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►冰水空調系統是大型建築採用的空調模式，將室內產生的熱源藉由冰水循環、冷媒循環、冷卻水循環將熱傳遞至戶外。
►儲冰式空調系統可視為冰水空調系統的延伸，運轉鹵水主機於儲冰槽製冰，等到白天用電尖峰時段將冰融化釋出冷能。
►冰水調系統各處的溫度值、溫度差、流速等參數設定均會影響到耗電量，因此研究團隊應用AI處理參數設定，解決耗能問題。目前此技術已應用在面板製造廠區，證實冰水空調系統及儲冰式空調系統的節能效益。

臺灣以半導體產業及精密製造技術享譽全球，這些精密的生產線廠房需要依靠冰水空調系統提供冷能，才能夠長年維持在適宜的溫度及濕度。冰水空調系統在廠房中的耗能占比大，因此如何提高系統效率一直是業者關注的焦點。於是本文將利用人工智慧（artificial intelligence, AI）幫助冰水系統調控運轉參數，探討提高節電效率的方法，並因應台電的平移尖峰用電的優惠措施，討論如何利用AI 最佳化儲冰系統的釋冷排程，以節省電費。

什麼是冰水空調系統？

冰水空調系統是大型建築物採用的空調模式，在文教商業大樓及各式廠房都舉目可見。尤其在高科技產業的面板與半導體廠，為了符合精密製程及高度自動化生產的需要，冰水空調系統幾乎全年整日運轉，以維持廠房的溫溼度處在最適宜的區間。而冰水系統的耗能與系統的參數設定緊密相關，參數調控會直接改變廠房的溫濕度，進而影響製程良率和產品品質。在龐大的冰水系統中，參數調控與溫溼度之間的關係錯綜複雜，加上攸關製程良率且變數太多，難以採用工程技術上常用的嘗試錯誤法（trial and error）去調整參數值。因此為了避免造成產線重大損失，業者大抵遵循傳統一貫的參數設定值，不輕言改變。於是在不影響廠房既有溫濕度設定的情況下進一步提升冰水系統的節能效率，就成為極富挑戰的任務。

為了壓低尖峰負載，台電於十多年前開始實施「儲冰式空調系統離峰用電優惠措施」，以六折計算離峰時間的流動電費；又於2015年進一步推出「需量競標措施」，讓用戶就自身願意減少的用電量自訂回售價格，與其他參與用戶及台電發電機組相互競價，得標後若確實減少用電，就可獲得電費扣減。這兩項措施都具有很大的誘因，可以幫助業者省下大筆電費。將尖峰用電平移至離峰時間的具體作法如下：讓冰水空調系統外接儲冰或儲冷槽，並選擇電價便宜的時間製冰（離峰及半尖蜂時間），再以冰的形態儲存冷能；等到電價貴的時候（尖峰時間），利用融冰釋放的冷能，取代原本全部由冰水壓縮機所供應的冷能，達到省電的目的。這兩項措施對於台電而言，則可以騰出此部分電力，更有餘力應付尖峰負載需求。

冰水式空調系統的運作

冰水空調系統是由冰水主機、冷卻水塔、外氣空調箱，以及水泵（加壓馬達或抽水馬達）等主要設備透過流體管路連結所組成（圖一），它能將室內產生的熱源藉由熱交換原理，依序透過冰水循環、冷媒循環（在冰水主機內），以及冷卻水循環將熱傳遞至戶外。具體的運轉方式是由冰水主機供給如14℃的冰水至外氣空調箱，讓外氣空調箱調節室內的溫濕度，再將室內的熱源帶回至冰水主機；接著冰水主機本身的冷媒循環透過蒸發及冷凝過程，將熱源傳遞至冷卻水循環側；冷卻水塔則供給如26℃冷卻水至冰水主機，最後將冰水主機的熱源攜帶至冷卻水塔並釋放至大氣之中。在冰水及冷卻水循環中各處的溫度值、溫度差以及流速等參數設定、參數間的互相作用，加上大氣中溫溼度改變，均會影響到耗電量。

圖一｜冰水空調系統示意圖
透過冰水循環、冷媒循環，以及冷卻水循環將熱傳遞至戶外。

冰水空調系統的運轉參數不僅受到天氣及室內熱負荷影響，循環管路內各個設備之間也會相互影響節能效益，相同設備也存在機體差異（運轉特性不同），總計要考慮的運轉參數多達200 多個。傳統上常使用物理定律或經驗法則來建構運作模型，再搭配最佳化演算法來搜尋節能操作點，然而此方法難以把所有因素都考量進去，得到的結果往往脫離不了模型誤差範圍，所以收效甚微！……【更多內容請閱讀科學月刊第630期】