空調系統為何需要導入節能技術？

以大型百貨公司為例，賣場要維持舒適環境，每月電費支出可達數百萬元；而半導體產業的大型晶圓廠需要維持無塵室環境與製程設備的穩定運作，整體能源需求更加龐大，每月電費就有可能上看數十億元。

對於這些工廠、百貨等大型用電場所來說，空調設備往往佔電費支出中很重要的比例。如果沒有定期檢視空調設備的運轉效率或老化情況，讓空調系統在低效率的狀態下運作，長期下來會大量增加電費支出以及不必要的能源浪費。

空調系統中什麼最耗電？

從完整的 HVAC 系統來看，能源主要使用在冷卻、供暖、空氣處理、水循環等環節。

不同場域的系統設計、氣候條件、使用需求不同，各部分的能源占比也會有所差異。因此，在評估節能空間之前，應先了解實際系統的能源使用結構。

（表格可左右滑動）
系統 主要設備 能源主要用在哪裡 影響耗能的常見因素
冷卻系統 冰水主機、壓縮機、冷卻塔、冷凝設備 產生冷能及排除系統熱量 冷房負載、冰水溫度、冷卻水溫度、主機效率、設備調度
供暖系統 鍋爐、熱泵、加熱器、再熱設備 產生熱能、供暖及再熱 供暖負載、供水溫度、設備效率、再熱需求、控制設定
空氣處理系統 AHU、MAU、FFU、送風機、回風機、排風機 空氣輸送、外氣處理、過濾及壓力維持 風量、風壓、換氣量、濾網阻力、外氣比例、風機效率
水循環系統 冰水泵、冷卻水泵、熱水泵 輸送冰水、冷卻水及熱水 流量、壓差、泵浦轉速、設備台數、管路阻力
資料整理自：U.S. Department of Energy, ZEB Technologies: HVAC Systems；ASHRAE, 2024 ASHRAE Handbook—HVAC Systems and Equipment.

以半導體無塵室為例

半導體無塵室需要長時間維持製程所需的溫度、濕度、潔淨度及壓力條件，因此空調系統除了提供冷卻，也需要處理大量空氣循環、供暖、再熱及水循環需求。不同潔淨等級、系統設計及環境要求，也會形成不同的能源使用結構。¹

Lawrence Berkeley National Laboratory（LBNL）曾針對一座半導體無塵室進行 HVAC 能源使用基準分析。案例中，冰水主機占 39%、熱水及蒸汽占 25%、水泵占 17%、MUAH 及 RCU 風機占 9%、冷卻水塔占 7%、排風機占 3%。²

（表格可左右滑動）
設備 能源使用占比
冰水主機 39%
熱水、蒸汽 25%
水泵 17%
MUAH、RCU 風機 9%
冷卻塔 7%
排風機 3%

其中，冷卻系統的 46% 由冰水主機 39% 加上冷卻水塔 7% 組成；空氣處理系統的 12% 則包含 MUAH、RCU 風機 9% 及排風機 3%。上述四類是依本頁的 HVAC 系統架構重新整理，原始 LBNL 資料則以各設備類型呈現。²

不同場域，耗能結構也不同

潔淨等級、換氣需求、系統形式、設備效率及實際運轉條件，都可能改變能源使用結構。例如 LBNL 的無塵室研究指出，在部分 ISO Class 3、4、5 無塵室中，風機能源可占 HVAC 能源使用的 50% 以上；高換氣量及空氣過濾造成的阻力，是無塵室風機耗能偏高的重要原因之一。³

較新的研究也指出，在半導體等高科技無塵室中，冰水輸送系統的泵浦能耗可能占 HVAC 能源使用約 10% 至 28%，顯示不同系統配置下，主要耗能來源可能有明顯差異。⁴

因此，在評估空調系統的節能空間時，應該先從實際運轉資料了解能源使用分布，再進一步找出設備調度、控制設定及系統協同運轉中的改善機會。

空調節能方案怎麼選？

空調節能可以從系統與設備本身改善，也可以從實際運轉方式著手。不同場域的設備狀況、系統設計與運轉需求不同，因此適合的節能方式也不一樣。

  • 硬體與系統工程升級

    改善設備效率、熱交換效率與輸送效率，讓系統以更少的能源完成相同的冷房與環境控制需求。

    • 高效率冰水主機與整合式冰水機組
    • 泵浦、風機與冷卻水塔變頻控制
    • 冰水與冷卻水系統優化
    • 熱泵、全熱交換與熱回收設計

    了解睿洋機電工程的設備優化方案 

  • 軟體升級

    軟體升級通常不需要大幅度更動原有的空調設備，透過導入AI 能源管理系統，即可快速掌握並優化設備當下的運轉狀況。

    • 預測冷房與系統負載變化
    • 最佳化冰水主機、泵浦等設備調度
    • 動態調整溫度、壓力、流量等運轉參數
    • 辨識異常耗能與低效率運轉狀態
    了解 Airflow One 

  • 軟硬體整合解決方案

    當能源浪費同時來自設備效率、系統設計與控制方式時，只改善其中一項可能仍有限。整合設備、工程與 AI，可以從整個空調系統角度尋找更完整的改善空間。

    • 高效率設備升級＋AI 能源管理系統

    評估適合的整合節能方案 

結論

空調節能沒有單一的標準答案。

有些系統的改善空間來自設備效率與系統設計，有些則來自排程、設備調度與運轉參數；在更複雜的場域中，兩者往往需要一起評估。

Airflow Dynamics 從現有空調系統出發，協助釐清能源使用狀況與改善機會，再依據設備條件、系統需求與實際運轉方式，評估適合的系統與設備優化、AI 運轉最佳化，或整合式節能方案。

與我們討論您的節能方案

參考資料

¹ Lin, G., Casillas, A., Sheng, M., & Granderson, J. (2022). Evaluating the Performance of HVAC Optimal Control Based on Real-time Floor-by-Floor Occupancy Data. Lawrence Berkeley National Laboratory, ACEEE Summer Study on Energy Efficiency in Buildings. 研究由美國能源部 Building Technologies Office 支持。

² Texas A&M University Energy Systems Laboratory (2008). Recommendations for 15% Above-Code Energy Efficiency Measures for Commercial Office Buildings. 研究比較固定送風溫度與依外氣條件調整設定值後的能源表現。

³ Huang, S., Zuo, W., & Sohn, M. D. (2016). Amelioration of the Cooling Load Based Chiller Sequencing Control. Applied Energy, 168, 204–215. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.01.035.