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技術專文

巨量資料由巨型資料集組成，這些
圖1、冰水系統流程圖 圖2、供應壓力與負載對應關係圖 圖3、泵特性曲線
資料集大小常超出人類在可接受時
間下的收集、應用、管理和處理能
水頭
力。巨量資料的大小經常改變， Before After PUMP曲線
冷卻水側 冰水側
截至2012年，單一資料集的大小 5°C 溫 度差 供應壓力固定 壓力 差 進回水溫度差固定
從數兆位元組(TB)至數千兆位元組 Saving area
(PB)不等。巨量資料需要特殊的技 9°C
進回水溫度差 供應壓力變化
術來有效處理大量的資料，並必須
藉由電腦對資料進行統計、比對、 系統曲線
解析方能得出客觀結果。巨量資料 冷卻水塔 冷卻水泵 冰水主機 一次冰水泵 二次冰水泵 空調負載 高 低 高 低
現場負載 現場負載 流量
需要特殊的技術，以有效地處理大
量的容忍經過時間內的資料。而廠
區冰水系統的資料雖比不上一般定
圖4、外氣焓質耗電量及溫度差分佈圖
的巨量資料，但經由運算出來的
壓力設計在滿足夏天的情況，此情 的依據內。而末端的壓力差的概念
結果也高達GB以上的等級，以往
況使冬天供應壓力過剩，導致冰水 我們藉由伯努力方程式進行進一步
EXCEL相關的計算上已無法負荷現 Scatterplot 3D Status=Normal, Year1=2013 5000
回流量過多，使冰水供應系統處於 解析。
行複雜的冰水系統參數，現行廠區 外氣與焓質對應關係
過度耗能現象。 OA_ENTHALPY
資料量均由SI系統進行收集，所以 使用伯努力定律必須符合以下假 CHR_CHS
4000
針對數據的探勘上就可以免除許多 廠區前輩以往提倡供應壓力的兩段 設：
高耗電區
的時間，台積針對Module開發的 控制，此兩段控制可以將供應的面
................(1)
i-EDA2系統功能齊全且演算的速度 相分為冬夏兩切面，但細看兩段式 冰機耗電量 3000
上都很出色，且可相容支援將數據 的控制上仍然有許多改進的空間， – 定常流(或稱穩定流，Steady T3_PWR_5C_KW T3_PWR_5C_KW
直接擷取並進行演算，故此次運算 畢竟天氣並非冬夏兩個斷面，天氣 flow) 2000 低耗電區
及均採用SAS-EG 進行數據演算並 是連續性的變化，故研擬提出連續 – 不可壓縮流(Incompressible flow)
將數據傳送至i-EDA2後製圖面編輯 性的調整模式，隨著外氣變化進行 – 無摩擦流(Frictionsless flow)
及匯出。 末端變壓差控制，此舉動是非常具 – 流體沿著流線流動(Flow along a OA_ENTHALPY CHR_CHS 1000
有前瞻性創舉，但目前仍然沒有辦 streamline) 20 30 40 50 60 70 80 90
法採用一組準則進行變壓差的控 Data Columns T3_PWR_5C_KW OA_ENTHALPY CHR_CHS 焓值
假設回水壓力差管路等高，
制，因此藉由資料庫內數據分析去
文獻探討 尋找出一的最節能的規則，此規則 ，故壓力差固定流速

讓末端的壓力調控制有秩序調整， 固定。而流速差固定了配合管徑
且這個秩序是由基礎理論分析探討 固定的情況下，末端的壓力差所 變小，其溫度差變小，供應pump 管路損失系統則有較佳的運轉模式 差異性減少耗電量的產生。
針對系統節能參數調整上，Xiao
出來的結果。以下會將冰水系統及 呈現的流量就固定了，簡單來說 能耗增加，如果我們將壓力適度調 達系統節能知方向。就由泵浦運轉
Li1 [2] 等人提出冷卻水塔ESC控制 故採用關聯性分析 圖5，其關聯性
溫水系統的供應上，採用數據分析 等壓力差的設定，就是末端等流 整使進回水溫度差固定，此時節省 曲線 圖3也可以很明確的了解到，
(Extremum Seeking Control)，可自 採用總耗電量、進出水溫度差、進
及基礎理論並搭配最終電表數據回 量的設定。目前廠務冰水系統均 的空間將非常多。 當高流速會使系統損失增加，相對
動尋找出最佳冷卻水塔溫度控制及 水溫度、回水溫度、二次冰水泵供
饋佐證節能效益。 採用壓力差控制或出口壓力設定 應泵作功增加。
[3]
冰水主機設定點。Lan Wang等人 應壓力、二次冰水泵輸出百分比等
SCHP控制模組。於負載變化時末
使用單變量和蒙特卡羅方法比較冰 系統運轉模式分析 確認其關聯性，數據內可觀察出一
端流量就須跟隨著變化。假設流量
水主機、泵及冷卻水塔三個選定變 數據模型建立 個端倪，溫度差關聯性-0.29其實
為1000CMH，而末端定壓差換算 系統管路損失分析主要時由主要損
量對優化的影響，在優化過程中使 計畫方法 下的流量為100CMH，然而因外 當理論成立之後如何尋找最佳的進 是很差的，主要是對應的天氣變化
用不同的搜索範圍，為了確定每個 失+次要損失，其中主要損失為管 回水溫度差，以下先採用5度的冰 區間過大，影響數值的判讀，所以
氣條件變化情況下，冰水出水流 路表面的阻抗由(Darcy-Weisbach
變量對功率降低的貢獻，分析每個 水系統進行資料數據的分析，首先 單靠關聯性分析是無法說服採用溫
量為500CMH，此時末端因為定 equautin)
[6]
優化變量的影響。莊哲嘉 等人也 冰水系統的供應流程圖如 圖1 ，冰 將廠區冰水系統耗電量分布圖、外 度控制是節能的方法，但可以藉由
壓差的關係，故換算下流量還是
針對冰水主機溫度設定自動化調整 水主機製造出冰水，藉由一次冰水 .....................................(2) 氣變化及進出水溫度差展開來，放 這裡看出另一個現象二次冰水泵輸
100CMH，當然回水溫度會越來
進行節能優化的導入，但其中在冰 泵克服冰水主機的壓損傳送至二次 在同一個圖面上 圖4進行研究，由 出百分比是極高的0.929，所以就
越低。而冰水能量藉由能量方程式 次要損失則為管路閥件、彎頭、T
水供應端上並沒有人員進行關注， 冰水泵，此時二次冰水泵將藉由管 於採用3D的圖面分析，並沒有辦
，溫度與流量成 接管等損失 代表降低了冰水泵輸出耗電，整體
其中冰水系統耗電量與外氣焓值的 路末端的壓力差進行變頻傳送冰水 法立可判讀出相關結果，故改採
反比，所以回水溫度變低溫度差亦 冰水主機的耗電量有巨大的影響。
相關性都很強，當今外氣變化量夏 出去至各系統使用端，而各系統使 ..........................................(3) 用焓質與耗電量的分佈圖，由低焓
變小，換算下來及供應流量過高現 因此想藉由其他的參數去尋找如何
天36度以上，冬天往往只剩下10 用冰水完畢後使得回水溫度拉升， 合併為主要損失及次要損失 值對應到高焓值，可判讀出外氣與
象，導致系統處在不良的運轉操作 降低二次冰水泵的輸出。(其關聯
度左右，而廠區的冰水供應系統壓 故藉由回水溫度拉升的多寡即可了 冰機的耗電量是有很強的關聯性，
位置上。 .......................(4) 性判讀為越靠近±1越好)。
力則均沒有任何調整，這邏輯是有 解現場使用用量。但目前的控制邏 但這關連性在Sted DEV 還有改善
修正空間，因為以往廠區為確保夏 輯均採供應壓力設定，所以針對回 由 圖2可以確認其供應壓力固定 所以降低系統流速減少不必要的流 的空間，每個區段的耗電量都有近 接著進行下一個SORTING (切割)的
天的供應量是足夠，故廠區將供應 水溫度的表徵並無採納至系統調整 時，進回水溫度差於現場Loading 量是有助於減少管路損失，當減少 500KW差異性，所以如何降低這 手法，這個手法將各外氣變化進行
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