空調設備 (包含4 個元件: 冰機、冰水泵、冷卻水泵以及冷卻水塔) 耗電佔電機電子產業用電的1/4 以上, 是該產業用電的關鍵設備。
基於上述產業的空調設備都缺乏有效率的變頻邏輯, 本研究最終目的是建立空調系統中所有元件 (4 個元件)之變頻最佳化與自動化邏輯。 完成空調設備變頻自動化與最佳化需建立 (1) 空調系統中 4 個元件的輸出與輸入的關係式,與 (2) 相對的動態模擬模型。
據我們所知，電機電子產業與目前文獻只探討空調系統中的子系統，且無一般化的輸出與輸入的關係式。也就是，目前文獻提出的模型無法應用於一般性的空調系統。
所以，不論是以電機電子產業成本或是國家的節能角度而言, 空調設備最佳化與自動化研究是不容刻緩的公共議題。本研究最大的貢獻是已完成 (a) 第一個提出空調系統中4 個元件的輸出與輸入的關係式模型,(b) 提出估計上述關係式模型之一般化的可執行方法, (c) 建構空調設備自動化的模擬結構。

Studies of Industrial Technology Research Institue(ITRI) in Taiwan show the electricity consumption for the central air-conditioning system (including 4 components: chiller, chilled water pump, cooling water pump, and cooling tower) in electrical mechanics industry at least 25% of the whole plant. However, air-conditioning system based on the above industries lacks efficient strategy for saving energy. The purpose of this research is (1) to build the relations of all components (4 components) in air-conditioning system via big data, and (2) establish simulation model based on the relations to find out the optimal variable frequency device(VFD) control strategy for saving energy in the central air-conditioning system.

Much of the current literature on this topic pays particular attention to research on sub-system of the real problem like chiller or cooling tower instead of using the system thinking to solve this problem. Most of them did not propose general relations between the variables of components.
The contributions of this study are (a) Integrate the relations of 4 components in air-conditioning system; (b) Propose general ways to estimate coefficient for relations; (c) Construct simulation model of air-conditioning system for automation.

摘要 i
Abstract ii
謝詞 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 vii
1 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 符號定義 4
1.3 問題描述 8
2 文獻回顧 10
2.1 空調系統介紹 10
2.1.1 水側系統 11
2.1.2 空氣側系統 15
2.2 自動控制理論 16
2.2.1 簡介 16
2.2.2 常見控制器 17
2.3 自迴歸模型 18
2.4 空調系統文獻 19
3 研究方法 21
3.1 研究步驟 21
3.2 績效指標 22
3.3 空調系統架構 22
3.4 各變數關係式 25
3.4.1 冰機 25
3.4.2 冰水泵 26
3.4.3 冷卻水泵 26
3.4.4 冷卻水塔 27
3.4.5 需求端 27
3.5 估計迴歸係數的方法並驗證迴歸式 28
4 研究成果 30
4.1 產學公司簡介 30
4.2 產學公司空調系統現況 30
4.2.1 硬體 30
4.2.2 資料前處理 33
4.2.3 主力設備 35
4.3 關係式迴歸係數與績效 38
5 總結與未來研究方向 41
5.1 總結 41
5.2 未來研究方向 42
參考文獻 43

[1] 許峻銘. “空調系統之最佳變頻研究”. 國立清華大學工業工程與工程管理學系碩士論文(2018).
[2] 謝文健.曾文生. “變流量冰水系統節能效益分析”. 冷凍空調技術與應用專輯(2010).
[3] 財團法人台灣綠色生產力基金會. “空調系統空氣側節能應用技術指引”. 服務業節能服務網 - 節能技術手冊 (2017)
[4] 葉佳紋. “半導體封測廠空調水側系統節能最佳化運轉探討-以某封測廠為例”. 國立中央大學環境工程研究所碩士論文(2014).
[5] 黃明德“半導體廠空調系統節能效益分析-以十二吋DRAM廠為例”. 國立交通大學工學院永續環境科技學程碩士論文(2012).
[6] 張峻銓. “冰水主機與冷卻水塔群組最佳化運轉策略研究”. 國立臺灣大學機械工程學系碩士論文(2007).
[7] 呂思賢. “應用支持向量迴歸預測於空調主機之性能分析”. 國立台北科技大學能源與冷凍空調工程系碩士班碩士學位論文(2015).
[8] 簡銘賢. “空調儲冰系統節能運轉模式與電腦控制程式之研究”. 國立臺北科技大學冷凍空調工程系碩士班碩士學位論文(2002).
[9] 曾薇甄. “變頻空調機在不同環境下之控制策略”. 國立中央大學能源工程研究所碩士論文(2017).
[10] 郭祐甫. “中央空調系統運轉耗能模擬與控制策略最佳化之研究”. 國立臺灣大學機械工程學系博士論文(2010).
[11] 郭長榮. “冷卻水塔的效能提升與節能探討”. 國立中興大學環境工程學系在職專班碩士學位論文(2017).
[12] ASHRAE. “ASHRAE Handbook-HVAC Applications”. American Society ofHeating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers Inc Chapter 41 (2007).
[13] 沈煜庭. “冷卻水塔出口水溫最適化操作與高爐爐床爐壁溫度預測模式建立”. 國立清華大學化學工程研究所碩士論文(2012).