰空調負載之計算（Peak Cooling Load），以之做為選取系統容量之依據，再配合工程裕度之容量，往往使主機超量設計（Over Size Design）。造成於一年之中，尤其是佔絕大部分運轉時數的春、秋季節（或稱中間季），主機長期運轉於低的部分負載率（Partial Load Factor，簡稱PLF），而導致COP性能劣化，及kW/RT耗電量急遽增高。
本研究之執行，主要為選取一大型之典型中央空調系統進行空調主機在不同負載率（PLF）下之實際耗能量測，紀錄其供應冰水與回水溫度，流量及耗電量。經由能源積算其冷凍能力則可算得該主機之kW/RT之基準。經由ASHRAE建議數位迴歸分析方式而獲致其運轉性能曲線。
然後，經由主機台數控制之方式，建立不同PLF下之智慧型運轉策略，使主機群運轉於最佳效率點。
本研究之節能改善方法也正符合目前台灣正積極推廣的能源服務業(Energy Service Company；ESCOs)之節能機制。提供未來台灣進行ESCOs能源服務業之空調系統節能方法中重要之分析工具，值得未來大幅推廣應用。

Based on field measurement data, the air-conditioning system consumes more than 40% of the building total energy use, followed by 30% of lighting, and 30% of miscellaneous pumping systems.. Among them, 60% power was consumed by chiller plants, while the chilled water pumping and air side equipment each accounts for another 20%. It is no doubt, that the energy efficiency improvement of chillers is one of the most important items in building energy conservation.

It is common practice to design an air-conditioning system based on peak cooling load, namely, peak cooling demand on August 17, 3 p.m. Therefore, the chillers were mostly over-sized, while most of the time the chiller plant is operating under partial load conditions (PLF), which consumes more energy resulting in higher kw/RT and lower COP.

It is the goal of this project to develop intelligent operation strategies of chiller plants under various seasonal conditions and to validate the effectiveness by full-scale experiment.

At first, a typical central air-conditioning system will be selected and operated under various PLF conditions with the supply and return chilled water and flow rates recorded for energy calculations. By applying the simulation procedure developed by the ASHRAE using regression technique, the performance curve of a specific chiller under various PLF can be obtained with the kw/RT value identified.

By simulating the multiple chiller cooperating combinations, an optimal operation strategy can be developed with the best economic benefits. Through the execution of this project, such an operation strategy, developed and validated under local weather conditions warrants good potential for engineering applications

目錄


目錄……………………………………………………………………Ⅰ
圖目錄…………………………………………………………………Ⅲ
表目錄…………………………………………………………………Ⅵ
摘要……………………………………………………………………Ⅶ
英文摘要………………………………………………………………Ⅷ

第一章 緒論…………………………………………………………..1
1.1 研究動機與目的………………………………………………1
1.2 研究方法與步驟………………………………………………4
1.3 文獻回顧……………………………………………………..10
第二章 建築物之中央空調系統全尺度實驗量測…………………12
2.1 中央空調系統之全尺度量測理論分析……………………..12
2.2 中央空調系統實際全尺度實驗量測案例分析……………..19
2.2.1 建築物使用情況調查……………………………………20
2.2.2 中央空調系統全尺度量測實驗之規劃…………………26
2.3 中央空調系統全尺度量測之結果與分析…………………...28
2.3.1 冰水主機運轉之結果分析……………………………….28
2.3.2 冰水主機之運轉特性曲線分析………………………….40
第三章 建築物之空調節能分析策略……………………………….44
3.1 中央空調系統之電力監測分析……………………………...44
3.2 中央空調系統之冰水主機運轉負載頻率分析...……………46
3.3 中央空調系統冰水主機最佳化噸數配置及運轉策略分析……………………………………………………………...59
第四章 結論與建議.............................................................................64

1. Deng Shiming, ”Sizing Replacement Chiller Plant” , 2002.06,. ASHRAE Journal.
2. Steven T. Taylor, “Degrading Chilled Water Plant Delta-T : Causes and Mitigation” , ASHRAE Trans., V.108, Pt.1, 2002.
3. Donald P. Fiorino, “How to Raise Chilled Water Temperature Differentials”, ASHRAE Trans., V.108, Pt.1, 2002.
4. 林憲德著，「現代人類的居住環境」，胡氏圖書出版社，民國83年。
5. 林憲德著，「建築及空調節能設計規範的解說與實例」，詹氏書局民國84年。
6. 林憲德、王仁俊著，「醫院建築節約能源設計規範之研究」，台灣營建技術中心，民國84年3月。
7. 林憲德著，蔡崇和著，「集合住宅節能指標與基準」，內政部建築研究所籌備處，民國84年7月。
8. 林憲德、涂金榮著，「台灣地區建築外殼及空調系統節能設計基準理論與實例統計分析」，建築學報No.19，中華民國建築學會，民國86年。
9. 林憲德著，「建築節能法規的解說與實例專輯」，內政部營建署，民國86。
10. 林憲德著，「建築空調系統節能設計-空調系統耗能系數PACS(生活環境科學之四)」，詹氏書局，民國86年。
11. 林憲德著，「綠建築解說與評估手冊」，內政部建築研究所，民國88年6月。
12. 楊冠雄著，「建築外殼及空調系統整體耗能評估方法之研究」，經濟部能源委員會，民國79年。
13. 楊冠雄著，「建築物整體能源系統最佳化研究」，經濟部能源委員會，民國81年。
14. 楊冠雄著，「建築物設備使用管理計畫與節能效益調查研究」，內政部建築研究所，民國83年。
15. 楊冠雄著，「中斐國際合作-商業建築節約能源設計分析與運轉實驗印證(Ⅰ)」，國科會，民國85年。
16. 楊冠雄著，「中斐國際合作-商業建築節約能源設計分析與運轉實驗印證(Ⅱ)」，國科會，民國86年。
17. 楊冠雄著，「中斐國際合作-商業建築節約能源設計分析與運轉實驗印證(Ⅲ)」，國科會，民國87年。
18. 楊冠雄著，「空調耗能指標PACS在儲冰空調系統之應用」，經濟部能委員會，民國88年。
19. 楊冠雄著，「建築外殼耗能管制實施況檢討研究」，內政部建築研究所，民國89年。
20. W. C. Chu, BK. Chen and C. K. FU, “Scheduling of direct load control to minimize load reduction for a utility suffering from generation shortage” , IEEE Trans. On Power System, Vol.8, no.4, pp.1525-1530,1993.
21. Gil Avery, “Improving the Efficiency Of Chilled Water Plants” ,2001.05, ASHRAE Journal.
22. James B(Burt) Rishel, ”The Measurement of Energy Consumption in kW Per Ton for Central Chilled Water Plants”, ASHRAE.
23. 徐瑞鐘、李浩銓，「住宅與商業建築耗能總量調查研究」，1996年6月，內政部建築研究所。
24. 黃瑞隆，「空調系統耗能量計算及節能效益分析」，1995年6月，中山大學博士論文。
25. 王佑萱，「台灣地區旅館類建築之耗能分析與全尺度實驗印證」，2003年6月，中山大學博士論文。
26. 蘇俊源，「台中市旅館建築電力消費量之研究」，1990年6月，逢甲大學碩士論文。
27. 潘健全，「台中市辦公大樓電力消費量之研究」，1989年1月，逢甲大學碩士論文。
28. 張世典，「綠建築與居住環境科技」，1998年5月，邁向二十一世紀：環境與能源研討會，台灣大學，台北市。
29. 楊冠雄，「儲冷式空調系統分析」，2000年11月，長年出版社。
30. 蕭艾鈴，「學校建築節能設計分析與全尺度實驗印證」，2003年6月，中山大學碩士論文。
31. Thomas Hartman, “All-Variable Speed Centrifugal Chiller Plants”, 2001.05, ASHRAE Journal.
32. W.L. Lee, F.W.H. Yik, P. Jones and J. Burnett,”Energy saving by reaslistic design data for commercial buildings in Hong Kong”, 2001, Applied Energy.
33. Rodney Beasley, W. Dan Turner, Jeff S. Haberl, David E. Claridge, “Development of a Methodology for Baselining the Energy Use of Large Multi-Building Central Plants”, January 25, 2002, ASHRAE.
34. John Phelan, Michael J. Brandemuehl, Moncef Krarti, “In-Situ Performance Testing of Chillers for Energy Analysis” , February 14, 1997, ASHRAE.