1、DDC自動控制對建筑物空調節能及投資回收探討在亞熱帶的臺灣空調已成為日常生活必需品。根據“經濟部能委會”公布，89年商業空調用電約占民生生活用電40%。空調的用量愈大，消耗電力也愈多，直接造成夏季限電危機及大量能源進口的問題。所以實有必要發展有效之空調系統節能方法，尤其用在改善現有大樓空調系統自動化。DDC（Direct digital control）直接數字化控制，是一項構造簡單操作容易的控制設備，它可借由接口轉接設備隨負荷變化作系統控制，如空調冰水循環系統、空調箱變頻自動風量調整及冷卻水塔散熱風扇的變頻操控等，可以讓空調系統更有效率的運轉，提供舒適的空調環境并達到節能之目的。本文以實例4
2、部50HP空調箱利用DDC控制變頻馬達運轉作計算，在使用變頻器后與未使用變頻器二種情形比較下，可節約用電量約98kW，換算為設備投資成本約在9個月左右即可回收（因品牌價格不同，回收年限不一）。臺灣地區能源政策已于七十九年十二月十三日奉“行政院核定第三次修正。其內容包括：確保能源穩定供應、促進合理能源價格、提高能源使用效益、防治能源污染環境、加強能源研發及推動能源教育宣傳等重要政策，都陸續推展中。目前臺灣的用電需求逐年成長，且用電形態改變，以致尖離峰電力負載差距拉大。而對于要降低夏季尖峰空調用電，儲冰空調系統在政府的持續推動下，已獲得相當成果。也較為人所熟知。另一方面，大樓空調設備的操作運轉未最
3、佳化，都是在浪費能源，增加了政府對電力系統的投資。如何應用自動化控制設備，操作空調系統運轉，便是本專題討論重點。過去大樓空調節能的題目，一直有專業單位（工研院、臺電）在研擬策略提供政府作參考，訂定標準。另外在空調業界、學術界也有論文討論。有關DDC System之文獻發表，請參考2&3，他們介紹DDC System的優點，可作智能化電腦過程控制，調節室內溫度及空調系統狀況分析。本文參考其部分論點，并針對大樓空調系統作整合性自動控制的利用，來解決耗能之缺點，提升空調品質及其所帶來舒適之環境。1DDC自動控制系統介紹DDC直接數字化控制是一種簡易的微電腦設備，它須與其它器材整合搭配才能發揮功效，如
4、圖1所示。如變頻器、溫度濕度傳感器、焓差控制器、二通閥等組件。這些組件的輸入輸出以模擬信號DC010V或低電流420mA作信號傳送，送至DDC控制器。經DDC內置軟件作判別后反向輸出信號來控制閥件或變頻器調節空調。下列簡略說明DDC自動控制系統各周邊設備及控制功能。11直接數字控制（DDC）系指一臺數字電腦直接操作一個狀態（例如溫度的記錄），或者一套程序（例如壓力調節）予以自動控制的作業。所配用的數字電腦，可以采用小型微處理機，亦可配用于中央型之微電腦上去連線作業。空調系統常用的控制元件，例如風閘開關、閥開關、階動繼電器等之操作，不論其原為氣動式者或電動式者，亦不論其作用原為調整大小的動作或僅
5、為開或關之動作，均可改用DDC方式作自動的操作。DDC系統利用硬件和軟件（數學方程式）來調整控制變數或依據操作人員的需要來控制工業制造程序。其中控制變數包括溫度、壓力、相對濕度、流量和液位等。控制程序和設定點可利用軟件輸入電腦內，并能夠在操作人員的鍵盤上作修正，如此可以取代過去對硬體控制器的校正。DDC系統亦可將檢測到的溫度、壓力等控制變數，與預先儲存在電腦內的希望數值相比較，如果測試的數值小于或大于所希望的數值，系統將會送出一系列的數字脈沖，這些脈沖則借助電動對氣動的轉換器（electric-to-pneumatic transducer）或電動對電動的轉換器（electric-to-ele
6、ctric transducer）轉變成控制裝置的調整訊號。然后通過電腦的調整，其所輸出的訊號，再操作其轉換器，使原來系氣動或電動的組件按指示訊號操作。若空調的控制器件，原系氣動式，則需要另加一套將氣動動作變為電器訊號的裝置，將電器訊號輸入電腦操作。原系電動操作元件者亦相同。至于輸入DDC系統后，則不需另加任何硬件設備，即可作任何性能控制的操作。12變頻器變頻器驅動電動機系利用二極管等整流器件將商用電源予以整流后，再經由電容器等平滑之，使之由交流轉換成直流。利用Power Transister、SCR(Thynstor)等將直流換成任一頻率，然后以交流電方式輸出。用變頻器驅動感應電動機，除可避
7、免電動機磁氣飽和外，同時亦可壓制起動電流，且由于驅動電動機而產生必要的扭力矩，故必須控制變頻器的輸出電壓，好呼應頻率的變化。變頻器可分為電壓形變頻器和電流形變頻器。電壓形變頻器利用SCR或二極管整流后，可再用平滑電容器使其成為電壓源。另一方面，電流形變頻器利用SCR整流后，打開電抗器，便可因SCR而具有電流源的作用。其控制方式有電壓控制和電流控制兩種。1 3焓差控制器送風系統當室外的溫度低于室內溫度時，可利用低溫的室外空氣來作調節室內溫度之用，稱焓差控制。焓差控制器是由控制器比較室外溫度及回風溫度高低而將各風門關大、關小或全開、全關的。真正能大量節約能源和獲得經濟效益的空調方法，就只有“室外氣
8、空調”。室外氣空調，亦稱Economizer Cycle。它的作用就如它的名稱一樣，就是完全利用室外自然空氣作空調，不必開動主機、水泵、冷卻水塔等全部冰水系統，較機械式空調能節省能源70%上下，而且裝置簡單、經濟效益大。室外氣空調可不必改變原來冰水系統，僅在適合的外氣條件之下，由較大的新鮮空氣作空調即可。最重要的風量控制，可采取自動和手動雙重方式，由溫（濕）度的感測，經過風門和變頻雙重調節，以達到室內設定的溫度和濕度，如圖2。對高顯熱量的場所，如需要24時空調的工業或設備，則更具有實用價值。設：Q為機房內空調負荷，kcal/HrAo為引進的外氣量，kg/HrAo為引進的外氣量，m/HrHR為室
9、內空氣條件狀態點R的焓值，kcal/kgH1為室外空氣條件狀態點R的焓值，kcal/kg0.83為空氣的比容值，m/kg則Q=Ao(hR-h1)或Ao=Q/hR-h1Ao=0.83Q/hR-h1上列關系式可算出室外氣空調的各種狀況與條件。當溫度上升時，在空氣線圖上意即由外氣狀況點畫水平線直到室內空氣狀態點，如空氣量適當，此狀態點即為設計所需的狀態。此時，除外氣已升至室內溫度而即被排出外，因絕對濕度未變，而相對濕度卻已相應降低，故能一直保持室內在設計狀態。1 4冷卻水塔散熱風扇溫控器冷卻水塔風扇在不同之冷卻負載下其耗電維持在一定值，造成電力的浪費。故在冷卻水塔風扇使用變極馬達，并利用冷卻水出口溫
10、度控制風扇馬達起停及高低轉速，不但主機能在較低的冷卻水進水溫度下做高效率的運轉，并且可有效的減少冷卻水塔風扇之耗電。2 大樓空調系統之架構一般大樓常用的冰水空調系統有CAV、VAV、VWV等，各有不同操控方式，都可以用DDC控制。21定風量系統（CAV）定風量系統(Constant Air Volume，簡稱CAV)，顧名思義即是風量維持一定之意。定風量系統為空調機吹出的風量一定，以提供空調區域所需要的冷（暖）氣。當空調區域負荷變動時，則以改變送風溫度應付室內負荷，并達到維持室內溫度于舒適區的要求。常用的中央空調系統為AHU（空調機）與冰水管系統FCU系統。這兩者一般均以定風量（CAV）來供應
11、空調區，為了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統則以冰水閥ON/OFF控制來調節送風溫度。2 2變風量系統（VAV）變風量系統(Variable Air Volume，簡稱VAV)即是空調機（AHU或FCU）可以調變風量。常用的中央空調系統為AHU（空調機）與冰水管系統FCU系統。這兩者一般均以定風量（CAV）來供應空調區，為了應付室內部分負荷的變動，在AHU定風量系統以空調機的變溫送風來處理，在一般FCU系統則以冰水閥ON/OFF控制來調節送風溫度。然而這兩者在送風系統上浪費了大量能源。因為在長期低負荷時送風機亦均執行全風量運轉而耗電，這不但不
12、易維持穩定的室內溫濕條件，也浪費大量的送風運轉能源。變風量系統就是針對送風系統耗電缺點的節能對策。變風量系統可分為兩種：一種為AHU風管系統中的空調機變風量系統（AHU-VAV系統）；一種為FCU系統中的室內風機變風量系統（FCU-VAV系統）。AHU-VAV系統是在全風管系統中將送風溫度固定，而以調節送風機送風量的方式來應付室內空調負荷之變動。FCU-VAV系統則是將冰水供應量固定，而在室內FCU加裝無段變功率控制器改變送風量，亦即改變FCU的熱交換率來調節室內負荷變動。這兩種方式透過風量之調整來減少送風機的耗電量，同時也可增加熱源機器的運轉效率而節約熱源耗電，因此可在送風及熱源兩方面同時獲得節能效果。23變流量系統（VWV）所謂變流量系統（Variable Water Volume，簡稱VWV），是以一定的水溫供應空調機以提高熱源機器的效率，而以特殊的水泵來改變送水量，順便達成節約水泵用電之功效。變水量系統對水泵系統之節能效率依水泵之控制方式和VWV使用比例而異，一般VWV的控制方式有無段變速（SP）與雙向閥控制方式。以上三種空調系統是目前大樓空調最常被設計的系統。中央空調控制也就是把管路、管件、閥體或閥門集中設定控制流體提供冷氣。所以有效組合中央空調控制即能有效控制耗能，設計合乎節能的空調系統。
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