以 循 環 地 下 水 系 統 冷 卻 空 調 系 統 以 台 科 大 變 電 站 為 例 廖 洪 鈞 郭 治 平 王 晨 昕 國 立 台 灣 科 技 大 學 營 建 工 程 系 摘 要 全 球 氣 候 變 遷 為 目 前 全 世 界 最 關 切 的 議 題, 其 中 因 為 人 口 和 建 築 物

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1 行 冷 精 類 行 年 年 行 立 參 理 理 論 理 利 年 年

2 以 循 環 地 下 水 系 統 冷 卻 空 調 系 統 以 台 科 大 變 電 站 為 例 廖 洪 鈞 郭 治 平 王 晨 昕 國 立 台 灣 科 技 大 學 營 建 工 程 系 摘 要 全 球 氣 候 變 遷 為 目 前 全 世 界 最 關 切 的 議 題, 其 中 因 為 人 口 和 建 築 物 之 集 中, 都 會 區 之 熱 島 效 應 問 題, 更 是 大 型 都 市 所 面 臨 之 困 境 台 北 都 會 區 因 受 盆 地 地 形 之 影 響, 夏 季 大 型 空 調 系 統 排 出 之 廢 熱 累 積 效 應 顯 著, 因 此 為 了 降 低 空 調 系 統 排 到 大 氣 中 的 廢 熱 量, 本 計 畫 將 改 用 循 環 之 地 下 水 來 取 代 排 放 到 大 氣 的 冷 卻 水 塔 系 統, 利 用 貯 存 在 台 北 盆 地 底 部 礫 石 層 豐 富 的 地 下 水, 來 回 循 環 冷 卻 空 調 系 統 為 驗 證 本 項 地 下 水 循 環 冷 卻 之 可 行 性, 同 時 也 為 收 集 系 統 長 期 操 作 數 據, 本 計 畫 藉 由 足 尺 寸 循 環 地 下 水 系 統 冷 卻 空 調 系 統 試 驗, 在 台 科 大 校 園 內 打 設 一 口 深 達 60m 下 景 美 礫 石 層 之 深 水 井 進 行, 來 取 代 現 今 常 用 之 冷 卻 水 塔 系 統 研 究 重 點 在 於 利 用 地 下 水 低 溫 特 性 再 結 合 變 頻 控 制 器, 以 減 少 冷 卻 用 之 地 下 水 量, 藉 此 達 到 省 能 的 目 的 由 運 轉 試 驗 結 果 顯 示, 運 用 了 變 頻 控 制 器 後 能 替 沉 水 泵 浦 省 下 45.4% 以 上 的 耗 電 量, 此 外 本 系 統 與 傳 統 冷 卻 水 塔 系 統 相 比 下, 在 相 同 揚 程 下 且 室 外 溫 度 高 達 35 以 上 時, 管 路 泵 浦 能 減 少 21.6% 的 電 力 消 耗, 空 調 機 也 能 減 少 2.5% 的 電 力 消 耗, 且 地 下 水 低 溫 的 特 性 (23.8 ), 與 同 規 格 之 冷 卻 水 塔 額 定 水 量 相 比, 本 系 統 可 減 少 45% 以 上 用 水 量, 即 可 達 到 相 同 效 果 由 此 得 知, 本 系 統 能 取 代 傳 統 冷 卻 水 塔, 並 解 決 冷 卻 水 塔 所 帶 來 之 負 面 問 題 關 鍵 字 : 熱 島 效 應 冷 卻 水 塔 景 美 礫 石 層 地 下 水

3 I. 前 言 台 灣 地 區 屬 於 熱 帶 海 島 型 氣 候, 一 年 中 高 溫 期 相 當 長, 常 須 藉 由 空 調 系 統 來 強 制 冷 卻 室 內 溫 度 才 能 達 到 舒 適 程 度 如 此 一 來, 除 了 相 當 耗 損 能 源 外, 排 放 到 室 外 之 熱 量 也 會 造 成 環 境 之 升 溫 尤 其 是 地 處 盆 地 的 台 北 都 會 區, 因 盆 地 地 形 所 致, 空 調 設 備 所 排 放 之 大 量 廢 熱, 無 法 在 短 時 間 順 利 地 藉 由 大 氣 流 動 帶 出, 在 熱 量 不 斷 地 累 積 下, 室 外 溫 度 逐 年 攀 高, 造 成 空 調 使 用 時 間 與 使 用 強 度 也 隨 之 大 量 增 加 之 惡 性 循 環 和 過 去 相 比, 台 北 盆 地 環 境 溫 度 明 顯 地 逐 年 上 升, 並 屢 創 全 台 第 一 在 夏 季, 台 北 市 的 氣 溫 比 其 他 城 市, 可 以 高 出 約 3 到 5 根 據 百 年 來 的 氣 溫 紀 錄, 台 北 的 氣 溫 大 約 增 加 了 1.5 ( 嚴 明 鉦 等 人,2006) 也 就 是 說, 在 夏 天 台 北 市 就 如 同 一 座 發 熱 的 島 嶼, 人 車 產 生 的 大 量 熱 能 形 成 一 個 上 升 氣 流, 讓 都 市 變 成 一 個 熱 島, 產 生 所 謂 的 熱 島 效 應 長 久 以 來 工 廠 商 業 大 樓 及 其 他 有 較 大 之 空 調 或 冷 卻 負 載 之 設 施 需 求 的 建 築 物 中, 皆 以 冷 卻 水 塔 (Cooling Tower) 做 為 空 調 系 統 與 戶 外 空 氣 進 行 熱 交 換 之 媒 介, 其 方 式 為 讓 水 吸 熱 之 後 被 輸 送 至 冷 卻 水 塔 藉 由 風 扇 散 去 水 體 中 的 熱, 散 熱 後 的 水 再 回 流 至 空 調 設 施 中 進 行 吸 熱, 但 冷 卻 水 塔 運 轉 時 會 消 耗 大 量 的 能 源 ( 運 轉 電 力 循 環 用 水 ) 以 及 產 生 大 量 的 熱 量 以 及 噪 音, 且 台 北 盆 地 內 空 氣 不 易 流 動, 冷 卻 水 塔 所 排 出 的 熱 一 下 子 就 使 周 圍 的 空 氣 達 到 熱 飽 和, 使 得 溫 度 不 斷 累 積 持 續 上 升 此 時 不 僅 冷 卻 水 塔 的 效 率 將 會 變 差 也 加 速 了 熱 島 效 應 的 產 生, 再 者 冷 卻 水 塔 周 圍 的 濕 度 高 溫 度 也 高 容 易 造 成 病 菌 孳 生 ( 退 伍 軍 人 症 ) 的 溫 床 以 及 大 型 公 共 建 設 中 ( 如 車 站, 機 場 等 等 ) 所 使 用 之 空 調 用 量 大 需 要 更 大 型 的 冷 卻 水 塔 來 做 熱 交 換, 此 時 需 要 更 多 的 用 地 來 放 置 冷 卻 水 塔 造 成 取 得 用 地 的 困 難, 況 且 在 台 北 寸 土 寸 金 的 都 市 更 是 增 加 了 徵 地 的 困 難, 現 今 全 球 節 能 減 碳 及 環 保 意 識 高 漲, 基 於 此 觀 點 若 能 改 善 冷 卻 水 塔 所 帶 來 的 問 題 勢 必 為 社 會 大 眾 帶 來 福 利 水 是 個 很 好 的 冷 卻 媒 介, 傳 熱 率 遠 比 空 氣 佳 (10~20 倍 ), 若 使 用 水 來 與 空 調 中 冷 卻 循 環 水 做 熱 交 換 相 信 能 得 到 更 好 的 效 果, 地 下 水 在 台 灣 來 說 是 個 相 當 普 遍 的 自 然 資 源, 就 大 台 北 盆 的 而 言, 在 盆 地 下 方 深 度 約 50m 處 的 景 美 礫 石 層 富

4 含 了 大 量 的 地 下 水, 陳 政 逸 (2005) 指 出 運 用 地 下 水 於 空 調 實 際 使 用 有 其 可 行 性, 且 地 下 水 具 有 以 下 特 性 (1) 一 年 四 季 溫 度 變 化 極 微 ( 約 在 23~24 有 恆 溫 特 性 ), 不 受 外 界 溫 度 的 影 響, 但 冷 卻 水 塔 卻 會 受 外 界 溫 度 的 影 響 (2) 具 有 低 溫 特 性 ( 與 冷 卻 水 塔 的 冷 卻 水 相 比 ) 郭 俊 男 (2006) 指 出 低 溫 的 地 下 水 有 較 好 的 換 熱 能 力, 如 此 可 減 少 冷 卻 用 之 地 下 水 用 量, 除 節 省 抽 水 馬 達 之 用 電 外, 更 能 充 分 發 揮 地 下 水 之 低 溫 優 點, 因 此 為 尋 求 最 適 之 地 下 水 循 環 冷 卻 效 率, 本 次 研 究 依 此 概 念, 實 際 應 用 在 台 灣 科 技 大 學 研 揚 大 樓 之 總 變 電 站 空 調 系 統, 此 外 郭 俊 男 (2006) 也 指 出 減 少 冷 卻 水 進 入 空 調 系 統, 會 造 成 額 外 的 電 力 耗 損, 因 此 本 研 究 將 以 板 式 熱 交 換 器 來 做 空 調 冷 卻 水 與 地 下 水 之 熱 交 換, 兩 者 單 獨 循 環 無 混 合, 如 此 即 可 讓 空 調 系 統 在 額 定 冷 卻 水 量 下 運 轉, 此 舉 不 但 不 會 使 空 調 系 統 增 加 額 外 的 耗 電 量, 還 可 避 免 地 下 水 中 的 礦 物 質 沉 澱 對 空 調 機 具 內 部 產 生 不 良 影 響 經 過 熱 交 換 後 再 將 地 下 水 再 注 回 地 層 中, 如 此 可 防 止 因 抽 取 地 下 水 而 導 致 地 層 沉 陷 的 問 題 至 於 地 下 水 之 使 用 量, 可 以 將 抽 水 馬 達 搭 配 變 頻 控 制 器 之 方 式, 達 到 精 準 掌 控 地 下 水 使 用 量 也 可 充 分 利 用 到 地 下 水 低 溫 優 勢, 達 到 抽 水 馬 達 和 空 調 系 統 節 能 省 電 力 的 目 的, 以 上 之 研 究 項 目, 將 透 過 一 系 列 的 變 頻 控 制 試 驗, 來 取 得 設 備 的 最 佳 規 劃 及 實 際 運 轉 效 能 做 為 參 考 數 據 本 研 究 團 隊 過 去 所 提 出 之 工 法 概 念 如 圖 1.1 所 示, 主 要 概 念 為 將 低 溫 地 下 水 抽 出 後, 使 其 流 經 空 調 系 統 的 熱 交 換 器, 冷 卻 用 於 冷 媒 除 熱 的 循 環 水 後, 再 以 自 然 重 力 方 式 導 回 原 地 層 中 經 數 值 模 擬 結 果 顯 示 注 水 井 導 入 含 水 層 中 的 熱 在 地 下 水 不 流 動 狀 態 下, 影 響 範 圍 相 當 小 以 一 般 捷 運 站 體 所 需 空 調 系 統 負 荷 為 例, 若 以 本 方 式 進 行 抽 放 水 作 業, 在 台 北 盆 地 內 可 以 運 行 無 虞 然 而 受 制 鑿 井 費 用 高 昂, 一 抽 一 排 的 兩 口 井 設 計, 往 往 由 於 用 地 取 得 困 難 和 造 價 太 高 等 因 素, 恐 無 法 進 行, 因 此 本 系 統 改 以 單 口 井 進 行 抽 排 水, 強 化 本 系 統 的 競 爭 優 勢 另 一 方 面, 以 上 述 方 式 進 行 因 不 會 將 水 抽 離 地 層, 經 由 數 值 模 擬 與 土 壤 力 學 公 式 計 算, 結 果 顯 示 該 行 為 所 引 發 的 壓 密 沈 陷 趨 近 於 零, 且 影 響 範 圍 甚 小, 故 此 工 法 對 地 層 造 成 的 擾 動 可 忽 略 此 系 統 是 以 地 下 水 為 冷 卻 的 媒 介, 通 常 這 種 系 統 需 要 有 兩 口 井, 井 的 距 離 不 可 離 太 近 以 免 彼 此 間 熱 能 互 相 影 響, 由 於 地 下 水 一 年 四 季 水 溫 穩 定 且

5 低 溫 不 易 受 外 界 溫 度 影 響, 此 特 點 能 提 高 系 統 的 效 能, 但 此 系 統 對 於 地 下 水 有 諸 多 的 因 素 考 量 如 水 質 水 量 放 流 等 問 題 都 需 加 以 監 測, 日 後 也 需 定 期 清 洗 熱 交 換 器 及 水 井 以 維 持 水 量 與 熱 交 換 能 力 圖 1.1 本 研 究 工 法 概 念 示 意 圖

6 II. 研 究 方 法 與 目 的 空 調 系 統 在 現 代 大 型 建 築 中 為 必 要 設 備, 但 空 調 系 統 所 消 耗 的 能 源 卻 非 常 可 觀 在 省 能 環 保 意 的 識 抬 頭 下, 如 何 對 空 調 系 統 做 到 節 能 減 碳 之 要 求, 是 必 須 正 視 的 問 題 因 此, 地 源 冷 房 系 統 這 種 技 術 已 逐 漸 受 到 重 視, 地 源 冷 房 系 統 係 透 過 地 中 管 (Earth Tube) 之 打 設, 來 運 用 地 底 資 源 ( 如 土 壤 湖 泊 地 下 水 等 ), 再 配 合 熱 交 換 器 (Heat Exchanger) 來 做 室 內 空 間 內 的 冷 / 熱 調 節, 冬 天 時 向 地 底 取 熱, 夏 天 時 向 地 底 取 冷, 是 一 個 能 減 少 對 環 境 的 衝 擊 的 系 統 ( 圖 2.1) 這 種 新 型 的 技 術 也 已 被 許 多 國 家 所 利 用, 在 歐 美 日 本 及 中 國 大 陸 這 項 技 術 的 使 用 是 很 普 遍 (Georgios Floride,2007) 然 而 在 國 內 除 本 研 究 團 隊 進 行 相 關 研 究 外, 尚 無 類 似 之 研 究 成 果 發 表, 至 於 國 外 案 例 之 水 文 地 質 狀 況 夏 季 時 空 調 系 統 熱 負 荷 等 ( 氣 溫 比 台 北 氣 溫 低, 因 此 地 下 水 需 求 量 較 少 ), 與 台 北 盆 地 的 條 件 差 異 相 當 大, 故 研 發 自 製 的 新 型 態 空 調 系 統 勢 在 必 行 圖 2.1 含 水 層 儲 熱 (Aquifer Thermal Energy Storage) 示 意 圖 ( 擷 取 自 IFTech 網 頁 ) 在 台 北 盆 地 因 為 夏 日 氣 溫 偏 高, 勢 必 得 使 用 冷 氣 空 調 系 統 一 般 來 說 冷 凍 空

7 調 系 統 分 為 非 機 械 冷 凍 系 統 (Non-mechanical Refrigeration System) 與 機 械 冷 凍 系 統 (Mechanical Refrigeration system), 其 中 機 械 冷 凍 系 統 ( 又 稱 壓 縮 循 環 系 統 ) 中 之 蒸 汽 壓 縮 冷 凍 循 環 系 統 (Vapor-compression Refrigeration Cycle system), 為 目 前 冷 凍 空 調 工 程 中 冷 凍 效 率 最 高 最 通 用 之 方 法, 亦 被 本 研 究 採 用 為 進 行 試 驗 之 主 要 設 備 以 下 將 依 冷 氣 機 運 轉 基 本 原 理 與 冷 氣 機 之 基 本 配 件, 分 別 說 明 其 運 作 原 理 及 功 用 物 質 三 態 分 別 為 : 固 態 液 態 及 氣 態, 物 質 由 液 態 變 成 氣 態 的 現 象 稱 為 蒸 發 或 氣 化, 此 時 它 會 吸 收 周 圍 的 熱 量 ; 物 質 由 氣 態 變 成 液 態 的 變 化 稱 為 凝 結 或 液 化, 此 時 它 會 放 出 熱 量, 冷 氣 機 乃 利 用 上 述 特 性, 藉 由 液 態 冷 媒 在 冷 凍 系 統 中 吸 收 室 內 的 熱 量, 因 而 蒸 發 為 氣 態, 使 室 內 溫 度 降 低, 再 使 氣 態 冷 媒 在 室 外 放 出 熱 量, 而 凝 結 為 液 態, 如 此 循 環 一 面 吸 熱 一 面 放 熱, 就 可 達 到 冷 凍 空 調 的 目 的 冷 凍 循 環 系 統 中 分 別 有 五 項 主 要 設 備 : 壓 縮 機 (Compressor) 冷 凝 器 (Condenser) 冷 媒 控 制 器 (Refrigerant Controls) 蒸 發 器 (Evaporator) 冷 媒 (Refrigerant) 此 五 項 設 備 為 構 成 冷 媒 循 環 系 統 之 五 大 基 本 要 件, 以 下 分 別 說 明 用 途 壓 縮 機 為 冷 媒 在 蒸 氣 壓 縮 系 統 中 循 環 之 動 力 來 源 本 試 驗 水 冷 式 箱 型 空 調 機 內 部 採 用 渦 捲 式 壓 縮 機 (Scroll Compressors), 渦 捲 式 壓 縮 機 是 藉 著 環 繞 螺 旋 狀 渦 捲 軸 的 簡 易 壓 縮 概 念, 將 兩 片 渦 捲 軸 被 結 合 在 一 起 形 成 同 心 螺 旋 狀 在 壓 縮 的 過 程 中, 一 片 軌 道 渦 捲 軸 是 按 軌 道 環 繞 著 另 一 片 固 定 的 渦 捲 軸, 需 要 注 意 的 是 那 一 片 軌 道 渦 捲 軸 並 不 會 迴 轉 或 轉 動 而 僅 僅 是 按 軌 道 繞 著 固 定 渦 捲 軸 經 兩 片 渦 捲 軸 的 驅 動, 軌 道 渦 捲 軸 驅 使 冷 媒 ( 氣 體 ) 進 入 外 圍 新 月 狀 氣 囊, 軌 道 渦 捲 軸 離 心 式 的 動 作 使 渦 捲 軸 側 面 得 以 密 封 若 繼 續 軌 道 運 動, 冷 媒 被 迫 前 往 渦 捲 軸 和 氣 囊 的 中 心 而 形 成 壓 縮, 而 當 被 壓 縮 的 冷 媒 到 達 中 心, 冷 媒 被 排 放 到 氣 室, 而 一 部 分 冷 媒 則 排 放 到 壓 縮 機 的 頂 部, 這 排 放 之 壓 力, 使 頂 部 渦 捲 軸 往 下 而 幫 助 渦 捲 軸 的 上 部 和 下 部 末 端 得 以 密 封 在 單 一 軌 道 中, 許 多 氣 囊 的 冷 媒 同 時 經 壓 縮 而 提 供 了 平 順 且 連 續 的 壓 縮, 吸 入 過 程 ( 渦 捲 軸 各 部 的 外 圍 部 份 ) 和 排 放 過 程 ( 內 圍 部 份 ) 這 兩 者 都 是 連 續 的 壓 縮 機 在 冷 凍 壓 縮 循 環 系 統 中 之 功 用 如 下 :(1) 維 持 冷 凍 系 統 之

8 不 斷 循 環, 使 冷 媒 在 系 統 中 發 揮 不 斷 吸 熱 放 熱 的 功 用 系 統 中 的 冷 媒 並 不 會 消 耗, 僅 驅 動 壓 縮 機 的 能 源 有 所 消 耗 (2) 使 蒸 發 器 中 的 壓 力 與 溫 度 保 持 相 對 較 低 狀 態, 有 利 液 態 冷 媒 更 易 於 吸 收 熱 量 ; 使 冷 凝 器 中 的 壓 力 與 溫 度 均 保 持 相 對 較 高 狀 態, 有 利 氣 態 冷 媒 更 易 於 將 熱 傳 出 至 外 界 將 壓 縮 機 壓 縮 出 來 的 高 溫 高 壓 氣 態 冷 煤 冷 卻 並 凝 結 為 高 壓 常 溫 液 體 的 裝 置 稱 為 冷 凝 器, 又 稱 為 凝 結 器 冷 凝 器 是 一 種 熱 交 換 器 具, 在 冷 凍 系 統 中 擔 任 散 熱 的 機 構, 其 作 用 為 將 氣 態 冷 媒 所 吸 收 的 全 部 熱 量 和 壓 縮 機 在 運 轉 過 程 中 所 產 生 的 熱 量, 藉 冷 凝 器 之 傳 導 帶 出 系 統 之 外 系 統 外 之 攜 熱 與 冷 卻 媒 介 不 外 乎 空 氣 水 或 空 氣 與 水 之 聯 合 應 用 冷 媒 控 制 器 (Refrigerant Controller) 可 分 為 使 用 毛 細 管 (Capillary Tube) 或 膨 脹 閥 (Expansion) 兩 種 形 式, 其 在 冷 凍 壓 縮 循 環 系 統 中 之 功 用 如 下 :(1) 將 冷 凝 器 所 流 出 的 高 壓 冷 媒 液 體 引 入 蒸 發 器 中, 使 其 壓 力 降 低 而 產 生 低 溫, 對 周 圍 吸 熱 達 到 冷 卻 之 效 果 (2) 自 動 調 整 冷 媒 流 量 的 大 小, 使 整 個 冷 凍 系 統 之 冷 卻 能 量 運 轉 平 衡, 發 揮 最 高 的 冷 卻 效 率 並 防 止 壓 縮 機 產 生 過 載 現 象 (3) 正 常 運 轉 過 程 中, 當 冷 凍 空 間 溫 度 達 到 所 須 之 條 件 時, 系 統 將 自 動 停 止, 在 停 止 期 間, 冷 媒 應 避 免 由 蒸 發 器 反 流 至 冷 凝 器, 或 冷 凝 器 中 常 溫 液 體 繼 續 流 入 蒸 發 器 中, 造 成 部 份 除 霜 現 象, 故 冷 媒 控 制 器 將 自 動 關 閉, 以 達 到 此 目 的 蒸 發 器 之 作 用 是 將 冷 媒 控 制 器 送 來 的 液 態 冷 媒 在 低 壓 低 溫 下 蒸 發 變 成 氣 態 冷 媒, 吸 收 周 圍 空 氣 的 熱 而 達 到 冷 卻 效 果 蒸 發 器 又 稱 為 揮 發 器, 在 整 個 冷 凍 系 統 中, 就 是 達 到 制 冷 的 機 構 冷 媒 (Refrigerant) 又 稱 為 冷 劑, 為 一 種 極 容 易 從 液 體 蒸 發 成 氣 體 ; 而 又 極 容 易 從 氣 體 凝 結 成 液 體 的 物 質 它 在 冷 凍 循 環 系 統 中, 利 用 極 易 蒸 發 又 極 易 凝 結 相 態 變 化 之 特 性, 在 蒸 發 器 中 由 液 體 蒸 發 成 氣 體, 吸 收 冷 房 裡 的 熱 量 ; 在 冷 凝 器 中 由 氣 體 凝 結 成 液 體, 放 出 熱 量, 如 此 利 用 冷 媒 不 斷 循 環, 達 到 冷 卻 的 目 的 為 驗 證 前 述 以 地 下 水 循 環 冷 卻 空 調 系 統 之 可 行 性, 同 時 也 為 收 集 系 統 長 期 操 作 數 據, 本 計 畫 配 合 台 灣 科 大 新 近 完 工 之 教 學 研 究 大 樓 ( 圖 2.2a 2.2b) 進 行, 以 地 下 水 供 作 大 樓 變 電 機 房 內 箱 型 冷 氣 機 之 冷 卻 使 用 現 地 試 驗 工 址 位 於 台 北 盆 地 西 南 邊 緣, 與 盆 地 中 央 相 較, 景 美 礫 石 層 在 此 處 分 佈 較 薄 且 不 均, 然 而 卻 能 提 供 更 嚴 苛 的 地 質 條 件, 以 檢 覈 本 工 法 之 可 行 性 因 此 於 此 處 施 作, 除 了 能 與 先 前

9 試 驗 結 果 與 水 文 地 質 模 型 比 對 外, 更 可 加 強 該 模 型 的 完 整 性 而 水 文 地 質 模 型 為 熱 傳 效 能 模 型 的 基 型, 故 藉 此 試 驗 所 獲 得 數 據 亦 有 助 於 建 立 熱 傳 效 能 模 型 於 校 內 施 作 之 優 點 不 受 場 地 時 間 季 節 等 影 響, 除 可 進 行 各 種 不 同 運 作 狀 況 模 擬, 以 獲 得 各 種 條 件 下 系 統 運 作 效 能 外, 更 可 確 定 工 法 之 完 整 性 圖 2.2(a) 教 學 研 究 大 樓 東 北 向 外 觀 透 視 圖 與 本 研 究 試 驗 井 位 置 圖

10 試 驗 井 位 置 圖 2.2(b) 教 學 研 究 大 樓 平 面 圖 與 本 研 究 試 驗 井 位 置 圖 在 全 球 在 溫 室 效 應 下 氣 候 暖 化 再 加 上 大 型 空 調 的 使 用 下 用 電 量 持 續 激 增, 由 於 電 源 的 開 發 不 易 因 此 如 何 節 能 與 提 升 能 源 效 率 已 成 為 重 要 課 題 之 一, 在 節 能 設 備 中 變 頻 控 制 器 (Inverter) 為 最 有 效 最 直 接 的 方 式, 在 各 國 的 工 業 上 建 築 大 樓 至 家 電 用 品 已 廣 泛 運 用 此 設 備, 下 節 將 分 別 說 明 運 作 原 理 及 功 用 變 頻 器 主 要 功 能 為 同 時 控 制 輸 出 交 流 電 壓 大 小 與 頻 率, 其 應 用 範 疇 十 分 廣 泛, 包 含 空 調 電 梯 驅 動 系 統 電 動 機 車 及 鐵 道 驅 動 工 業 等 三 相 變 頻 器 包 含 交 流 / 直 流 轉 換 器 直 流 / 交 流 轉 換 器 回 授 切 換 控 制 與 驅 動 控 制 等 變 頻 器 係 將 固 定 頻 與 固 定 電 壓 之 交 流 整 流 後 的 直 流 電 源 轉 換 為 交 流 輸 出, 其 藉 由 切 換 技 術 或 是 所 謂 脈 波 寬 度 調 變 (Pulse-width Modulation, PWM) 原 理 將 直 流 電 源 轉 換 為 電 源 電 壓 與 頻 率 均 為 可 控 的 交 流 電 源, 藉 此 改 變 交 流 電 動 機 之 轉 速 變 頻 器 的 分 類 方 法 有 很 多 種, 按 照 主 電 路 工 作 方 式 分 類, 可 分 為 電 壓 型 變 頻 器 和 電 流 型 變 頻 器 ; 按 照 開 關 方 式 分 類, 可 以 分 為 PAM 控 制 變 頻 器 PWM 控 制 變 頻 器 和 高 載 頻 PWM 控 制

11 變 頻 器 ; 按 工 作 原 理 分 類, 可 以 分 為 V/F 控 制 變 頻 器 轉 差 頻 率 控 制 變 頻 器 和 向 量 控 制 變 頻 器 等 ; 按 用 途 分 類, 可 以 分 為 通 用 變 頻 器 高 性 能 專 用 變 頻 器 高 頻 變 頻 器 單 相 變 頻 器 和 三 相 變 頻 器 等 變 頻 器 的 切 換 控 制 一 般 係 利 用 脈 波 寬 度 調 變 技 術, 達 到 控 制 電 壓 與 頻 率 之 目 的 當 正 弦 調 變 信 號 大 於 載 波 時, 則 比 較 器 的 輸 出 為 正 的 準 位 ; 反 之 當 正 弦 調 變 信 號 小 於 載 波 時, 則 比 較 器 的 輸 出 為 負 的 準 位 利 用 三 角 載 波 (Carrier) 對 取 樣 調 變 信 號 做 調 變 (Modulation) 產 生 輸 出 脈 波, 依 據 調 變 波 的 幅 度 與 頻 率 改 變 脈 波 的 寬 度 與 頻 率 ; 藉 此 同 時 改 變 輸 出 波 脈 波 的 基 本 頻 率 (Fundamental Frequency) 及 基 本 電 (Fundamental Voltage) 的 大 小 值 得 注 意 的 是 輸 出 脈 波 寬 度 隨 著 正 弦 信 號 為 調 變 信 號 的 增 加 ( 或 減 少 ) 而 增 加 ( 減 少 ), 此 即 為 所 謂 的 脈 波 寬 度 調 變 A 相 與 B 相 間 的 線 電 壓 與 其 基 本 波 ( 正 弦 波 ), 其 輸 出 脈 波 並 非 正 弦, 而 是 含 有 正 弦 與 諧 波 ( 輸 出 脈 波 減 去 正 弦 ) 在 一 般 的 工 業 領 域 中 所 採 用 的 大 部 份 電 動 機 為 感 應 式 交 流 電 機, 感 應 式 交 流 電 機 ( 以 後 簡 稱 為 電 機 ) 的 旋 轉 速 度 近 似 於 電 機 的 極 數 和 頻 率 電 機 的 工 作 原 理 決 定 了 電 機 的 極 數 是 固 定 不 變 的 由 於 該 極 數 值 不 是 一 個 連 續 的 數 值 ( 為 2 的 倍 數, 例 如 極 數 為 2 4 6), 所 以 不 適 和 改 變 該 值 來 調 整 電 機 運 轉 的 速 度 利 用 供 應 電 機 電 源 的 電 信 號 的 頻 率 ( 如 單 相 100V/60Hz, 三 相 200V/60Hz 等 等 ), 該 頻 率 值 能 夠 在 電 機 的 外 面 作 調 節 後 再 供 給 電 機, 此 時 電 機 的 運 轉 速 度 就 可 以 被 自 由 的 控 制 但 如 果 僅 改 變 頻 率, 電 機 將 被 燒 壞 特 別 是 當 頻 率 降 低 時, 該 問 題 就 非 常 突 出 為 了 防 止 電 機 燒 毀 事 故 的 發 生, 變 頻 器 在 改 變 頻 率 的 同 時 必 須 要 同 時 改 變 電 壓 運 用 變 頻 裝 置 來 提 升 用 電 效 率 及 節 約 能 源 在 世 界 各 國 已 普 遍 的 使 用 ; 其 基 本 原 理 即 所 謂 的 相 似 定 律 (Affinity Law), 應 用 於 流 體 運 送 場 合 中, 電 動 機 耗 電 量 與 其 轉 速 的 三 次 方 成 正 比 因 此, 視 負 載 狀 況 而 適 時 降 低 電 動 機 轉 速 可 大 量 減 少 其 耗 電 量 變 頻 器 作 為 泵 浦 或 風 扇 的 調 速 器, 都 具 有 良 好 的 節 能 效 果, 本 次 試 驗 將 運 用 變 頻 器 來 控 制 沉 水 泵 浦 的 抽 水 量, 視 空 調 負 載 情 況 來 控 制 地 下 水 冷 卻 水 的 流 量, 在 中 低 負 載 時 可 以 減 少 沉 水 泵 浦 之 用 電 量, 達 到 節 能 目 的 變 頻 器 使 用 注 意 事 項 :(1) 要 正 確 的 使 用 變 頻 器, 必 須 考 慮 散 熱 的 問 題 變 頻 器 的 故 障 率 隨 溫 度 升 高 而 成 指 數 的 上 升 ; 使 用 壽 命 隨 溫 度 升 高 而 成 指 數 的 下 降 若 環 境 溫 度 升 高

12 10 度, 變 頻 器 使 用 壽 命 則 減 半, 在 變 頻 器 運 作 時, 流 過 變 頻 器 的 電 流 是 很 大 的, 變 頻 器 產 生 的 熱 量 也 是 非 常 大 的, 不 能 忽 視 其 發 熱 所 產 生 的 影 響 (2) 任 何 形 式 的 電 源 驅 動 裝 置 都 會 有 電 流 供 給 限 制, 在 應 用 時 必 須 對 最 大 轉 矩 啟 動 轉 矩 和 運 轉 轉 矩 等 需 求 加 以 規 範 在 滿 載 轉 具 的 150% 以 下 範 圍, 馬 達 的 電 流 與 轉 矩 略 呈 正 比, 超 過 150% 全 載 轉 矩 時, 電 流 和 轉 矩 便 不 成 比 例 一 般 而 言, 變 頻 器 的 最 大 供 電 容 量 是 全 載 的 150%, 因 為 在 此 範 圍 內, 轉 矩 / 電 流 的 比 值 相 對 的 維 持 在 定 值 的 關 係

13 III. 景 美 礫 石 層 臺 北 盆 地 是 一 個 第 四 紀 的 沉 積 盆 地, 沉 積 物 大 多 來 自 淡 水 河 系, 三 條 主 要 支 流 分 別 為 基 隆 河 新 店 溪 和 大 漢 溪, 皆 源 自 盆 地 東 南 緣, 流 經 西 部 麓 山 帶, 而 新 店 溪 和 大 漢 溪 的 上 游 更 深 入 雪 山 山 脈, 因 此 西 部 麓 山 帶 和 雪 山 山 脈 是 盆 地 沉 積 物 的 主 要 來 源 區 此 外 尚 有 來 自 西 北 方 林 口 台 地 及 盆 地 北 邊 大 屯 山 區 的 溪 流, 都 曾 夾 帶 火 山 質 沉 積 物 進 入 盆 地 台 北 盆 地 的 基 盤 是 褶 皺 的 第 三 紀 沉 積 岩, 基 盤 深 度 由 東 南 向 西 北 變 深, 目 前 所 獲 得 基 盤 最 大 深 度 在 五 股 地 區, 達 679 公 尺 ( 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 五 股 一 號 探 井 附 近 ) 研 判 新 莊 山 腳 斷 層 的 活 動 控 制 台 北 盆 地 的 發 育 在 台 科 大 基 地 附 近, 推 估 基 盤 岩 層 的 深 度 約 在 150 至 200 公 尺 之 間 盆 地 基 盤 上 覆 平 整 的 晚 第 四 紀 未 膠 結 沉 積 物 盆 地 沉 積 物 由 砂 泥 及 礫 石 互 層 所 組 成, 各 地 層 岩 性 側 向 變 化 大 根 據 岩 相 化 石 礦 物 及 沉 積 構 造 等 特 徵, 配 合 台 北 盆 地 現 今 大 漢 溪 新 店 溪 與 基 隆 河 供 應 沉 積 物 的 性 質 和 來 源, 推 論 台 北 盆 地 晚 第 四 紀 的 沉 積 體 系 是 以 古 新 店 溪 及 古 大 漢 溪 為 主 的 沖 積 扇, 進 入 盆 地 後 逐 漸 變 成 辮 狀 河 與 曲 流 河 平 原, 並 與 盆 地 北 方 的 古 基 隆 河 匯 集 成 湖 泊, 近 海 側 則 因 受 海 水 影 響 而 形 成 半 淡 水 湖 ( 彭 志 雄 等,1999) 台 北 盆 地 位 於 台 灣 北 部, 淡 水 河 下 游 大 屯 火 山 西 南, 林 口 台 地 東 方, 雪 山 山 脈 西 北 盆 地 範 圍 西 止 於 大 漢 溪 之 山 佳, 南 止 於 新 店 溪 之 新 店, 東 止 於 基 隆 河 之 汐 止, 北 止 於 淡 水 河 出 口 之 關 渡, 面 積 約 240 平 方 公 里, 如 圖 3.1 所 示 水 文 地 質 參 數 主 要 是 為 含 水 層 流 通 係 數 (T) 與 儲 水 係 數 (S) 台 北 盆 地 依 照 地 層 深 度 由 上 至 下 分 為 松 山 層 景 美 層 以 及 新 莊 層, 其 岩 心 及 地 下 水 位 紀 錄 顯 示, 從 地 表 至 松 山 層 底 部 砂 層 或 景 美 層 頂 面 之 間 多 為 泥 層, 其 中 間 夾 雜 多 個 延 伸 範 圍 有 限 的 薄 砂 層 ; 砂 質 局 部 含 水 層 具 中 度 之 透 水 性, 其 地 下 水 多 流 向 附 近 河 川 或 深 部 含 水 層, 地 下 水 位 係 隨 深 度 而 逐 漸 降 低 松 山 層 底 部 之 砂 層 景 美 層 及 新 莊 層 則 構 成 一 個 延 伸 範 圍 廣 泛 而 且 相 當 深 厚 的 區 域 含 水 層 ( 圖 3.2) 其 主 要 是 由 透 水 性 極 佳 之 礫 石 或 砂 層 所 組 成, 近 年 的 抽 水 試 驗 分 析 結 果 指 出, 景 美 礫 石 層 之 流 通 係 數 約 在 0.12~0.18m 2 /s 之 間, 儲 水 係 數 則 0.001~0.004 之 間 ( 邵 明 忱 等,1995) 就

14 抽 水 量 方 面 來 說, 台 北 盆 地 由 於 是 地 下 水 管 制 實 施 重 點 區 域, 近 二 十 年 來, 除 了 維 護 工 程 施 行 時 之 安 全 必 要 以 及 少 數 產 業 運 作 需 要 之 外, 鮮 少 進 行 抽 取 地 下 水, 其 早 期 散 坐 落 於 盆 地 內 之 抽 水 井, 多 數 已 經 廢 除, 剩 下 的 都 只 是 用 來 監 測 盆 地 內 地 下 水 位 情 形 以 及 其 水 質 之 觀 測 井 所 以 台 北 盆 地 內 之 抽 水 量 不 多, 造 成 了 盆 地 內 之 地 下 水 位 歷 年 來 持 續 上 升 的 狀 態 ; 而 台 北 盆 地 自 從 嚴 格 施 行 地 下 水 使 用 管 制 之 後, 於 民 國 64 年 至 74 年, 水 位 回 升 速 率 約 為 1.93m/yr,74 年 至 83 年, 則 減 緩 為 1.35m/yr, 預 計 回 升 趨 勢 將 持 續 至 地 下 水 位 回 升 為 靜 態 水 壓 (hydrostatic pressure) 為 止, 但 其 速 率 將 逐 漸 緩 慢 以 長 期 而 言, 近 二 十 年 來, 水 位 已 回 升 30 餘 公 尺, 平 均 每 年 回 升 約 1.5 公 尺, 由 於 早 年 台 北 盆 地 的 深 層 地 下 水 為 自 流 井 (artesian well) 型 態, 因 此 地 下 水 位 應 有 回 升 至 接 近 地 表 高 度 的 可 能, 估 計 今 後 仍 可 回 升 10 公 尺 以 上 ( 張 閩 翔,1996) 對 靠 近 地 面 的 非 拘 限 含 水 層 而 言, 只 要 有 降 雨 或 其 他 地 面 水 體 如 河 流 水 塘 湖 泊 或 是 農 田 灌 溉 就 是 補 注 源 對 研 究 地 區 而 言, 只 要 非 不 透 水 性 結 構 物 外, 皆 為 補 注 區 ; 在 拘 限 含 水 層 方 面, 則 補 注 區 僅 有 扇 頂 厚 礫 石 區 由 於 非 拘 限 含 水 層 中 水 質 水 量 變 化 較 大, 因 此 一 般 開 發 多 以 拘 限 含 水 層 為 主 在 台 北 盆 地 西 北 部 的 天 母 北 投 附 近 有 礫 石 層 出 露 或 上 覆 薄 層 表 土 ; 南 方 的 中 和 永 和 大 部 分 地 區, 即 東 南 起 於 尖 山 南 勢 角, 經 中 和 鄉 公 所, 止 於 華 中 大 橋, 以 東 到 新 店 溪 之 間, 砂 層 礫 石 層 甚 厚, 為 地 下 水 天 然 補 注 區 ; 景 美 小 盆 地 附 近 地 表 土 薄, 到 處 露 出 砂 石 及 礫 石 層, 亦 為 台 北 盆 地 地 下 水 重 要 之 天 然 補 注 區 ( 曹 以 松 等,1985)

15 Taipei basin Datun volcano W N E Kangjiao fault S Taiwan island Linkuo Tableland A Tansui river Keelung river Shangjiao fault Dahan stream Taipei fault Xindan stream Chingmei stream Study area Groundwater monitoring wells Geological investigating wells Basin boundaries (G.L.<20m) Rivers or streams A Easting (m) Xindan stream MRT O8 station Faults Cross-sectional line 圖 3.1 台 北 盆 地 地 理 環 境 圖 Elevation (m) 圖 3.2 台 北 盆 地 沖 積 剖 面 ( 圖 四 A-A 斷 面 ) 圖

16 IV. 現 地 試 驗 過 去 無 論 是 現 場 試 驗 或 室 內 試 驗, 皆 採 用 箱 型 冷 氣 進 行 試 驗, 因 為 其 他 較 大 空 間 所 需 之 空 調 系 統 負 荷 量 ( 冷 凍 能 力 ), 可 以 單 台 箱 型 冷 氣 的 冷 凍 能 力 併 聯 計 算 之 因 此 本 次 實 際 的 整 體 系 統 運 作, 亦 將 採 箱 型 冷 氣 進 行 目 前 經 由 專 業 冷 凍 空 調 技 師 分 析 與 設 計 結 果 顯 示, 本 案 之 空 調 系 統 將 採 用 兩 台 15RT 之 箱 型 冷 氣, 總 額 定 循 環 水 需 求 量 約 400 lpm 根 據 本 案 於 台 科 大 地 質 鑽 探 資 料 ( 圖 4.1) 得 知, 台 科 大 附 近 之 地 層 分 佈 在 地 下 42m 到 58m 處 之 卵 礫 石 儲 水 層 中, 有 一 黏 土 層 將 之 區 隔 為 上 下 水 層, 若 能 將 原 本 構 想 中 系 統 運 作 所 需 的 兩 口 井 變 更 為 單 井 自 體 循 環 的 方 式 進 行 本 試 驗, 應 可 減 少 用 地 需 求 與 降 低 鑿 井 費 用 故 本 研 究 擬 設 置 如 圖 八 所 示 之 單 體 循 環 水 井, 預 定 深 度 為 60m, 分 別 於 地 下 42~47m 與 51 ~58m 兩 卵 礫 石 儲 水 層 設 置 開 口, 上 層 作 為 地 下 水 取 水 層 下 層 作 為 地 下 水 排 水 層 兩 層 間 以 皂 土 封 層, 以 防 止 兩 種 不 同 溫 度 之 地 下 水 於 井 中 混 流 循 環 水 井 套 管 為 口 徑 10 13mm 厚 之 PVC 管, 以 供 放 置 抽 水 馬 達, 並 承 受 側 向 土 水 壓 經 初 步 估 算 後, 將 於 地 面 下 約 30m 處 設 置 一 具 5.5HP 之 沈 水 馬 達, 搭 配 口 徑 3 13mm 厚 之 不 鏽 鋼 管, 提 供 空 調 所 需 之 用 水 量 ( 圖 4.2) 本 研 究 主 要 是 針 對 變 頻 控 制 對 循 環 式 地 下 水 冷 卻 系 統 的 空 調 效 能 及 熱 交 換 系 統 之 研 究, 藉 由 現 地 實 驗 利 用 循 環 式 地 下 水 來 做 為 空 調 系 統 之 冷 卻 水, 藉 此 替 代 傳 統 冷 卻 水 塔 (Cooling Tower), 以 減 少 廢 熱 排 放 至 大 氣, 為 了 避 免 地 下 水 中 之 礦 物 質 ( 主 要 為 鈣 離 子 及 鎂 離 子 ) 在 空 調 管 線 中 結 晶 積 垢, 影 響 空 調 內 部 效 能 及 機 械 損 傷 之 情 形 發 生, 故 採 用 板 式 熱 交 換 器 (Plate Heat Exchanger) 來 做 為 循 環 地 下 水 與 循 環 冷 卻 水 之 熱 交 換 媒 介, 藉 由 沉 水 泵 浦 將 地 下 水 送 至 板 式 熱 交 換 器 與 空 調 之 循 環 冷 卻 水 做 熱 交 換 後, 隨 即 回 注 地 層 如 此 可 避 免 地 層 下 陷 情 況 發 生 但 本 試 驗 場 地 經 由 地 質 鑽 探 發 現 有 兩 層 地 下 水 層, 分 別 為 上 層 景 美 層, 深 度 在 地 表 下 39m 至 46m 處 ; 下 層 板 橋 層, 深 度 在 地 表 下 50m 至 60m 處, 並 且 這 兩 層 地 下 水 層 在 源 頭 處 有 尖 滅, 源 頭 水 源 補 注 為 景 美 溪, 由 於 有 此 條 件 存 在 所 以 將 試 驗 設 置 為 抽 取 上 層 景 美 層 的 地 下 水, 經 熱 交 換 後 排 回 下 層 的 板 橋 層, 此 舉 不 但

17 可 減 少 水 井 打 設 成 本, 也 可 減 少 佔 地 空 間 為 了 充 分 發 揮 地 下 水 低 溫 特 性, 再 藉 由 變 頻 式 沉 水 泵 浦 配 合 變 頻 控 制 器, 來 找 出 循 環 式 地 下 水 冷 卻 系 統 對 空 調 系 統 及 熱 交 換 系 統 效 能 影 響 關 係, 以 便 提 供 設 計 循 環 式 地 下 水 冷 卻 系 統 時 之 參 考 圖 4.1 台 科 大 試 驗 場 地 地 質 剖 面 圖 ( 井 帝 工 程 股 份 有 限 公 司 提 供 )

18 空 調 機 具 冷 凝 器 冰 水 或 冷 空 氣 熱 水 或 熱 空 氣 壓 縮 機 負 載 熱 循 環 冷 氣 水 冷 循 環 冷 氣 水 G.L. 熱 循 環 地 下 水 自 動 訊 號 計 讀 器 板 式 熱 交 換 器 Δ5 o C 流 量 計 自 動 連 動 節 流 閥 Φ3" 冷 循 環 地 下 水 PLC/ VVVF Q max=0.795 cmm, Q service=0.396 cmm, Q allowable min=? 數 位 瓦 時 計 PC/Controller -12.5m 透 過 變 頻 控 制 -10m 訊 號 線 3.5m -36m m 卵 礫 石 層 地 下 水 位 7.5 HP 變 頻 式 抽 水 馬 達 N 25 o 00'55.0" E 121 o 32'33.7" Φ8" -39m -46m -50m 冷 地 下 水 封 層 封 層 Φ26" -41m -45m 松 山 層 冷 地 下 水 卵 礫 石 層 ( 景 美 層 ) 地 下 水 體 25 o C 黏 土 層 ( 五 股 層 ) -52m 溫 地 下 水 測 溫 計 水 壓 計 溫 地 下 水 卵 礫 石 層 ( 板 橋 層 ) 地 下 水 體 -60m -60.5m 32 o C -60m 25 o C 存 疑 岩 盤 ( 黏 土 ) 圖 4.2 台 科 大 循 環 地 下 水 試 驗 配 置 剖 面 圖

19 本 文 研 究 以 台 灣 科 技 大 學 新 建 完 之 研 揚 大 樓 為 實 驗 對 象, 以 大 樓 內 之 總 變 電 站 為 主 要 的 試 驗 空 間 總 變 電 站 內 各 變 電 箱 運 作 將 會 產 生 高 溫, 藉 由 此 高 溫 可 作 為 此 試 驗 空 間 之 熱 能 來 源, 變 電 站 內 配 置 如 圖 4.3 所 示, 此 試 驗 以 傳 統 水 冷 式 箱 型 空 調 機 為 空 調 系 統, 試 驗 時 以 不 改 裝 空 調 機 設 備 為 原 則, 使 其 發 揮 原 廠 正 常 狀 況 下 應 有 的 效 能, 並 在 空 調 系 統 各 管 路 上 ( 循 環 冷 卻 水 管 路 循 環 地 下 水 管 路 及 儲 水 水 槽 ) 皆 包 以 PU 泡 棉 作 為 隔 熱 材, 目 的 使 試 驗 進 行 時 能 隔 絕 外 界 溫 度 的 干 擾 增 加 實 驗 精 度 圖 4.3 台 科 大 總 變 電 站 室 內 配 置 圖 在 循 環 冷 卻 水 水 量 方 面 以 水 冷 式 箱 型 空 調 機 額 定 流 量 穩 定 供 應, 目 的 為 不 改 變 空 調 機 側 的 原 廠 出 廠 條 件, 循 環 地 下 水 流 量 方 面, 以 變 頻 控 制 來 改 變 電 流 頻 率 與 流 量 關 係, 電 流 頻 率 控 制 範 圍 為 40Hz 至 60Hz 當 水 冷 式 箱 型 空 調 系 統 在 額 定 電 流 額 定 電 壓 額 定 頻 率 等 各 項 物 理 量 測 值 均 達 到 穩 定 狀 態 ( 包 含 循 環 冷 卻 水 進 / 出 溫 差 循 環 地 下 水 進 / 出 溫 差 冷 房 溫 度 ) 時, 並 穩 定 運 轉 一 個 小 時 後, 才 擷 取 數 值 做 計 算 分 析 試 驗 分 為 以 下 幾 組 :(A) 依 有 無 使 用 變 頻 器 之 運 轉 條 件

20 下, 分 別 記 錄 使 用 變 頻 器 與 不 使 用 變 頻 器 的 兩 段 時 間 內 沉 水 泵 浦 與 水 冷 式 空 調 系 統 耗 能 情 形 (B) 循 環 地 下 水 在 不 同 流 量 下 水 冷 式 箱 型 空 調 系 統 之 效 能 關 係 茲 分 別 說 明 如 下 : 試 驗 (A)- 以 (A-1) 代 表 無 使 用 變 頻 器 狀 況 ;(A-2) 代 表 使 用 變 頻 器 狀 況, 試 驗 狀 態 (A-1) 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 設 定 為 額 定 60Hz;(A-2) 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 設 定 為 40Hz 至 60Hz, 溫 度 旋 鈕 設 定 在 最 冷 狀 態 以 及 壓 縮 機 連 續 運 轉 下, 目 的 為 了 解 在 使 用 變 頻 控 制 狀 況 與 未 使 用 變 頻 控 制 下 耗 能 情 形 試 驗 (B)- 在 水 冷 式 箱 型 空 調 機 相 同 條 件 運 轉 狀 況 下, 使 用 變 頻 控 制 器 來 改 變 不 同 流 量 之 循 環 地 下 水, 藉 此 可 了 解 在 各 種 不 同 循 環 地 下 水 流 量 情 況 下 系 統 的 運 轉 情 形 以 及 評 估 此 系 統 的 最 低 水 量 限 制, 變 頻 控 制 器 分 別 以 40Hz 45Hz 50Hz 55Hz 和 60Hz 不 同 頻 率 下 所 對 應 之 不 同 流 量 來 試 驗 本 試 驗 各 項 設 備 及 儀 器 配 置 如 圖 七 所 示, 依 照 儀 器 用 途 大 致 可 分 為 以 下 九 類 : 空 調 系 統 ( 為 供 應 循 環 地 下 水 熱 來 源 ): 為 驗 證 循 環 式 地 下 水 冷 卻 系 統 中 所 採 用 之 空 調 機 的 冷 卻 能 力, 本 試 驗 使 用 之 空 調 為 常 見 的 往 復 式 水 冷 式 箱 型 空 調 機, 空 調 系 統 配 置 與 一 般 常 用 配 置 相 同 唯 一 不 同 處 為 冷 卻 水 塔 部 分 將 以 循 環 式 地 下 水 冷 卻 系 統 及 熱 交 換 系 統 取 而 代 之, 此 舉 流 經 空 調 機 之 冷 卻 水 流 量 則 為 一 穩 定 水 量 ( 各 型 號 空 調 機 之 額 定 流 量 ) 也 無 水 量 損 耗 之 顧 慮, 可 使 空 調 機 運 轉 較 穩 定, 冷 卻 水 則 是 由 加 壓 水 泵 來 驅 動, 藉 由 流 動 的 冷 卻 水 將 空 調 機 所 吸 收 到 之 熱 量 帶 出 ; 冷 氣 機 標 定 冷 氣 能 力 為 循 環 冷 卻 水 進 出 冷 氣 機 冷 熱 側 溫 差 達 5 ( 如 ) 時, 冷 卻 能 力 為 52.5kw 在 開 啟 水 冷 式 箱 型 空 調 機 之 前, 需 先 確 定 水 路 滿 管 及 加 壓 水 泵 能 正 常 運 轉, 運 轉 約 三 分 鐘 後 再 開 啟 空 調 機 進 行 試 驗, 以 免 試 驗 時 發 生 意 外 ; 並 限 定 流 過 冷 氣 機 之 冷 卻 水, 當 入 口 ( 入 空 調 機 ) 處 達 37 ( 熱 側 ) 時, 為 此 空 調 機 之 壓 縮 機 最 大 熱 負 荷, 由 於 壓 縮 機 是 空 調 機 中 最 高 成 本 的 部 分, 若 不 立 即 將 冷 卻 水 降 溫 或 停 機, 將 會 造 成 壓 縮 機 損 壞 循 環 冷 卻 水 系 統 ( 將 箱 型 空 調 機 的 熱 送 至 板 式 熱 交 換 器 做 熱 交 換 ):

21 循 環 冷 卻 水 系 統 則 是 以 加 壓 水 泵 驅 動 循 環 冷 卻 水, 用 來 帶 走 空 調 機 內 冷 媒 所 吸 收 的 熱 量, 而 後 送 至 熱 交 換 系 統 將 熱 量 轉 換 至 地 下 水 以 達 到 降 溫 的 效 果, 循 環 冷 卻 水 系 統 水 管 材 質 採 用 不 鏽 鋼 管, 管 徑 為 3in 管 壁 13mm, 管 長 由 熱 交 換 系 統 至 箱 型 空 調 機 約 25m, 來 回 長 合 計 約 50m 循 環 地 下 水 系 統 ( 將 地 下 水 送 至 板 式 熱 交 換 器 做 熱 交 換 後 排 入 地 層 ): 本 試 驗 採 用 地 表 下 40m 處 之 景 美 礫 石 層 內 之 地 下 水 做 為 循 環 式 地 下 水 冷 卻 系 統 主 要 水 源 供 應, 藉 由 沉 水 泵 浦 將 之 地 下 水 送 至 熱 交 換 系 統, 沉 水 泵 浦 放 置 於 地 表 下 30m 處, 加 熱 後 之 地 下 水 隨 即 回 注 地 表 下 60m 處 之 板 橋 礫 石 層, 抽 水 管 管 長 由 地 層 至 地 表 為 30m, 排 水 管 管 長 由 地 層 至 地 表 為 15m, 並 且 排 水 口 需 在 靜 止 水 位 面 下 ( 排 水 井 靜 止 水 位 面 位 於 地 表 下 13m 處 ), 此 舉 可 造 成 虹 吸 效 應 減 少 沉 水 泵 浦 負 荷 也 可 使 管 路 內 楚 於 飽 管 狀 態, 並 於 抽 水 管 與 熱 交 換 器 之 間 以 前 七 後 三 的 比 例 關 係 安 裝 流 量 計, 用 來 記 錄 所 抽 取 之 地 下 水 量, 在 開 啟 水 冷 式 箱 型 空 調 機 之 前 需 先 確 定 水 路 滿 管 及 沉 水 泵 浦 能 正 常 運 轉, 運 轉 約 三 分 鐘 後 再 開 啟 空 調 機 進 行 試 驗, 當 沉 水 泵 浦 跳 脫 或 抽 水 量 不 足 時 隨 即 停 止 空 調 系 統 運 作 以 防 冷 卻 水 超 過 壓 縮 機 最 大 熱 負 荷 熱 交 換 系 統 ( 將 空 調 冷 卻 水 與 地 下 水 做 熱 交 換 處 理 ): 本 試 驗 之 熱 交 換 系 統 採 用 高 力 熱 處 理 公 司 所 製 造 的 板 式 熱 交 換 器, 其 目 的 主 要 為 取 代 傳 統 的 冷 卻 水 塔 系 統 以 節 省 更 多 的 空 間, 空 調 冷 卻 水 ( 以 下 簡 稱 熱 測 ) 與 循 環 地 下 水 ( 以 下 簡 稱 冷 測 ) 兩 種 液 體 以 逆 流 方 式, 流 經 熱 交 換 器 中, 並 以 鋁 製 板 片 來 做 為 熱 傳 導 的 媒 介 變 頻 控 制 系 統 ( 控 制 沉 水 泵 浦 輸 入 電 流 頻 率 ): 本 試 驗 採 用 Fuji Electric Systems Co., Ltd. 公 司 所 出 產 的 變 頻 控 制 器 來 改 變 不 同 的 地 下 水 流 量, 變 頻 控 制 系 統 主 要 為 控 制 電 流 輸 入 頻 率, 進 而 改 變 馬 達 轉 速 而 降 低 抽 取 地 下 水 的 水 量, 因 此 可 降 低 沉 水 泵 浦 輸 出 功 率, 減 少 沉 水 泵 浦 電 流 值, 達 到 省 電 節 能 之 目 的, 實 驗 時 為 了 避 免 頻 率 過 低 使 水 量 不 足 而 造 成 冷 卻 水 溫 度 過 高 使 壓 縮 機 受 損 ; 過 低 的 頻 率 也 容 易 造 成 沉 水 泵 浦 不 良 的 影 響, 因 此 試 驗 時 限 制 變 頻 控 制 頻 率 在 40Hz 至 60Hz 之 間, 並 且 限 制 在 啟 動 變 頻 控 制 系 統 時, 電

22 流 頻 率 需 在 瞬 間 達 到 沉 水 泵 浦 最 大 頻 率 (60Hz), 運 轉 40 秒 穩 定 後, 再 向 下 以 低 頻 率 運 轉, 如 此 一 來 可 延 長 沉 水 泵 浦 的 使 用 壽 命 藉 此 保 護 儀 器 設 備 溫 度 量 測 系 統 ( 記 錄 每 項 系 統 各 部 位 溫 度 ): 本 試 驗 溫 度 量 測 系 統 使 用 白 金 電 阻 式 溫 度 計 (Platinum Resistance Temperature Detector,PRTD), 白 金 電 阻 式 溫 度 感 知 器 的 動 作 原 理 是 以 鉑 或 稱 為 白 金 (Platinum) 之 電 阻 變 化 與 本 身 溫 度 呈 正 比 的 基 本 物 理 性 質 為 基 礎 最 常 見 的 PRTD 在 0 時 電 阻 值 為 100Ω, 白 金 絲 的 標 準 溫 度 係 數 α 值 為 Ω/Ω/ 純 白 金 線 α 值 為 Ω/Ω/ (DIN 43760) 感 測 器 的 量 測 導 線 電 阻 與 之 相 較 下 非 常 小 本 試 驗 以 工 業 用 三 線 (ABB) 連 線 法, 每 支 PRTD 串 以 10KΩ±1% 之 電 阻 降 低 雜 訊 與 導 線 溫 升 造 成 的 誤 差, 以 2100mV 激 勵 電 壓 激 發 電 路, 以 量 測 各 溫 度 下 PRTD 之 電 阻, 並 以 ΔR=αΔT 換 算 出 量 測 溫 度, 解 析 度 控 制 在 0.04, 精 度 控 制 在 0.5 本 試 驗 作 為 量 分 別 使 用 10 支 PRTD 溫 度 計, 以 下 分 別 為 溫 度 佈 設 位 置 說 明 : 為 了 瞭 解 箱 型 空 調 機 風 管 出 風 口 溫 度 變 化, 將 PRTD#1 PRTD#2 與 PRTD#3 分 別 置 於 箱 型 空 調 機 風 管 出 風 口 正 中 央 處 ; 為 了 瞭 解 冷 房 溫 度 變 化, 將 PRTD#4 置 於 箱 型 空 調 機 回 風 口 的 溫 度 感 應 器 上,PRTD#1 PRTD#2 PRTD#3 與 PRTD#4 係 為 量 測 當 改 變 循 環 地 下 水 水 量 時 循 環 冷 卻 水 溫 度 對 箱 型 空 調 機 的 出 / 回 風 溫 度 變 化 ; 為 了 解 循 環 冷 卻 水 所 做 的 熱 功 率, 將 PRTD#5 與 PRTD#6 分 別 放 置 於 板 式 熱 交 換 器 熱 側 ( 循 環 冷 卻 水 側 ) 之 進 / 出 口 作 為 量 測 循 環 冷 卻 水 進 / 出 箱 型 空 調 機 的 水 溫 ; 為 了 解 循 環 式 地 下 水 冷 卻 系 統 所 做 的 熱 功 率, 將 PRTD#7 與 PRTD#8 分 別 放 置 於 板 式 熱 交 換 器 冷 側 ( 循 環 地 下 水 側 ) 之 進 / 出 口 作 為 量 測 循 環 地 下 水 進 / 出 板 式 熱 交 換 器 溫 度 變 化, 也 可 了 解 排 回 地 層 中 之 地 下 水 溫 度 ; 為 了 解 大 氣 溫 度 對 冷 房 效 果 的 影 響, 將 PRTD#9 作 為 量 測 戶 外 溫 度 ; 為 了 瞭 解 加 溫 後 的 地 下 水 排 回 地 層 中 之 溫 度 擴 散 情 況, 將 PRTD#10 放 置 於 距 離 水 井 5m 處 的 排 水 層 中 ( 地 表 下 60m 處 ) 作 為 了 解 地 下 水 層 溫 度 變 化, 為 了 使 實 驗 數 據 獲 得 更 準 確 與 達 到 其 要 求, 各 白 金 電 阻 式 溫 度 感 知 器 使 用 前 必 須 先 作 校 正, 本 試 驗 採 用 Kuo(2005) 提 出 的 以 三 線 接 法 電 阻 式 溫 度 計 之 量 測 值 校 正 方 法 來 做 為 試 驗 時 溫

23 度 校 正 之 方 法, 並 以 標 準 水 銀 溫 度 計 來 作 為 參 考 溫 度 作 溫 度 校 正, 方 可 獲 得 正 確 之 溫 度 數 據 溫 度 計 量 測 資 料 擷 取 採 用 可 程 式 控 制 器 (Programmable Logic Controller,PLC) 連 結 記 讀 模 組, 以 供 10 支 溫 度 計 使 用, 紀 錄 頻 率 為 每 分 鐘 1 次 流 量 量 測 系 統 ( 紀 錄 地 下 水 瞬 時 流 量 ): 本 試 驗 所 採 用 的 流 量 紀 錄 儀 器 為 GF SIGNET 公 司 所 生 產 之 蹼 輪 式 流 量 計, 蹼 輪 式 流 量 計 主 要 係 藉 由 水 流 推 動 葉 片 轉 動 來 計 流 量, 也 就 是 靠 著 葉 片 與 葉 片 中 間 的 容 量 計 算 而 來, 流 量 計 主 要 目 的 為 量 測 沉 水 泵 浦 在 不 同 電 流 頻 率 下 所 抽 取 的 地 下 水 瞬 時 流 量 (LPM), 流 量 計 量 測 資 料 擷 取 採 用 可 程 式 控 制 器 (Programmable Logic Controller,PLC) 連 結 記 讀 模 組, 紀 錄 頻 率 為 每 分 鐘 1 次 水 位 量 測 系 統 ( 記 錄 地 下 水 位 變 化 ): 本 試 驗 所 採 用 的 水 位 量 測 儀 器 為 GEOKON 公 司 所 生 產 之 振 弦 式 水 壓 計, 振 弦 式 水 壓 計 本 體 係 由 兩 片 不 同 厚 度 之 圓 形 鋼 板 以 氬 電 弧 焊 接 而 成 之 承 壓 鈑, 承 壓 鈑 內 則 以 液 壓 油 充 填, 並 以 管 連 接 至 振 弦 式 感 應 器, 感 應 器 為 一 剛 性 框 架, 內 部 以 柔 性 薄 膜 分 隔 成 感 應 區 及 量 測 區, 水 壓 力 即 透 過 充 填 之 液 壓 油 傳 遞 至 薄 膜 上 ; 薄 膜 之 另 一 側 為 量 測 區, 主 要 由 一 連 接 至 薄 膜 上 之 鋼 弦 及 磁 性 線 圈 所 構 成, 並 以 電 纜 線 連 接 至 測 讀 箱 當 薄 膜 受 壓 產 生 變 形 時 將 改 變 鋼 弦 之 張 力, 因 而 導 致 鋼 弦 振 動 頻 率 改 變, 量 測 鋼 弦 振 動 頻 率 之 變 化 情 形, 再 依 據 出 廠 時 率 定 之 振 動 頻 率 與 壓 力 之 關 係, 即 可 推 算 出 外 部 壓 力 之 大 小, 在 由 壓 力 之 大 小 來 換 算 水 位 深 度 水 壓 計 量 測 資 料 擷 取 採 用 Campbell Scientific, Inc. 出 產 之 CR10X 資 料 量 測 與 記 讀 模 組, 以 供 3 支 水 壓 計 使 用, 紀 錄 頻 率 為 每 分 鐘 1 次 電 力 量 測 系 統 ( 紀 錄 箱 型 空 調 系 統 及 沉 水 泵 浦 用 電 量 ): 本 試 驗 在 水 冷 式 箱 型 空 調 機 之 電 力 消 耗 方 面, 使 用 大 同 公 司 出 產 的 機 械 式 瓦 時 計 以 及 台 灣 泰 仕 公 司 出 產 的 TES-3600 電 力 分 析 儀, 分 別 量 測 水 冷 式 箱 型 空 調 機 之 用 總 用 電 度 數 (kwh) 和 電 流 (A) 作 為 數 據 分 析 依 據 ; 在 沉 水 泵 浦 之 電 力 消 耗 方 面, 使 用 數 位 式 電 表, 量 測 沉 水 泵 浦 之 總 用 電 度 數 (kwh) 和 電 流 (A) 作 為 數 據 分 析 依 據

24

25 V. 結 果 討 論 運 轉 測 試 結 果 可 分 為 幾 方 面 來 進 行 探 討 並 與 傳 統 冷 卻 水 塔 系 統 比 較 : 在 變 頻 控 制 器 方 面 分 為 未 使 用 變 頻 控 制 系 統 與 使 用 變 頻 控 制 系 統 ( 試 驗 A) 以 及 在 變 頻 控 制 系 統 下 各 種 不 同 循 環 地 下 水 流 量 ( 試 驗 B) 來 作 探 討 試 驗 時 量 測 循 環 冷 卻 水 及 循 環 地 下 水 升 ( 降 ) 溫 皆 以 板 式 熱 交 換 器 之 進 / 出 口 處 所 量 得 水 溫 為 準, 因 此 數 據 上 之 ( 進 ) 及 ( 出 ) 皆 以 板 式 熱 交 換 器 為 主, 如 : 冷 卻 水 ( 進 ) 其 為 冷 卻 水 進 去 板 式 熱 交 換 器 時 的 溫 度, 本 文 所 示 之 試 驗 數 據 皆 為 各 試 驗 量 測 數 據 穩 定 後 擷 取 之 一 部 分 作 為 代 表, 如 此 來 增 加 閱 讀 方 便 性 試 驗 時 有 以 下 點 4 點 限 制 與 8 點 假 設 以 下 分 別 說 明 之 : 1 試 驗 限 制 : 限 定 流 入 冷 氣 機 之 循 環 冷 卻 水, 當 溫 度 達 到 37 時, 為 此 空 調 機 之 最 大 熱 負 荷, 若 不 立 即 將 循 環 冷 卻 水 降 溫, 或 是 增 加 冷 卻 水 進 水 量, 將 會 造 成 冷 氣 機 組 損 壞 限 定 在 空 調 機 運 轉 時 須 先 啟 動 循 環 水 系 統 ( 包 含 循 環 冷 卻 水 及 循 環 地 下 水 ) 使 其 運 轉 三 分 鐘 後 方 可 啟 動 空 調 機, 另 外 在 循 環 水 系 統 方 面 若 其 一 方 停 機 ( 沉 水 泵 浦 或 是 加 壓 水 泵 ) 時 整 套 系 統 需 緊 急 停 止, 若 不 即 刻 停 止 將 會 造 成 系 統 設 備 的 損 壞 限 定 變 頻 控 制 系 統 設 定 電 流 頻 率 為 40Hz~60Hz, 過 低 的 頻 率 容 易 使 沉 水 泵 浦 損 壞, 因 此 40Hz 為 本 試 驗 變 頻 控 制 系 統 之 最 低 頻 率 由 於 試 驗 空 間 為 校 內 之 總 變 電 站, 變 電 站 內 室 溫 若 超 過 28 需 立 即 開 啟 空 調 系 統, 若 不 立 即 開 啟 空 調 系 統 降 溫 變 電 箱 內 機 心 會 因 溫 度 過 高 而 造 成 停 機 使 供 電 中 止 2 假 設 條 件 : 假 設 1: 由 於 試 驗 場 地 位 於 地 下 室 而 且 變 電 箱 產 生 的 熱 量 遠 大 於 戶 外 的 溫 度 變 化 影 響, 故 將 忽 略 外 界 氣 溫 對 室 內 溫 度 的 影 響, 由 圖 5.1 可 說 明, 室 外 溫 度 對 於 變 電 站 內 溫 度 並 無 影 響, 且 在 無 空 調 開 啟 下, 變 電 站 內 溫 度 穩 定 而 持

26 續 上 升 假 設 2: 由 於 設 置 設 備 時 未 改 裝 任 何 空 調 機 原 廠 設 定 和 內 部 機 具, 故 空 調 機 之 能 源 效 率 比 (COP), 並 不 會 因 改 變 地 下 水 流 量 而 有 所 改 變, 亦 即 空 調 機 所 達 到 之 冷 房 效 果 相 同 假 設 3: 試 驗 過 程 中 壓 縮 機 中 之 冷 媒 含 量 均 保 持 定 值 假 設 4: 空 調 機 出 風 量 為 一 穩 定 出 風 量 且 均 有 相 同 密 度 假 設 5: 隔 熱 材 所 進 行 的 隔 熱 效 果 極 佳 假 設 6: 板 式 熱 交 換 器 不 因 外 界 溫 度 影 響 而 有 熱 量 損 失 假 設 7: 循 環 冷 卻 水 在 管 線 流 動 損 失 水 量 極 微 假 設 8: 循 環 冷 卻 水 在 管 線 中 流 動 熱 量 損 失 極 微 5.1 運 轉 測 試 試 驗 (A) 試 驗 A 分 別 將 未 使 用 變 頻 控 制 系 統 ( 試 驗 A-1) 與 使 用 變 頻 控 制 系 統 後, 針 對 沉 水 泵 浦 的 用 電 量 來 作 分 析 比 較, 變 頻 控 制 系 統 變 頻 依 據 依 照 傳 統 冷 卻 水 塔 之 進 / 出 水 溫 來 做 參 考 ; 傳 統 冷 卻 水 塔 之 進 / 出 水 溫 分 別 為 37 /32, 因 此 變 頻 控 制 系 統 將 冷 卻 水 ( 出 ) 追 隨 溫 度 設 為 32, 即 冷 卻 水 ( 出 ) 溫 度 若 是 高 於 32 時, 變 頻 控 制 系 統 將 提 高 電 流 頻 率, 使 沉 水 泵 浦 有 較 大 的 轉 速 而 提 高 抽 水 量 ; 反 之 冷 卻 水 ( 出 ) 溫 度 若 是 低 於 32 則 變 頻 控 制 系 統 將 會 以 較 低 的 電 流 頻 率 來 改 變 沉 水 泵 浦 的 抽 水 量, 變 頻 控 制 器 在 此 反 覆 動 作 下, 最 後 將 會 調 整 至 一 穩 定 的 電 流 頻 率, 以 平 衡 此 空 調 使 用 情 形 之 抽 水 量, 試 驗 結 果 如 圖 5.2 至 圖 5.13 圖 5.2~5.4 為 溫 控 模 式 A( 空 調 溫 控 旋 鈕 在 最 低 溫 處 ) 在 無 使 用 變 頻 控 制 狀 況 下, 各 量 測 點 之 溫 度 ( 圖 5.2) 循 環 地 下 水 流 量 ( 圖 5.3) 及 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 ( 圖 5.4), 在 圖 5.2 中 可 以 看 出 循 環 冷 卻 水 ( 進 / 出 ) 溫 度 循 環 地 下 水 ( 出 ) 溫 度 冷 房 溫 度 及 空 調 出 風 口 溫 度 會 隨 著 空 調 內 部 壓 縮 機 的 啟 動 與 停 止 而 影 響 溫 度 的 起 伏 變 化, 其 冷 卻 水 ( 進 ) 之 溫 度 範 圍 為 27.3 ~28.5 之 間 起 伏 ; 冷 卻 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 26.3 ~27.4 之 間 起 伏 ; 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 25.9 ~26.9 之 間 起 伏 ; 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 約 為 23.8 ; 冷 房 溫 度 之 溫 度 範 圍 為 15.5 ~17.5 之 間 起 伏 ; 空 調 出 風

27 口 溫 之 溫 度 範 圍 為 6.2 ~12.8 之 間 起 伏 在 圖 5.3 中 可 以 看 出 無 使 用 變 頻 控 制 時 循 環 地 下 水 流 量 平 均 為 185 lpm 在 圖 5.4 中 可 以 看 出 無 使 用 變 頻 控 制 時 沉 水 泵 浦 的 電 流 頻 率 為 60Hz 圖 5.5~5.7 為 溫 控 模 式 A 在 使 用 變 頻 控 制 狀 況 下, 各 量 測 點 之 溫 度 ( 圖 5.5) 循 環 地 下 水 流 量 ( 圖 5.6) 及 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 ( 圖 5.7), 在 圖 5.5 中 可 以 看 出 循 環 冷 卻 水 ( 進 / 出 ) 溫 度 循 環 地 下 水 ( 出 ) 溫 度 冷 房 溫 度 及 空 調 出 風 口 溫 度 會 隨 著 空 調 內 部 壓 縮 機 的 啟 動 與 停 止 而 影 響 溫 度 的 起 伏 變 化, 其 冷 卻 水 ( 進 ) 之 溫 度 範 圍 為 32.6 ~34.0 之 間 起 伏 ; 冷 卻 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 31.8 ~32.9 之 間 起 伏 ; 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 31.5 ~32.7 之 間 起 伏 ; 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 約 為 23.8 ; 冷 房 溫 度 之 溫 度 範 圍 為 15.5 ~17.5 之 間 起 伏 ; 空 調 出 風 口 溫 之 溫 度 範 圍 為 6.2 ~12.8 之 間 起 伏 在 圖 5.5 中 可 以 看 出 使 用 變 頻 控 制 時, 循 環 地 下 水 流 量 範 圍 為 25 lpm~70 lpm 之 間 起 伏 在, 平 均 約 為 45 lpm 在 圖 5.7 中 可 以 看 出 使 用 變 頻 控 制 時, 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 範 圍 為 40Hz~42Hz 之 間 起 伏, 平 均 電 流 頻 率 為 41Hz 圖 5.8~5.10 為 溫 控 模 式 B( 迫 使 空 調 壓 縮 機 持 續 運 轉 不 間 斷, 即 空 調 最 嚴 苛 使 用 情 況 ), 在 無 使 用 變 頻 控 制 狀 況 下, 各 量 測 點 之 溫 度 ( 圖 5.8) 循 環 地 下 水 流 量 ( 圖 5.9) 及 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 ( 圖 5.10), 在 圖 5.8 中 可 以 看 出, 在 壓 縮 機 持 續 運 轉 狀 態 下 循 環 冷 卻 水 ( 進 / 出 ) 溫 度 循 環 地 下 水 ( 出 ) 溫 度 冷 房 溫 度 及 空 調 出 風 口 溫 度 維 持 一 穩 定 的 溫 度 且 無 起 伏 變 化, 其 冷 卻 水 ( 進 ) 之 平 均 溫 度 約 為 32 ; 冷 卻 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 約 為 29.5 ; 地 下 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 約 為 28.9 ; 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 約 為 23.8 ; 冷 房 溫 度 之 平 均 溫 度 約 為 21.2 ; 空 調 出 風 口 溫 之 平 均 溫 度 約 為 12.2 在 圖 5.9 中 可 以 看 出 無 使 用 變 頻 控 制 時 循 環 地 下 水 流 量 平 均 為 210 lpm 在 圖 5.10 中 可 以 看 出 無 使 用 變 頻 控 制 時, 沉 水 泵 浦 的 電 流 頻 率 為 60Hz 圖 5.11~5.13 為 溫 控 模 式 B 在 使 用 變 頻 控 制 狀 況 下, 各 量 測 點 之 溫 度 ( 圖 5.11) 循 環 地 下 水 流 量 ( 圖 5.12) 及 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 ( 圖 5.13), 在 圖 5.11 中 可 以 看 出, 在 壓 縮 機 持 續 運 轉 狀 態 下 循 環 冷 卻 水 ( 進 / 出 ) 溫 度 循 環 地 下 水 ( 出 ) 溫

28 度 冷 房 溫 度 及 空 調 出 風 口 溫 度 維 持 穩 定 的 溫 度 且 無 起 伏 變 化, 其 冷 卻 水 ( 進 ) 之 平 均 溫 度 約 為 34.7 ; 冷 卻 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 約 為 32.2 ; 地 下 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 約 為 32.2 ; 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 約 為 23.6 ; 冷 房 溫 度 之 平 均 溫 度 約 為 21.2 ; 空 調 出 風 口 溫 之 平 均 溫 度 約 為 12.1 在 圖 5.12 中 可 以 看 出 使 用 變 頻 控 制 時 循 環 地 下 水 流 量 平 均 為 113 lpm 在 圖 5.13 中 可 以 看 出 無 使 用 變 頻 控 制 時 沉 水 泵 浦 的 電 流 頻 率 為 43.7Hz 運 轉 測 試 試 驗 A 結 果 分 析 如 下 : (1) 在 同 一 溫 控 模 式 A 下 圖 5.2 與 圖 5.5 比 較 後 可 以 看 出, 圖 5.5 使 用 變 頻 控 制 後, 因 減 少 了 循 環 地 下 水 的 抽 取 量 即 減 少 了 與 循 環 冷 卻 水 之 熱 交 換 來 源, 而 使 得 冷 卻 水 ( 進 ) 冷 卻 水 ( 出 ) 及 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 相 較 於 圖 5.2 無 使 用 變 頻 控 制 時 溫 度 平 均 上 升 了 5, 雖 然 減 少 了 循 環 地 下 水 抽 取 量 使 得 循 環 冷 卻 水 溫 度 上 升, 但 是 冷 卻 水 ( 出 ) 溫 度 仍 控 制 在 當 初 設 定 的 32 ( 傳 統 冷 卻 水 塔 冷 卻 水 進 / 出 之 工 作 溫 度 為 37 /32 ), 此 結 果 說 明 了 變 頻 控 制 器 能 有 效 地 提 供 使 用 者 所 需 之 設 定 溫 度, 且 配 合 變 頻 控 制 器 循 環 地 下 水 能 發 揮 其 低 溫 特 性, 意 味 著 本 系 統 不 需 要 冷 卻 水 塔 所 需 之 額 定 流 量 即 可 達 到 與 冷 卻 水 塔 相 同 之 效 能 (2) 由 三 種 不 同 溫 控 模 式 搭 配 變 頻 控 制 器 所 對 應 之 循 環 地 下 水 量 需 求 也 不 同, 圖 5.6 可 看 出 在 溫 控 模 式 A 中 空 調 所 需 求 之 循 環 地 下 水 量 平 均 約 為 45 lpm, 圖 5.11 可 看 出 在 溫 控 模 式 B 中 空 調 所 需 求 之 循 環 地 下 水 量 平 均 約 為 113 lpm, 由 溫 控 模 式 B 可 代 表 空 調 最 嚴 苛 的 使 用 情 況, 即 壓 縮 機 持 續 運 轉 不 停 止, 此 時 所 對 應 之 循 環 地 下 水 流 量 為 113 lpm,113 lpm 可 代 表 一 台 15RT 的 水 冷 式 箱 型 空 調 機 最 低 需 求 循 環 地 下 水 量, 與 15RT 冷 卻 水 塔 額 定 流 量 196 lpm 減 少 約 42% 的 用 水 量 (3) 電 流 頻 率 越 高 所 耗 費 之 電 量 也 越 多, 從 不 同 溫 控 模 式 所 對 應 之 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 可 以 看 出, 在 使 用 變 頻 控 制 器 後 確 實 能 降 低 沉 水 泵 電 流 頻 率 且 能 節 省 其 用 電 量

29 圖 5.1 變 電 站 內 溫 度 與 室 外 溫 度 關 係 圖 圖 5.2 溫 控 模 式 A 無 變 頻 狀 態 溫 度 與 時 間 關 係 圖

30 圖 5.3 溫 控 模 式 A 無 變 頻 狀 態 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.4 溫 控 模 式 A 無 變 頻 狀 態 電 流 頻 率 與 時 間 關 係 圖

31 圖 5.5 溫 控 模 式 A 變 頻 狀 態 溫 度 與 時 間 關 係 圖 圖 5.6 溫 控 模 式 A 變 頻 狀 態 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖

32 圖 5.7 溫 控 模 式 A 變 頻 狀 態 電 流 頻 率 與 時 間 關 係 圖 圖 5.8 溫 控 模 式 B 無 變 頻 狀 態 溫 度 與 時 間 關 係 圖

33 圖 5.9 溫 控 模 式 B 無 變 頻 狀 態 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.10 溫 控 模 式 B 變 頻 狀 態 電 流 頻 率 與 時 間 關 係 圖

34 圖 5.11 溫 控 模 式 B 變 頻 狀 態 溫 度 與 時 間 關 係 圖 圖 5.12 溫 控 模 式 B 變 頻 狀 態 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖

35 圖 5.13 溫 控 模 式 B 變 頻 狀 態 電 流 頻 率 與 時 間 關 係 圖 5.2 運 轉 測 試 試 驗 (B) 試 驗 B 分 別 以 不 同 電 流 頻 率 所 對 應 之 不 同 循 環 地 下 水 流 量 來 對 板 式 熱 交 換 器 及 空 調 系 統 做 測 試, 係 以 找 出 循 環 地 下 水 之 流 量 與 空 調 系 統 效 率 的 關 係, 藉 以 推 求 適 合 此 循 環 地 下 水 水 量 適 合 之 循 環 地 下 水 流 量 須 能 負 荷 空 調 系 統 最 嚴 苛 情 況 即 壓 縮 機 持 續 運 轉 ( 配 合 抽 風 機 使 試 驗 空 間 達 不 到 設 定 之 冷 房 效 果 ) 且 溫 控 旋 鈕 在 最 右 端 ( 最 冷 狀 態 ), 此 時 循 環 冷 卻 水 所 產 生 之 熱 能 為 此 空 調 系 統 最 大 熱 源 輸 出, 若 無 法 負 荷 此 最 嚴 苛 情 況 即 循 環 冷 卻 水 之 溫 度 無 法 降 至 空 調 系 統 循 環 冷 卻 水 工 作 溫 度 (32 ~37 ) 時, 此 循 環 地 下 水 流 量 將 不 適 用 於 此 空 調 系 統 試 驗 結 果 如 圖 5.20~5.39 圖 5.20 為 溫 控 模 式 A 在 循 環 地 下 水 流 量 185 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 溫 度 範 圍 為 27.4 ~28.4 之 間 起 伏, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 26.4 ~27.1 之 間 起 伏, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.5, 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 25.5 ~26.2 之 間 起 伏, 空 調 出 風 口 溫 之 溫 度 範 圍 為 6.7 ~13.4 之 間 起 伏, 冷 房 溫 度 之 溫 度 範 圍 為 15.3 ~17.6 之 間 起 伏, 圖 5.21 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 185 lpm 圖 5.22 為 溫 控 模 式 A 在 循 環 地 下 水 流 量 145 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 溫 度 範 圍 為 28.2 ~29.8 之 間 起 伏, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍

36 為 27.4 ~28.2 之 間 起 伏, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.5, 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 26.6 ~27.7 之 間 起 伏, 空 調 出 風 口 溫 之 溫 度 範 圍 為 6.9 ~14.3 之 間 起 伏, 冷 房 溫 度 之 溫 度 範 圍 為 15.5 ~17.7 之 間 起 伏, 圖 5.23 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 145 lpm 圖 5.24 為 溫 控 模 式 A 在 循 環 地 下 水 流 量 115 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 溫 度 範 圍 為 29.1 ~30.5 之 間 起 伏, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 27.8 ~28.9 之 間 起 伏, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.5, 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 27.4 ~28.6 之 間 起 伏, 空 調 出 風 口 溫 之 溫 度 範 圍 為 6.5 ~13.7 之 間 起 伏, 冷 房 溫 度 之 溫 度 範 圍 為 15.3 ~17.4 之 間 起 伏, 圖 5.25 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 115 lpm 圖 5.26 為 溫 控 模 式 A 在 循 環 地 下 水 流 量 95 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 溫 度 範 圍 為 29.6 ~31.0 之 間 起 伏, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 28.6 ~29.4 之 間 起 伏, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.5, 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 28.0 ~29.1 之 間 起 伏, 空 調 出 風 口 溫 之 溫 度 範 圍 為 6.5 ~13.8 之 間 起 伏, 冷 房 溫 度 之 溫 度 範 圍 為 15.1 ~17.2 之 間 起 伏, 圖 5.27 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 95 lpm 圖 5.28 為 溫 控 模 式 A 在 循 環 地 下 水 流 量 58 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 溫 度 範 圍 為 33.7 ~35.7 之 間 起 伏, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 32.6 ~33.9 之 間 起 伏, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.6, 地 下 水 ( 出 ) 之 溫 度 範 圍 為 32.4 ~33.7 之 間 起 伏, 空 調 出 風 口 溫 之 溫 度 範 圍 為 6.4 ~13.9 之 間 起 伏, 冷 房 溫 度 之 溫 度 範 圍 為 15.4 ~17.8 之 間 起 伏, 圖 5.29 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 58 lpm 圖 5.30 為 溫 控 模 式 B 在 循 環 地 下 水 流 量 213 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 平 均 溫 度 為 31.9, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 29.6, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.7, 地 下 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 28.9, 空 調 出 風 口 溫 之 平 均 溫 度 為 12.1, 冷 房 溫 度 之 平 均 溫 度 為 21.2, 圖 5.31 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 213 lpm

37 圖 5.32 為 溫 控 模 式 B 在 循 環 地 下 水 流 量 175 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 平 均 溫 度 為 32.8, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 30.4, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.6, 地 下 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 29.9, 空 調 出 風 口 溫 之 平 均 溫 度 為 12.1, 冷 房 溫 度 之 平 均 溫 度 為 20.8, 圖 5.33 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 175 lpm 圖 5.34 為 溫 控 模 式 B 在 循 環 地 下 水 流 量 140 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 平 均 溫 度 為 34.1, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 31.7, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.6, 地 下 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 31.6, 空 調 出 風 口 溫 之 平 均 溫 度 為 11.9, 冷 房 溫 度 之 平 均 溫 度 為 21.1, 圖 5.35 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 140 lpm 圖 5.36 為 溫 控 模 式 B 在 循 環 地 下 水 流 量 115 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 平 均 溫 度 為 35.5, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 33.3, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.6, 地 下 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 33.1, 空 調 出 風 口 溫 之 平 均 溫 度 為 11.9, 冷 房 溫 度 之 平 均 溫 度 為 21.0, 圖 5.37 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 115 lpm 圖 5.38 為 溫 控 模 式 B 在 循 環 地 下 水 流 量 80 lpm 時 各 量 測 點 溫 度, 圖 中 可 看 出 冷 卻 水 ( 進 ) 之 平 均 溫 度 為 38.7, 冷 卻 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 36.3, 地 下 水 ( 進 ) 之 溫 度 平 均 為 23.6, 地 下 水 ( 出 ) 之 平 均 溫 度 為 36.2, 空 調 出 風 口 溫 之 平 均 溫 度 為 11.8, 冷 房 溫 度 之 平 均 溫 度 為 21.1, 圖 5.39 為 此 測 試 之 循 環 地 下 水 流 量, 平 均 循 環 地 下 水 流 量 為 80 lpm 運 轉 測 試 試 驗 (B) 結 果 分 析 如 下 : (1) 根 據 三 種 溫 控 模 式 試 驗 結 果 可 看 出, 當 循 環 地 下 水 流 量 變 小 時, 冷 卻 水 ( 進 / 出 ) 地 下 水 ( 出 ) 溫 度 隨 即 升 高, 當 冷 卻 水 ( 出 ) 溫 度 在 37 以 下 即 進 入 空 調 機 冷 卻 水 溫 度 在 37 以 下 時, 表 示 空 調 系 統 在 正 常 工 作 溫 度 中 運 轉, 在 圖 5.38 可 以 看 出 溫 控 模 式 B 中 當 循 環 地 下 水 流 量 80 lpm 時 冷 卻 水 ( 出 ) 溫 度 為 36.3, 距 離 空 調 冷 卻 水 進 入 壓 縮 機 之 工 作 溫 度 上 限 37 相 差 0.7, 此 意 味 著 本 試 驗 所 使 用 之 水 冷 式 箱 型 空 調 機 在 最 嚴 苛 的 使 用 條 件 下, 在 壓 縮 機 工 作 溫 度 範 圍 內 所 需 要 最 低 循 環 地 下 水 流 量 為 80 lpm, 若 循 環 地 下 水 流 量 低 於 80 lpm 時 空 調 壓 縮 機 將

38 不 能 負 荷 此 熱 量 (2) 利 用 各 種 不 同 循 環 地 下 水 流 量 可 以 來 找 出 沉 水 泵 浦 電 流 頻 率 與 耗 電 關 係, 由 圖 5.50 之 沉 水 泵 浦 用 電 量 累 計, 找 出 在 不 同 電 流 頻 率 每 小 時 所 耗 費 之 電 量, 再 經 由 線 性 回 歸 得 出 圖 5.51, 不 同 電 流 頻 率 下 沉 水 泵 浦 用 電 量 如 表 5.1 所 示, 由 圖 5.51 可 分 析 圖 5.10 及 圖 5.13 試 驗 (A) 溫 控 模 式 B 情 況 下 之 用 電 量, 圖 5.10 平 均 電 流 頻 率 為 60Hz 每 小 時 平 均 耗 電 為 3.2kwh; 圖 5.13 平 均 電 流 頻 率 為 43.7Hz 每 小 時 平 均 耗 電 為 1.75kwh, 這 結 果 意 味 著 在 空 調 最 嚴 苛 的 情 況 下 使 用 變 頻 控 制 可 將 沉 水 泵 浦 省 下 45.4% 的 用 電 量 圖 5.20 溫 控 模 式 A 流 量 185 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

39 圖 5.21 溫 控 模 式 A 流 量 185 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.22 溫 控 模 式 A 流 量 145 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

40 圖 5.23 溫 控 模 式 A 流 量 145 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.24 溫 控 模 式 A 流 量 115 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

41 圖 5.25 溫 控 模 式 A 流 量 115 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.26 溫 控 模 式 A 流 量 95 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

42 圖 5.27 溫 控 模 式 A 流 量 95 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.28 溫 控 模 式 A 流 量 58 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

43 圖 5.29 溫 控 模 式 A 流 量 58 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.30 溫 控 模 式 B 流 量 213 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

44 圖 5.31 溫 控 模 式 B 流 量 213 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.32 溫 控 模 式 B 流 量 175 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

45 圖 5.33 溫 控 模 式 B 流 量 175 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.34 溫 控 模 式 B 流 量 140 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

46 圖 5.35 溫 控 模 式 B 流 量 140 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.36 溫 控 模 式 B 流 量 115 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

47 圖 5.37 溫 控 模 式 B 流 量 115 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.38 溫 控 模 式 B 流 量 80 lpm 溫 度 與 時 間 關 係 圖

48 圖 5.39 溫 控 模 式 B 流 量 80 lpm 循 環 式 地 下 水 流 量 與 時 間 關 係 圖 圖 5.50 沉 水 泵 浦 不 同 電 流 頻 率 與 用 電 累 計 關 係 圖

49 圖 5.51 沉 水 泵 浦 不 同 電 流 頻 率 與 用 電 量 關 係 圖 VI. 結 論 與 建 議 5.1 結 論 (1) 經 過 試 驗 結 果 顯 示, 使 用 變 頻 控 制 器 後 能 替 沉 水 泵 浦 節 省 下 45.4% 以 上 的 電 力 消 耗, 並 且 可 設 定 所 需 的 冷 卻 水 溫 度, 而 進 入 箱 型 空 調 機 之 冷 卻 水 水 溫 於 設 定 為 33 時 為 最 佳, 此 時 沉 水 泵 浦 與 箱 型 空 調 機 皆 處 省 電 狀 態 下 (2) 由 於 地 下 水 低 溫 的 特 性 ( 本 試 驗 場 所 下 方 地 下 水 為 23.8 ), 因 此 所 需 之 冷 卻 用 地 下 水 量 可 較 傳 統 冷 卻 水 塔 額 定 流 量 減 少 42% 以 上, 即 可 達 到 相 同 效 果, 由 於 減 少 了 地 下 水 的 使 用 量, 意 味 著 也 降 低 了 地 層 的 負 擔 (3) 本 試 驗 場 所 下 方 地 下 水 水 溫 長 期 且 穩 定 處 於 23.8, 且 不 受 大 氣 溫 度 變 化 影 響, 經 加 熱 過 之 地 下 水 水 溫 介 於 26 ~33 之 間 (4) 本 系 統 所 採 用 之 板 式 熱 交 換 器, 對 應 相 同 規 格 之 冷 卻 水 塔, 在 體 積 方 面 可 減 少 98.6%, 可 大 幅 解 決 冷 卻 水 塔 佔 地 問 題 此 外 板 式 熱 交 換 器 內 部 採 流 體 對 流 體 做 熱 交 換, 無 冷 卻 水 塔 運 作 時 所 產 生 之 噪 音 ( 由 散 熱 風 扇 所 發 出 ) 環 境 潮 溼 生 苔 及 觀 感 不 佳 的 問 題 產 生

50 6.2 建 議 (1) 地 下 水 水 質 影 響 本 系 統 甚 鉅, 因 其 富 含 礦 物 質, 且 各 地 方 之 地 下 水 成 分 不 同, 當 地 下 水 通 過 板 式 熱 交 換 器 時, 容 易 因 為 流 速 變 慢 或 是 溫 度 上 升 而 產 生 結 垢 現 象, 久 了 可 能 對 熱 交 換 效 率 造 成 影 響, 因 此 可 在 地 下 水 進 熱 交 換 器 前 先 行 過 濾 以 維 持 系 統 長 期 穩 定 運 作 (2) 本 試 驗 重 點 在 於 變 頻 控 制 節 能 研 究, 對 於 熱 能 在 地 層 中 是 否 對 微 生 物 及 生 態 有 所 影 響 並 無 深 入 探 討, 需 日 後 更 進 一 步 研 究 (3) 本 試 驗 配 置 為 單 口 井 抽 取 上 層 地 下 水, 排 回 下 層 地 下 水, 日 後 需 對 兩 口 井 的 配 置 抽 取 及 排 回 皆 在 同 一 地 下 水 層 作 深 入 研 究, 進 而 探 討 兩 配 置 差 異 及 優 缺 點 參 考 文 獻 1. Florides G., Kalogirou S. Ground heat exchangers A review ofsystems, models and applications. Renewable Energy 32 (2007) Jeffus L. Refrigeration and Air Condition, Pearson Education Inc (2004). 3. Klopper & Kroger, Colling Tower Performance Evaluation : Merkel, Poppe, and e-ntu Methods of Analysis, Journal of Engineering for Turbines and Power. Vol Cotton, W. R., and R. A. Pielke, 1996: Human impacts on weather and climate. Cambridge,University Press 5. 潘 子 明, 退 伍 軍 人 症, 科 學 月 刊, 第 二 十 六 卷, 第 三 期, 第 頁 (1995) 6. 顏 仁 智, 冷 卻 水 塔 水 處 理 簡 介, 中 國 冷 凍 空 調 雜 誌, 第 八 期, 陳 正 逸, 以 循 環 式 地 下 水 作 為 空 調 系 統 散 熱 媒 介 之 研 究, 碩 士 論 文, 國 立 台 灣 科 技 大 學 營 建 工 程 所, 臺 北 (2005)

51 8. 郭 俊 男, 不 同 流 量 循 環 地 下 水 對 冷 卻 空 調 系 統 效 能 之 研 究, 碩 士 論 文, 國 立 台 灣 科 技 大 學 營 建 工 程 所, 臺 北 (2006) 9. 廖 洪 鈞 郭 治 平 陳 政 逸 湯 清 吉, 以 臺 北 盆 地 景 美 層 水 體 冷 卻 水 冷 式 空 調 系 統 之 研 究,(2005) 10. 廖 洪 鈞 郭 治 平 郭 俊 男 張 志 彰, 臺 北 盆 地 中 央 下 方 景 美 礫 石 層 補 助 能 力 之 研 究,12 屆 大 地 工 程 研 討 會,(2007) 11. 廖 洪 鈞 郭 治 平 郭 俊 男, 模 擬 不 同 流 量 地 水 碓 冷 卻 空 調 系 統 效 能 影 響 之 研 究,12 屆 大 地 工 程 研 討 會,(2007) 12. 廖 洪 鈞 郭 治 平, 臺 北 盆 地 景 美 層 水 體 傳 熱 行 為 之 數 值 模 擬 研 究,13 屆 大 地 工 程 研 討 會,(2009) 13. 李 希 聖, 空 調 節 能 技 術, 徐 氏 基 金 會 出 版 14. 闕 河 淵 黃 南 輝 郭 金 源, 臺 北 盆 地 地 下 水 位 分 佈 與 施 工 降 水 影 響 之 探 討, 地 工 技 術 雜 誌 第 63 期,P23~P32,(1997) 15. 林 泗 濱 陳 正 宏, 臺 北 盆 地 西 部 沉 積 物 岩 性 與 黏 土 沉 積 物 質 之 研 究, 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 特 刊, 十 一 號,P101~P117,(1999) 16. 王 執 明 鄭 穎 敏 王 源 台 北 盆 地 之 地 質 及 沉 積 物 研 究 台 灣 礦 業, 第 30 卷, 第 4 期, 第 頁 (1978) 17. 鄧 屬 予 王 世 忠 張 致 斌 許 誠 袁 彼 得 陳 培 源 台 北 盆 地 第 四 系 地 層 架 構, 台 灣 之 第 四 紀 第 五 次 研 討 會 暨 台 北 盆 地 地 下 地 質 與 工 程 地 質 環 境 綜 合 調 查 研 究 成 果 發 表 會 論 文 集, 第 頁 (1994) 18. 鄧 屬 予 袁 彼 得 陳 培 源 彭 志 雄 賴 典 章 費 立 沅 劉 桓 吉 台 北 盆 地 堆 積 層 的 岩 性 地 層 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 特 刊, 第 十 一 號, 第 頁 (1999) 19. 蔡 姓 鐏, 殼 管 式 與 板 式 熱 交 換 器 傳 熱 分 析, 碩 士 論 文, 國 立 台 灣 海 洋 大 學 機 械 與 機 電 工 程 所, 臺 北 (2007) 20. 彭 善 玉, 小 型 地 源 熱 泵 於 空 調 冷 房 應 用 初 探, 碩 士 論 文, 國 立 台 灣 科 技 大 學 建 築 研 究 所, 臺 北 (2008) 21. 彭 開 駿, 冷 卻 水 泵 變 頻 之 節 能 研 究, 碩 士 論 文, 國 立 臺 北 科 技 大 學 能 源 與

52 冷 凍 空 調 工 程 研 究 所, 臺 北 (2007) 22. 許 家 榮, 降 載 下 冷 卻 水 塔 之 節 水 分 析, 碩 士 論 文, 國 立 成 功 大 學 機 械 工 程 研 究 所, 臺 北 (2008) 23. 賴 耿 陽 譯, 現 代 泵 浦 實 用 技 術 理 論 及 使 用, 復 漢 出 版 社, 劉 紹 臣 劉 振 榮 林 傳 堯 許 乾 忠 林 文 澤, 台 灣 西 部 平 原 熱 島 效 應, 看 守 台 灣, 第 五 期,(2003) 25. 變 頻 器 應 用 Q&A 節 能 技 術 手 冊, 經 濟 部 能 源 局 26. 王 文 博 胡 興 邦, 冷 凍 空 調 原 理 ( 上 ), 承 美 科 技 圖 書 有 限 公 司 出 版,(1993) 27. 王 文 博 胡 興 邦, 冷 凍 空 調 原 理 ( 下 ), 承 美 科 技 圖 書 有 限 公 司 出 版,(1993) 28. 王 啟 川, 熱 交 換 設 計, 五 南 圖 書 出 版 股 份 有 限 公 司,(2007)

53 第 十 七 屆 國 際 土 壤 力 學 暨 大 地 工 程 會 議 一 參 加 會 議 過 程 開 會 報 告 國 際 土 壤 力 學 暨 大 地 工 程 會 議 係 由 國 際 土 壤 力 學 暨 大 地 工 程 學 會 每 四 年 舉 辦 乙 次 之 大 型 國 際 會 議, 今 年 已 是 第 17 屆, 輪 到 非 洲 的 埃 及 主 辦, 會 議 地 點 在 亞 歷 山 卓 市 的 國 際 會 議 中 心 筆 者 自 1994 年 在 印 度 新 德 里 舉 辦 之 第 13 屆 國 際 土 壤 力 學 與 大 地 工 程 大 會 起, 到 本 屆 ( 第 17 屆 ) 在 埃 及 亞 歷 山 卓 的 大 會 止, 已 參 加 過 4 次 的 大 會, 每 次 會 議 規 模 均 達 4 千 人, 若 會 議 地 點 較 具 吸 引 力, 如 埃 及 (17 屆 ) 或 土 耳 其 (15 屆 ) 等, 則 出 席 之 外 籍 人 數 會 稍 增, 主 要 是 眷 屬 之 人 數 增 加 了, 很 明 顯 地, 旅 遊 也 是 參 加 國 際 會 議 的 目 的 之 一 但 即 使 是 埃 及 當 地 古 蹟 鼎 盛 景 色 迷 人, 會 場 內 卻 都 還 保 有 四 五 成 的 與 會 代 表 積 極 參 加 會 議, 進 行 報 告 和 交 流, 有 些 人 還 是 很 認 真 開 會 的 由 於 這 次 會 議 地 點 是 平 常 較 不 容 易 去 的 埃 及, 因 此 中 華 民 國 大 地 工 程 學 會 (TGS) 便 擔 負 起 組 團 與 會 的 工 作, 但 因 費 用 較 高 且 天 數 較 長, 致 使 行 程 的 規 劃 是 較 好 不 叫 座, 幾 經 折 衝, 終 於 湊 到 了 13 人, 勉 強 過 了 可 以 成 團 的 門 檻, 但 沒 有 領 隊 所 幸 學 會 秘 書 長 張 德 文 教 授 勇 敢 地 接 下 領 隊 一 職, 負 責 行 程 前 和 行 程 中 的 協 調 工 作, 圓 滿 地 完 成 此 次 埃 及 會 議 行 程 團 員 名 單 如 下 表 : 姓 名 Prof. HUANG/AN-BIN 001 黃 安 斌 MR. LEE/JUI-TING 002 李 瑞 庭 Prof. 003 LIAO/HUNG-JIUN 廖 洪 鈞 Prof. 004 WEN/SHOW-LING 溫 琇 玲 Prof. 005 FANG/YUNG-SHOW 方 永 壽 MR. 006 CHIANG/CHEN-EN 江 政 恩 Prof. FENG/TAO-WEI 007 馮 道 偉 Prof. 008 CHEN/CHENG-HSING 陳 正 興 Prof. LEE/WEI-FENG 009 李 維 峰 010 Prof. LIN/MEEI-LING 林 美 聆 MR. CHEN/CHIA-HAN 011 陳 家 漢 單 位 交 大 土 木 系 交 大 土 木 系 台 科 大 營 建 系 文 化 大 學 建 築 系 交 大 土 木 系 中 興 顧 問 公 司 中 原 土 木 系 台 大 土 木 系 台 科 大 研 發 處 台 大 土 木 系 國 家 地 震 中 心

54 MS. SU/YING-FANG 蘇 盈 方 Prof. CHANG/DER-WEN 張 德 文 眷 屬 淡 江 土 木 系 在 大 會 召 開 前 一 天, 國 際 土 壤 力 學 和 大 地 工 程 學 會 (ISSMGE) 舉 行 了 新 任 會 長 之 改 選, 由 美 籍 之 Prof. Briaud 當 選 下 任 會 長, 亞 洲 區 之 副 會 長 則 由 大 陸 籍 之 Prof. Zuyu Chen 擔 任, 結 果 與 預 期 一 致 臺 灣 之 大 地 工 程 學 會 (TGS) 正 在 評 估 爭 取 加 入 ISSMGE 之 時 機 方 式 和 名 稱, 以 臺 灣 之 大 地 工 程 水 準 要 加 入 ISSMGE 應 是 沒 甚 麼 問 題, 但 這 其 中 牽 涉 到 台 灣 與 中 國 的 政 治 問 題, 尤 其 是 現 任 亞 洲 區 副 會 長 是 中 國 籍, 以 及 TGS 與 東 南 亞 大 地 工 程 學 會 的 互 動 問 題, 具 相 當 的 複 雜 性, 需 要 有 完 善 的 前 置 作 業 和 相 當 的 政 治 操 作, 但 這 應 是 TGS 會 務 發 展 必 須 努 力 完 成 的 重 要 政 策 目 標 此 次 大 會 安 排 的 主 要 的 演 講 如 下 所 示 : Terzaghi Oration: Prof. Harry Poulos (Australia) State-of-the-art lectures: 1. Material Behavior and Testing Prof. Paul Mayne (USA) 2. Analysis and Design Prof. B. Simpson (UK) 3. Prediction, Monitoring and Performance Prof. A. Negro Jr. (Brazil) 4. Construction Process Prof. Chu Jian (Singapore) 5. Management, Training and Education Prof. M. Jaksa (Australia) Great Project Lectures: 1. Safeguarding Venice from High Tides: Site Characterization and Geotechnical Problems Prof. M. Jamiolkoski (Italy) 2. Development of Foundation Construction Techniques over the Past 50 Years Prof. W. Brunner (Germany) Heritage Lecture: Hidden Egypt Mr. Z. Hawass (Egypt)

55 Technical Sessions: General Reporter 1. Laboratory Testing Prof. T. Newson (Canada) 2. Underground Structures Prof. V. M. Sharma (India) 3. Deep Excavation, Tunneling - Groundwater Control Prof. W. Wang (China) 4. Deep Excavation Retaining Structures Prof. R. Katzenbach (Germany) 5. In-Situ Testing Prof. J. DeJong (USA) 6. Monitoring and Performance Prof. M. Van (Netherlands) 7. Physical/Constitutive Modeling Prof. V. Floravante (Italy) 8. Ground Improvement/Grouting/Dredging Prof. B. Indraratna (Australia) 9. Management of Geotechnical Data and Processing Prof. D. Toll (UK) 10. Problematic Soils and Geosynthetics Prof. S. I. K. Ampadu (Ghana) 11. Instrumentation Prof. Y. Iwasaki (Japan) 12. Owner/Engineer/Contractor/Public Awareness Training of Geotechnical Engineers/Future of Geotechnical Engineering Prof. J. Launay (France) Prof. M. Buahu (USA) 13. Slopes and Embankments Prof. E. Alonso (Spain) 14. Interactive Design Prof. L. Decourt (Brazil) 15. Natural Hazard Mitigation Prof. F. Nadim (Norway) 上 述 Sessions 中, 交 大 黃 安 斌 教 授 和 台 大 林 美 聆 教 授 分 別 受 邀 擔 任 Material Behavior and Testing Session 和 Natural Hazard Mitigation Session 之 Contributor 和 Panelist, 表 現 優 異

56 與 會 心 得 傳 統 上 國 際 土 壤 力 學 暨 大 地 工 程 會 議 都 是 以 主 題 報 告 (Plenary sessions) 的 方 式 進 行, 透 過 General reporter 來 對 該 主 題 的 文 章, 作 綜 整 性 的 報 告, 同 時 也 邀 請 幾 位 在 該 領 域 學 有 專 精 之 學 者 專 家 擔 任 與 談 人 (Panelists), 進 行 引 言 式 的 報 告, 其 主 要 目 的 是 節 省 開 會 時 間 會 議 進 行 的 方 式 有 全 體 會 議 和 分 組 會 議 兩 種, 前 者 是 針 對 專 題 演 講 和 邀 請 演 講 來 進 行 ; 後 者 則 是 對 大 會 不 同 主 題 來 進 行, 各 分 組 採 平 行 會 議 方 式 由 於 參 加 人 數 和 發 表 論 文 眾 多, 論 文 發 表 分 兩 種 方 式, 第 一 種 是 由 大 會 指 定 一 位 學 者 或 專 家, 對 於 大 會 論 文 集 中 該 類 別 主 題 之 論 文, 做 綜 整 性 之 報 告 (General report), 以 節 省 時 間 ; 此 外, 再 挑 選 3 篇 論 文 進 行 與 談 報 告 (Panelist report) 第 二 種 方 式 則 是 一 般 之 論 文 發 表 方 式, 從 論 文 集 中 挑 出 10 篇 左 右 進 行 口 頭 發 表 由 於 時 間 有 限, 每 位 發 表 者 之 口 頭 報 告 時 間 只 有 5 分 鐘, 對 論 文 較 難 作 充 分 之 探 討 基 本 上, 這 類 口 頭 發 表 論 文 之 安 排, 主 要 是 區 域 政 治 考 量, 學 術 性 的 考 慮 是 放 在 其 次 的, 因 此 論 文 的 品 質 高 低 不 齊 相 較 之 下, 第 一 種 論 文 發 表 方 式, 因 可 針 對 某 些 議 題 作 較 深 入 之 探 討, 在 Q&A 時 段 常 有 相 當 熱 烈 之 討 論 可 是 第 一 種 發 表 方 式, 也 會 淪 為 綜 整 報 告 人 推 銷 自 己 研 究 成 果 之 局 面, 就 筆 者 所 熟 悉 之 地 盤 改 良 議 題 即 為 此 例, 綜 整 報 告 人 為 澳 籍 教 授, 而 因 受 限 於 其 研 究 範 疇 只 是 理 論 研 究, 所 探 討 之 議 題 過 於 理 論, 偏 離 目 前 地 盤 改 良 之 實 務 和 技 術 甚 遠, 難 以 引 起 筆 者 之 興 趣 較 離 譜 的 是, 在 Q&A 時 段 居 然 對 打 設 PVD 排 水 帶 過 程 中 所 產 生 之 smear 影 響, 討 論 了 近 15 分 鐘, 此 一 問 題 在 大 地 工 程 界 已 談 了 50 年, 有 共 識 但 無 定 論, 再 談 下 去 結 果 還 是 一 樣 筆 者 感 嘆 明 知 地 盤 改 良 有 許 多 有 趣 的 議 題 可 談 卻 不 談, 而 卻 在 鑽 牛 角 尖, 這 種 現 象 在 實 務 的 臺 灣 人 眼 中 實 在 好 笑 大 多 數 的 與 會 代 表 心 裡 都 有 著 困 惑, 為 何 這 次 大 會 選 在 亞 歷 山 卓 而 不 是 在 開 羅 召 開? 其 實 原 因 很 單 純, 因 為 亞 歷 山 卓 有 一 個 可 以 容 納 千 人 的 國 際 會 議 中 心 ( 照 片 一 ), 而 開 羅 沒 有 這 個 會 議 中 心 位 於 Biblotheca Alexandria, 離 古 埃 及 之 The Great Libraryof Alexandria 舊 址 不 遠 Biblotheca Alexandria 剛 於 2002 年 完 成, 是 埃 及 政 府 透 過 聯 合 國 教 科 文 組 織 (UNESCO), 向 全 世 界 募 款 籌 集 之 資 金 所 建 造 完 成 經 國 際 競 圖 徵 選 建 築 師, 最 後 由 挪 威 Snohetta 建 築 師 事 務 所 得 標, 進 行 設 計 並 與 當 地 之 Hamza 顧 問 公 司 組 成 團 隊,Hamza 顧 問 公 司 之 老 闆 就 是 本 次 國 際 土 壤 力 學 和 大 地 工 程 會 議 之 籌 備 委 員 會 主 席 Prof. Mamdouh Hamza

57 照 片 一 Biblotheca Alexandria 之 國 際 會 議 中 心 ( 本 次 大 會 之 會 場 ) Biblotheca Alexandria 除 了 國 際 會 議 中 心 外, 還 包 括 了 一 個 斜 頂 之 圓 形 圖 書 館 ( 照 片 二 ), 向 北 傾 斜 的 屋 頂 的 設 計 主 要 是 為 減 少 陽 光 的 直 接 射 入 建 築 物 內 部, 圖 書 館 內 部 由 幾 支 造 型 優 美 的 柱 子 支 撐 著, 內 部 空 間 相 當 寬 敞 壯 觀 ( 照 片 三 ), 從 斜 頂 之 最 高 層 ( 地 上 6 層 ) 到 最 底 層 ( 地 下 4 層 ) 總 共 有 十 層 樓 高 基 礎 型 式 為 筏 基 加 樁 基, 地 下 水 位 在 海 面 下 0.9 公 尺 處, 也 就 是 比 地 下 四 層 之 樓 版 高 出 11 公 尺, 由 深 度 35 公 尺 之 地 下 連 續 壁 來 阻 擋 地 下 水 壓, 連 續 壁 底 部 崁 入 下 方 之 砂 岩 層, 防 水 性 的 確 保 則 是 採 用 雙 層 壁 的 方 式, 與 台 灣 捷 運 地 下 車 站 的 設 計 類 似 此 一 連 續 壁 之 直 徑 達 160 公 尺, 比 高 雄 捷 運 之 美 麗 島 站 的 140 直 徑 還 大, 由 於 在 160 公 尺 連 續 壁 之 西 側 另 有 國 際 會 議 中 心 之 配 置, 影 響 了 圓 型 連 續 壁 結 構, 因 此 在 整 個 擋 土 系 統 之 設 計 上 做 了 一 些 特 別 的 處 理, 包 括 使 用 T 型 連 續 壁 單 元, 並 配 合 後 拉 預 力 方 式, 避 免 挑 空 部 份 在 土 水 壓 力 的 作 用 下 RC 產 生 裂 縫 等 由 於 地 下 工 程 之 複 雜 度 高, 埃 及 本 地 的 營 造 廠 專 業 能 力 不 足, 因 此 除 了 本 地 的 營 造 廠 Arab Contractors 外, 另 外 引 進 義 大 利 的 Trevi Foundation Specialists 和 Rodio Group 負 責 大 地 工 程 之 施 工

58 照 片 二 斜 頂 之 圖 書 館 照 片 三 斜 頂 圖 書 館 之 內 部 空 間 筆 者 除 了 在 亞 歷 山 卓 參 加 會 議 外, 在 會 議 之 前 後 也 分 別 參 觀 了 開 羅 之 Giza 金 字 塔 和 路 克 索 之 帝 王 谷 和 古 神 廟 等 古 文 明 工 程, 前 者 經 歷 4 千 多 年 ; 後 者 歷 經 3 千 多 年 仍 是 屹 立 不 搖, 實 在 是 十 分 偉 大 Giza 之 主 要 金 字 塔 有 大 中 小 三 座 ( 照 片 四 ), 分 屬 古 夫 王 (Khufu) 卡 菲 王 (Khafre) 和 夢 考 王 (Menkaure) 等 三 位 古 王 國 時 代 的 法 老, 其 中 古 夫 王 金 字 塔 高 135m, 耗 時 30 年 完 成, 卡 菲 王 金 字 塔 高 125m, 耗 時 20 年 完 成 古 夫 王 金 字 塔 的 斜 度 為 51 度 52 分, 由 平 均 每 塊 重 達 兩 噸 之 石 灰 岩 和 花 崗 岩 塊 所 組 成, 總 共 用 了 230 萬 塊 古 夫 王 金 字 塔 的 體 積 約 250 萬 立 方 公 尺, 重 量 達 600 萬 噸, 當 時 完 工 後 金 字 塔 的 外 表 還 鋪 蓋 著 一 層 光 面 的 圖 拉 石 灰 岩 板, 而 今 絕 大 部 分 之 圖 拉 石 灰 岩 板 都 已 不 見, 露 出 裡 面 的 石 塊, 只 剩 卡 菲 王 金 字 塔 的 頂 端 留 有 部 份 石 灰 岩 板 之 遺 跡 照 片 四 開 羅 之 Giza 金 字 塔 群 位 於 金 字 塔 內 部 中 心 之 墓 室 長 10 公 尺 寬 5 公 尺 高 5 公 尺, 為 承 受 來

59 自 上 方 的 岩 塊 壓 力, 古 埃 及 人 在 墓 室 的 上 方 以 大 型 花 崗 岩 石 塊 建 了 一 個 減 壓 空 間, 利 用 拱 作 用 (arching effect) 將 墓 室 上 方 之 載 重 壓 力, 轉 移 到 側 牆 上, 以 維 持 墓 室 的 穩 定 這 種 方 式 和 我 們 現 在 大 地 工 程 用 來 做 隧 道 開 挖 所 採 用 之 拱 效 應 觀 念 和 襯 砌 設 計 方 法, 非 常 類 似 想 不 到 早 在 四 千 年 前 埃 及 人 就 在 用 同 樣 的 手 法 替 他 們 的 法 老 建 造 墓 室 了 在 路 克 索 (Luxor) 我 們 參 觀 了 三 處 神 廟, 分 別 是 卡 納 克 (Karnak) 神 廟 路 克 索 (Luxor) 神 廟 和 哈 布 (Habu) 神 廟, 都 位 於 尼 羅 河 之 東 岸 神 廟 內 主 要 是 祭 祀 古 埃 及 最 重 要 的 阿 蒙 神 (Amun), 也 就 是 太 陽 神, 每 當 和 埃 及 的 鄰 國 敘 利 亞 和 西 台 帝 國 之 戰 事 獲 得 勝 利, 埃 及 人 就 會 為 阿 蒙 神 建 造 一 座 鋪 張 華 麗 的 神 殿 來 慶 祝, 而 法 老 也 趁 此 機 會 將 自 己 的 名 字 和 功 勞 刻 在 阿 蒙 神 廟 的 牆 上, 讓 後 代 知 曉 由 於 建 造 神 廟 ( 包 括 方 尖 碑 神 像 雕 塑 石 柱 和 塔 門 等 ) 所 用 之 石 頭 每 塊 重 量 高 達 幾 公 噸 到 十 幾 公 噸 不 等, 如 何 將 這 些 石 塊 搬 到 幾 十 公 尺 高 處? 歷 年 來 是 眾 說 紛 紜 筆 者 以 工 程 師 的 眼 光 在 現 地 進 行 實 際 的 觀 察, 認 為 不 論 是 金 字 塔 或 是 神 廟 的 興 建, 當 時 在 施 工 過 程 中, 應 都 利 用 了 土 磚 堆 砌 成 施 工 便 道 和 施 工 台 ( 照 片 五 ), 供 作 運 送 石 塊 和 雕 刻 石 磚 之 用, 一 旦 工 程 完 工 後, 再 將 土 磚 堆 成 的 便 道 和 施 工 台, 從 上 而 下 逐 層 拆 除, 而 形 成 了 今 日 看 到 的 金 字 塔 和 神 廟 建 築 類 似 的 土 磚 堆 砌 構 造, 現 在 仍 可 在 路 克 索 之 Karnak 神 廟 看 到 遺 跡 照 片 五 土 磚 堆 砌 成 之 施 工 便 道 和 施 工 台 至 於 用 來 建 造 金 字 塔 和 神 廟 所 用 之 石 材 ( 如 硬 砂 岩 和 花 崗 石 等 ), 則 來 自 尼 羅 河 上 遊 之 亞 斯 文 (Aswan) 石 材 利 用 尼 羅 河 順 流 而 下, 運 送 到 Luxor 和 Cairo 等 地, 同 時 利 用 尼 羅 河 每 年 1 月 和 10 月 之 泛 濫 期, 將 石 材 送 到 各 神 廟 和 金 字 塔 處 因 此 目 前 所 看 到 的 神 廟 和 金 字 塔, 都 位 於 尼 羅 河 沿 岸 之 泛 濫 區 範 圍 內 然 後 再 以 砂 圓 木 和 人 力 之 巧 妙 配 合, 將 石 材 搬 運 至 不 同 之 高 度 和 位 置, 其 中 更 以 高 度 20 公 尺 方 尖 碑 的 搬 運 和 豎 立 更 是 令 人 稱 奇 在 帝 王 谷 部 分 包 括 了 62 個 地 下 墓 穴, 其 中 包 含 了 著 名 的 圖 坦 卡 門 王