國科會補助產學計畫成果
精準冷凍空調節電控制系統

根據經濟部能源局指出，空調系統用電量占整體建築約50%；而壓縮機能耗占整體系統能耗約42%，是空調系統中能耗占比最大的設備，故如何提升壓縮機的效率，達到降低其能耗，是目前節能的重要議題之一。國立臺北科技大學機電整合研究所莊賀喬特聘教授與亞得力科技股份有限公司執行國科會工程處產學合作研究計畫，提出一嶄新的方法來精準控制冷凍空調系統，改良市面上空調能耗過高的情況，使產業升級；同時，研究團隊已將這項研究成果撰寫為學術論文，發表於能源領域頂級期刊Energy and Buildings。

莊賀喬教授解釋，這項技術採用雙回授無段變頻變冷媒量輸出技術，整合於一個外掛式的控制箱，與原先空調系統的控制器進行搭配，由控制器依據冷媒回流管的溫度，調節氣冷式冰水主機的啟動與停止。當控制器使氣冷式冰水主機其壓縮機啟動時，這個控制箱也隨之啟動，並開始控制壓縮機的運轉頻率。

這種控制器同時使用溫度感測器與壓力感測器作為回授訊號，因此是雙回授模式，藉由同時偵測室內溫度與冷媒管內壓力變化且有效控制冷媒流量的調節，藉以實現變冷媒量(VRV)之節能策略。因此，透過這種控制方式，能夠更精準輸出壓縮機運轉頻率，達到降低壓縮機的消耗功率，並維持室內溫度恆定的節能效果。莊教授強調，這種控制邏輯與方式也能推廣至其他不同形式的壓縮機應用，或繼續深入探討，應用在更多不同電動機的節能表現上。

受到全球暖化的影響，世界上空調的使用量與用電量大幅增加，但市面上的空調大多以室內溫度作為回授訊號來控制壓縮機的啟動與停止。為了維持室內的溫度保持在恆溫，壓縮機一直處在走走停停的狀態，啟動的次數越多、耗電量就越大、電費就越貴。而這套以室內溫度和冷媒管的回流壓力變化作為雙回授訊號的控制方法，是透過另一套演算法解決浮動冷媒壓力與室內溫度的問題。演算法會以重複對比的方式，經由多個迴圈的比較與計算，將回授訊號的浮動影響最小化，給壓縮機合適的運轉頻率。同時，這種控制箱是以外掛式安裝並聯在原有線路上，對於空調系統需要長時間運轉的地方，如百貨公司、旅館、醫院等場所，能大幅改善冷氣效率並節省電費，且無須更改原有系統的配線，莊教授說：「這種控制箱的廣泛應用，相信能幫助臺灣推動非核家園，減少碳排。」

圖說：雙回授模式(綠色線條)的能耗最低

談到節電技術的發展與落地應用，莊教授表示，政府扮演非常重要的角色，國科會和經濟部工業局等單位都深具遠見，補助擁有技術的學界團隊，繼續把技術提升到發展出業界可以接受的產品，就可以回饋給產業界，讓業界省下這個技術開發過程所需要的耗費，直接買終端產品就好。他說：「我想這是一個正循環，而政府一定得繼續支持，否則我們跟國外的節能技術將會越來越差越遠。」

莊賀喬特聘教授研究團隊持續著力於協助臺灣的產業界開發節能技術。現階段正在執行另一項國科會工程處的計畫，針對製造業大量使用的皮帶滾輪機構進行能耗優化控制系統設計，規劃透過電源控制的方式降低其運轉功耗。由於工廠的機具幾乎是全年24小時在運轉，在開發成功並落實應用之後，所累積的節能成果將相當可觀，且在這項計畫預計開發的監控系統下，也能使整體產業往自動化和綠能的方向發展。

莊教授說：「我要帶著研究生繼續往前衝，即使不知道未來會怎麼樣，但是我會繼續衝，希望有機會把這些技術回饋給在地，這樣我們的企業在世界上會更有競爭能力，產品在世界的市場上更有競爭力。」