Author 作者 练光佑／台湾大学电机工程博士，现任台北科技大学电机工程系特聘教授。冰水空调系统人工智慧冷媒循环冰水循环水循环大气物理定律经验法则Take Home Message
►冰水空调系统是大型建筑采用的空调模式，将室内产生的热源藉由冰水循环、冷媒循环、冷却水循环将热传递至户外。
►储冰式空调系统可视为冰水空调系统的延伸，运转卤水主机於储冰槽制冰，等到白天用电尖峰时段将冰融化释出冷能。
►冰水调系统各处的温度值、温度差、流速等参数设定均会影响到耗电量，因此研究团队应用AI处理参数设定，解决耗能问题。目前此技术已应用在面板制造厂区，证实冰水空调系统及储冰式空调系统的节能效益。

台湾以半导体产业及精密制造技术享誉全球，这些精密的生产线厂房需要依靠冰水空调系统提供冷能，才能够长年维持在适宜的温度及湿度。冰水空调系统在厂房中的耗能占比大，因此如何提高系统效率一直是业者关注的焦点。於是本文将利用人工智慧（artificial intelligence, AI）帮助冰水系统调控运转参数，探讨提高节电效率的方法，并因应台电的平移尖峰用电的优惠措施，讨论如何利用AI 最佳化储冰系统的释冷排程，以节省电费。什麽是冰水空调系统？冰水空调系统是大型建筑物采用的空调模式，在文教商业大楼及各式厂房都举目可见。尤其在高科技产业的面板与半导体厂，为了符合精密制程及高度自动化生产的需要，冰水空调系统几乎全年整日运转，以维持厂房的温湿度处在最适宜的区间。而冰水系统的耗能与系统的参数设定紧密相关，参数调控会直接改变厂房的温湿度，进而影响制程良率和产品品质。在庞大的冰水系统中，参数调控与温湿度之间的关系错综复杂，加上攸关制程良率且变数太多，难以采用工程技术上常用的尝试错误法（trial and error）去调整参数值。因此为了避免造成产线重大损失，业者大抵遵循传统一贯的参数设定值，不轻言改变。於是在不影响厂房既有温湿度设定的情况下进一步提升冰水系统的节能效率，就成为极富挑战的任务。

为了压低尖峰负载，台电於十多年前开始实施「储冰式空调系统离峰用电优惠措施」，以六折计算离峰时间的流动电费；又於2015年进一步推出「需量竞标措施」，让用户就自身愿意减少的用电量自订回售价格，与其他參与用户及台电发电机组相互竞价，得标後若确实减少用电，就可获得电费扣减。这两项措施都具有很大的诱因，可以帮助业者省下大笔电费。将尖峰用电平移至离峰时间的具体作法如下：让冰水空调系统外接储冰或储冷槽，并选择电价便宜的时间制冰（离峰及半尖蜂时间），再以冰的形态储存冷能；等到电价贵的时候（尖峰时间），利用融冰释放的冷能，取代原本全部由冰水压缩机所供应的冷能，达到省电的目的。这两项措施对於台电而言，则可以腾出此部分电力，更有余力应付尖峰负载需求。冰水式空调系统的运作冰水空调系统是由冰水主机、冷却水塔、外气空调箱，以及水泵（加压马达或抽水马达）等主要设备透过流体管路连结所组成（图一），它能将室内产生的热源藉由热交换原理，依序透过冰水循环、冷媒循环（在冰水主机内），以及冷却水循环将热传递至户外。具体的运转方式是由冰水主机供给如14℃的冰水至外气空调箱，让外气空调箱调节室内的温湿度，再将室内的热源带回至冰水主机；接着冰水主机本身的冷媒循环透过蒸发及冷凝过程，将热源传递至冷却水循环侧；冷却水塔则供给如26℃冷却水至冰水主机，最後将冰水主机的热源携带至冷却水塔并释放至大气之中。在冰水及冷却水循环中各处的温度值、温度差以及流速等参数设定、参数间的互相作用，加上大气中温湿度改变，均会影响到耗电量。图一｜冰水空调系统示意图
透过冰水循环、冷媒循环，以及冷却水循环将热传递至户外。冰水空调系统的运转参数不仅受到天气及室内热负荷影响，循环管路内各个设备之间也会相互影响节能效益，相同设备也存在机体差异（运转特性不同），总计要考虑的运转参数多达200 多个。传统上常使用物理定律或经验法则来建构运作模型，再搭配最佳化演算法来搜寻节能操作点，然而此方法难以把所有因素都考量进去，得到的结果往往脱离不了模型误差范围，所以收效甚微！……【更多内容请阅读科学月刊第630期】