空調系統節能概念

      在熱力學中，熱能（Thermal energy）是能量的一種形式，指存在於系統中的內部能量，宏觀表現為物體的溫度，空調系統的基本原理就是熱能的交換，當室內溫度高第一個念頭就是開啟空調設備把溫度控制在26~28度C，有些高緯度地區溫度較低，也會開空調或加熱系統讓溫度升高，一般定義溫度單位為摄氏溫度C(°C)或華氏溫度F(°F)，還有理論絕對溫度度K (°K)都是表現物體外部的溫度，空調系統就是要讓你的體表外部溫度調整成為適宜生活的溫度。

      第二個是最適宜溫度到底是幾度才對，為什麼我寫26~28度C，因為目前規定室內溫度26度C以上，另一個原因是超過28度C時，人體通常會開始排汗蒸來解減少身體的熱量，這時候就有一門專門的科學統計PMV / PPD 數值(備註一)出現， PMV 即預測平均決定值（Predicted Mean Vote），表示人體對環境冷、熱的感受；PPD 則代表預測不滿意百分率（Predicted Percentage of Dissatisfied），指此狀況下有多少百分比的人會感到不舒適。

      對於舒適開始探討影響舒適度變因，外在溫度、相對及絕對溼度、外在風速、平均輻射溫度、人體新陳代謝率(活動量)及衣著量，加上看到美國空調協會ASHRAE的舒適區域圖(備註二)，開始覺得不過是想吹個冷氣而已，搞得那麼複雜幹嘛不想去了解，空調是因人而異，有些人體虛不喜歡溫度太低，有些人怕熱，根本不是要用科學探討，而是你自己感覺是最重要，這篇空調我要談的如何同時省電跟滿足舒適度，所以不是冷氣開個22度C讓壓縮機不斷地做工降低溫度，而是還有其他的選擇可以讓室內溫度28度C的時候也可以感覺很舒適。建議家中擺放一個乾濕度溫度計(備註三)

人類舒適程度與溫度濕度關係圖(資料來源為台灣冷凍空調協會鄭正仁先生簡報)

      由上圖可以看出，冬季適宜人體舒適區域四個頂點為18.3度C(相對濕度70%)、20度C(相對濕度30%)、23.3度C(相對濕度30%)到26.71度C(相對濕度70%)；夏季適宜人體舒適區域為四個頂點為20度C(相對濕度70%)、22.2度C(相對濕度30%)、26.1度C(相對濕度30%)到28.8度C(相對濕度70%)。在這四個點所圍成區域內均為人體舒適範圍。因為是在台灣四季溫差不大，要是你在大陸型氣候或高緯度有下雪的地方，記得是開暖氣而不是冷氣。 

      空調耗能 kW ↓= 冷房負荷 QE ↓/空調機效率 COPr↑，空調系統節能要能節能又滿足不降低室內舒適度，所以使用三個方面來達到控制目的，第一個是降低建築物冷房負荷，再來選用高效率空調設備，最後是提高運轉效率。

      降低建築物冷房負荷，讓室內溫度不受到外氣或內外在熱能因素影響，要保持住室內溫度就要減少室內熱能的變化，以冷房討論，首先考慮的是室內冷氣不外洩，對於室內通往室外的開口都是注意的，對外出口通道或開門地方可以使用室內空氣簾或PVC簾，電動開關門或開關門避免長時間打開洩漏冷氣，並且依據需要讓室內成為正負壓環境，兼顧空氣品質跟室內冷房效率；第二個考慮的是室內發熱源的排除，如電鍋或熱水瓶等加熱電器對外散熱的規劃，第三個是運用風扇增加空氣對流，人體皮膚體感會因為風速而有不同，當空氣對流順暢不但冷房效果加速且增加體感舒適度，第四個是外氣引入室內前先除濕及降溫動作，室內空氣品質也是人生活在空間中一個重要的考量，人呼吸會產生CO2，代謝會產生皮屑等懸浮物質，當CO2及懸浮物質多的時候造成室內空氣品質不佳，待在這個空間的人也會很不舒服，適當引進外氣排除室內髒空氣是很重要的，外氣進入前除濕達到室內溼度的控制及降低外氣溫度讓室內溫度維持穩定，第五個要減少室外熱能的進入，如窗戶安裝遮陽板等都是節能選擇之一，這邊不考慮牆壁的熱傳導改善因為這個改善費用高且影響小，不是一個高CP值改善項目，如果有天窗設計更是要好好規劃讓太陽不直射。

       另外一個節能重要因素是室外溫度(外氣溫度)跟相對濕度，當外氣溫度接近室內預期26-28度C時，節能是引進外氣為主(這時電風扇會比冷氣節能又能達到效果)，要是外氣溫差在5度C以上時要以少量外氣搭配室內冷風循環才能節電，台灣節電最常出現白做工的情況是當室外溫度比你預期溫度低如室外溫度22-24度C，要是你辦公室用中央空調系統控制的話這時候會發現冷卻水塔一直傻傻的工作，要記得從能源管理系統下手去修正。

      冷氣空調設備家族包含窗型冷氣機(單體式、分離式)、箱型冷氣機(水冷式、氣冷式)、中央空調系統(水側、空氣側)、中央空調系統冰水機(離心式、螺旋式、往復式)、冷卻水塔、水泵、小型冷風機、空調箱等。

環保署室內空氣品質建議

      空調系統由那些設備組成，一般居家當然是想到冷氣，市區豪宅通常在空調系統部分還會增加全熱交換機跟空氣清淨機，靠山或海邊溼氣重的還會增加除濕機，工商業除了大型中央空調外還會有外氣引進設備，維持室內正負壓的進排氣設備等都是空調設備的一員。選用高效率空調設備就是購買這些空調設備時選用能源效率分級基準表(備註四)的高效率設備，當然相同等級的設備才能互相比較，不過直接挑選能源效率一級的產品省事多了，目前有標章的空調設備有窗(壁)型及箱型冷氣機、除濕機、無風管空氣調節機，剩下的就要自己去比較了。

      你沒當過採購評比不知道其中難處，東西當然是越便宜越好，我拿最小的設備LED燈泡來說就好，當同樣9-11瓦時，你以為價格選最便宜就好嗎，廠商會開始跟你說這個安定器是台灣製的，比較好且損壞率低，要是用便宜大陸製的燈泡會常壞，你敢買嗎？

      空調設備中冷氣設備效率取決於蒸發溫度跟冷凝溫度，所以大型冰水主機或散熱水塔及水泵等設備的選購，變頻冷氣少了再啟動電流及溫控能力優於定頻冷氣的優點，一般都會建議使用變頻主機或安裝變頻器，外氣引進系統可加裝全熱交換機或高效率排風控制設備(如空氣調節箱)，室內空氣品質可以利用空氣過濾器或空氣清淨機，冷氣不外洩的空氣簾設備等，每一個機器設備都有太多廠牌能夠比較的，選購高效率機器組成的空調設備也能帶來可觀的節能效果。

      最後的提高運轉效率就跟規畫面有很大相關，依照室內條件避免選用過大之冰機造成運轉負荷過低，利用儲冰系統轉移用電時間至離峰等，前面都是理論值，在現實生活中如何落實就是一大課題，如何利用智慧化電子設備來輔助管理這套空調設備系統就是現在智慧建築跟ESCO公司常在使用的方法，建築物在前期規劃或後期引進智慧管理系統讓電腦成為我們管理控制節能的好幫手，最後定期的維修保養是一定要的。

     最近讀到和泰興分享大金冷氣的上海虹橋辦公大樓及馬來西亞大學空調案例，利用其大金冷氣本身中央控制功能節電達到32%跟26%，只是將控制系統每日開機時間排程(必要的時間開關機)，冷氣最低溫度鎖死(就算面板設定比中控最低溫度更低，冷氣也以中控最低溫度為主)，設定及開機後復歸設定溫度，限制不必要動作時間超時運轉跟不適當設定浪費冷氣。另外大金分離式冷氣系統還有能源分析管理功能，可以統計VRV用電分析(不同子機用電量)，RMS遠端操控及故障偵測等，看來以後對於家用分離式冷氣也可以導入節電。

 【冷氣大小選購補充】

      空氣中的溫度是一種熱量傳遞平衡的現象，前面已經分析出在26-28度C的適宜溫度下要維持，要考慮的空調系統到底需要多大才夠用呢，這時候有一種嚴謹的計算方式是業界採用的，它的名稱是空氣調和工學，這套日本來的冷暖房負荷計算法(備註五)就是考慮外來熱源及內在熱源的熱量跟冷房的負荷要一致，才能夠達到恆溫的冷房效果，空間計算完後就能夠知道需要多少冷房能力的空調設備；另一種是銷售喜歡用的推估法，利用台灣建築室內空間大小直接推估需要多大的冷氣，這種方法不精準但是方便。

大金冷氣提供簡易冷房估算： https://www.hotaidev.com.tw/information3-6.asp

      當你購買冷房能力太大的冷氣會發現冷房負載偏低除了浪費電以外(效能低落)，購買成本也比較高，當你購買冷房能力太小的冷氣發現都在過載冷氣主機容易耗損以外，而且眾重要的功能冷房效果不夠，所以節能要挑選剛剛好的冷氣是最洽當的，所以選擇要多大冷房能力的冷氣就是很重要的。

      冷氣大小大多數人搞不清楚另一個很重要的因素是單位的錯亂，當初秦始皇統一度量衡就是一個跨時代的創舉，現在也不會有這麼多的單位，首先先來了解熱量定義單位；1BTU( British Thermal Unit )為英制單位定義為使1磅的水，溫度升高/下降華氏1度，所吸收/排放的熱量。這是台灣居然用英制，還真的有一段時間使用說。1KCAL(仟卡)：為公制單位定義為使1公斤的水，溫度升高/下降攝氏1度，所吸收/排放的熱量。

      再來了解冷房能力換算，通常冷氣我們使用能源效率比EER(Energy Efficiency Ratio)來作為冷氣效率高低的依據，EER定義為輸出冷氣能力(BTU/Hr或Kcal/Hr) /輸入耗電量(W)=熱功率/電功率，EER值愈高，表示愈省電。目前冷房單位有三種(KW, kcal/h , BTU/h )，指每小時能移走多少熱量單位。依據你冷氣上標示單位，可以換算公式為1Kcal=3.968BTU≒4BTU；1KW≒860Kcal/hr。

另一個了解冷氣可以用性能係數來判斷COP( Coefficient Of Performance ) =冷氣能力(KW) / 耗電量KW；1KW=3412BTU/Hr。

      冷凍噸簡稱RT，是一些國家用來描述冷凍及空調能力的功率單位；一冷凍噸約等於12,000 BTU/h=3024千卡/h=3.517kW，美國的空調或冷凍設備常用噸標示其冷凍能力，此處的噸即為冷凍噸。每個國家冷凍噸都不一樣，日本冷凍噸是10,000 BTU/h（2500千卡/h）；台製冷凍噸則是8,000 BTU/h（2000千卡/h）。我們常聽到冷氣師父說幾噸冷氣就是指冷凍噸。

備註一：PMV / PPD 數值，又稱室內舒適度指標，用這個當作關鍵字搜尋可以出現很多理論的報告跟探討，中間最多人提到的就是美國空調協會的舒適區域圖，對於各種變因都還有相對應的可以計算跟檢討，我不想討論太多理論，有興趣的網路上的資訊很多，可以自己深入研究，我想介紹的是一個美國柏克萊大學設計的舒適度計算網站：CBE Thermal Comfort Tool，http://comfort.cbe.berkeley.edu/ 自己調變因看是否落在舒適範圍內。(英文網站喔)

備註二：美國空調協會ASHRAE的舒適區域圖，依據空氣線圖內將舒適區域標註出來，可以依據調室內變數來看出對於舒適度是否有提升。適當溫度在22-28度C之中，相對溼度80%以下，衣著量1.0clo以下的區間範圍內為舒適，最省電狀態就是維持28度C冷氣冷房，降低相對溼度或減少衣著量或代謝率都可以增加舒適度。

空氣線圖解說 http://www.bestav.com.tw/www/ele-00-03.pdf 

ASHRAE 舒適區域

備註三：乾溼溫度計，乾溼計的外觀就是並排的2支溫度計，其中一支就是一般的溫度計，稱為乾球；另一支的感溫球部包上白色脫脂紗布，並連繫一棉線至一水盒內的蒸餾水中，蒸餾水因毛細作用會經棉線至紗布處，浸溼感溫球部，就是溼球。乾、溼球的溫度差可透過換算表，量出乾、溼球的溫度後，就可以直接查表找出相對溼度。

備註四：中華民國能源效率分級管理系統https://ranking.energylabel.org.tw/，將廠商送檢檢測過的電器設備依照能耗效率分1~5級，一級代表最省電。隨時在更新都可以參考，以冷氣機而言，原本採用EER來當作冷氣耗能指標，106年開始採用CSPF冷氣季節性能因數來當作評估指標。  

備註五：冷暖房負荷計算法是將顯熱及潛熱量化後，以建築外壁、玻璃、屋頂、天花板、地板、隔間、外氣及室內發熱量八項因素分別帶入條件計算而來。