清大工科系節能改善之成果 - 國立清華大學工程與系統科學系
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清大工科系節能改善之成果

  清華大學工科系館104年度共耗電1,475,723度,電費5,607,747元,相當驚人,因此必須迅速作有效的能源管理改善計畫。自2016年工科系主任林唯耕教授上任後立即發現此一問題相當嚴重,因此一電費完全由清大總務處統籌支付,所以校方只能道德勸說各系、所、院、處要節約能源而已,由於各系主任並無任何義務支付系所之電費,也無責任背負節能之成敗,因此在節能改善前工科系在節能之成果並不彰顯。

  工科系是國立清華大學非常獨特的新能源研究之系所,諸如太陽能、氫能等等之研究,工科系為達成節能目標所做的能源智慧化管理系統是最能立竿見影。該節能系統包含軟體部分智能管理系統之建立,硬體部分需要添購智能電錶以及能源消耗端更新為符合國家節能標章的變頻冷氣機。

  為了真正有效達到節能目標,首先由系主任向內政部建築研究所申請補助建立節能裝置智慧電錶,並且自行發展監控、節能等之管理系統,再申請向清大校方借款63萬元,將所有工科系所老師研究室與實驗室的老舊冷氣機汰舊換新成為變頻式冷、暖氣機,此舉不但造福各位老師與學生們身心健康並有舒適的研究與學習環境。工科系向清大校方貸款之63萬將以該系館每年所節省下的電費分成3年歸還校方,因此清大校方實質上不但沒有損失,反而在3年後校方與工科系都可以享受到節省電費的支出與達成節能的目標。以104年電費為基礎,工科系預估在爾後可以每年省下電費100萬元左右,其投資效益約在2年內全部可回收。由於工科系的智慧節能管理系統的成功,在本年度3月份的全校行政會議上,受表揚為全校節能績效最優者。

  現在正值國家能源短缺吃緊之際,國立清華大學工程與系統科學系為節約能源所做的貢獻,足以堪稱典範。國立清華大學將會以工科系館的能源智慧化管理作為標竿,配合內政部建築研究所之「公有建築物智慧化改善工作」;且將工科系館改善成果推廣至校內其他各系所館舍,相信這是莘莘學子之福,也是共創國家、學校、系所三贏的局面。

工科系智慧化構想三大改善措施,分別敘述於下:

改善措施( Ι)---

第一階段為全面設置教室數位智能電表;

第二階段為全面設置數位智能電表於學生研究室、實驗室與老師研究室,

第三階段為發展電力智能化管理平台其功能至少必須有用電監測與紀錄、用電統計查詢時序控制(能源管理)以及手動控制、電力智能管理行動APP化等功能,所有這些即時功能除了在顯示在控制中心之伺服器螢幕外,同時以HDMI同時顯示在本館大廳之60吋電視大螢幕,所有各樓層用電量以及總用電量含本館溫度等將以時序方法不斷輪流播放,其實施步驟如圖1。第一階段數位智能電表將以教室為單位做區域管理,第二階段之數位智能電表將以各老師實驗室、研究室及學生研究室為單位做區域管理,以節省數位智能電表之數目及管理之方便與分析。

圖1. 清華大學工科系館智慧化改善措施(I)

改善措施(IΙ)--- 第一階段為公共區域及教室之能源管理公共區域之管理方法為全面實施裝置各樓層公共走廊、廁所以紅外線感測,走廊或廁所在白天有人通過時on後1分鐘自動off,夜晚時以2分鐘為限。教室之管理方法為依課表時間將線路on-off,如果是有夜晚補課或演習課,可以事先申請;第二階段為冷氣機限電措施,將全面實施各老師、學生實驗室、研究室之智能管理,其設計方法是設定學生研究室、實驗室或老師研究室冷氣機於晚上8點開始每小時斷電1次,隔5分鐘再自動復電,如有人在時,此時可以人為遙控器重新啟動,如果無人在時,冷氣機就無須浪費空轉中,此一斷、開迴路將持續到第二天早上8點;第三階段為冷氣機控溫設定,此一階段規定冷氣機設定不得低於26,教室冷氣機需與DC吊扇配合連接配線,目前教室已裝有之耗電之AC吊扇全面改成省能之DC直流吸頂式風扇,老師研究室以吸頂式直流風扇為主,功率以不超過7W,並且風流場不是由上往下吹送,以能均勻擴散之四周為原則,此DC風扇並需通過工科系以紅外線測試風流分佈溫度之驗證,其實施步驟如圖2。

圖2. 清華大學工科系館智慧化改善措施(II)



改善措施( IIΙ)--- 第一階段為補助五年以上冷氣機汰舊換變頻冷氣,其方法為鼓勵五年以上冷氣機汰舊換新,以綠能節能變頻冷為主,老師研究室由系經費全額補助;實驗室、學生研究室之冷氣以系經費補助1/2為原則;選用高EER值之冷氣機,EER值每提高 0.1Kcal就可節約4% 耗電量。第二階段為公共區域之冷熱飲水機、咖啡機、行政秘書人員辦公室、老師研究室、學生研究室、實驗室之電源插座管理,其方法為利用智慧化管理於每晚8點後將此機台裝置(不含冰箱、電腦、實驗機台等)之電源off,待第二天早上6點後自動送電,如果晚上8點後有需要、亦可人為復電。改善措施第三階段為照明設備之改善,鼓勵師生研究室與實驗室之燈管全面汰舊換新成LED燈管或T5燈管,LED燈管必須提供配光曲線驗證,消耗功率數據及至少10,000小時或至少3.5年之保固期,其實施步驟如圖3。

圖3. 清華大學工科系館智慧化改善措施(III)


工科系智慧化管理改善後之預期效益:

本計畫實施後預期之成效如圖4未來之溪流圖,C/T(處理時間) 從原先之80.5小時降為12.75(=2+4+0.5+0.17+0.08+6)小時,D/T(等待時間) 從原先之720小時降為192.08 (24+168+0.08) 小時,L/T (前置時間) 從原先之800.5小時降為204.83(=12.75+192.08)小時。總耗電量從原先之1,475,723度降至1,180,578度,碳排放量從原先之941,512公斤降至753,210公斤,節電至少達到20%以上。圖5為智慧化改善計畫前、後比較圖,由圖可知改善後可刪除無效率的會議,節省C/T 67.75小時,節省D/T 528 小時,節省L/T 596 小時,平時觀察與Email呈閱主管total前置時間只花20min。表1為工科系館智慧化改善前、後用電量與碳排放量比較,共節省耗電295,145度,比較104年度,以電費平均3元計,共可省下電費100萬元/年。圖6至圖9為工科系大廊電視看板所顯示之各項用電資料即時資訊。從這幾個圖很明顯耗電量比起去年之用電有大幅度之降低,圖10. 清華大學工科館106年度智慧改善工程電視看板說明,經過此一節約改善工程後,工科系將繼續二期之改善工程,預定把老師辦公室的冷氣系統亦ㄧ並納入智慧管理系統,同時也將綠能館直接接到工科系伺服器作監控,相信爾後在學校可以做為一個示範節能系統。

圖4. 清華大學工科館智慧化改善計畫未來價值溪流圖


圖5. 清華大學工科館智慧化改善計畫前、後比較圖

實際2017年9月到12月節省之度數及金額

月份

105年

106年

減少度數

節能效益

節省金額(註)

9月

75972

73028

2944

-3.88%

11187.2

10月

77761

62529

15232

-19.59%

57881.6

11月

63353

52529

10824

-17.09%

41131.2

12月

64064

49214

14850

-23.18%

56430

累計用電

281,150

237,300

43,850

-15.60%

166,630

註:清華大學校內超額電度以每度 3.8元計價

圖6. 清華大學工科館本月瞬間電力趨勢

圖7. 清華大學工科館本日瞬間電力趨勢

圖8. 清華大學工科館每日用電與去年同期比較趨勢

圖9. 清華大學工科館本月用電總量與去年同期比較趨勢

圖10. 清華大學工科館106年度智慧改善工程電視看板說明

 

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