多恆壓智慧情境控水技術

表 4-12 多恆壓智慧情境控水技術

IBT 技術名稱：多恆壓智慧情境控水技術

智慧建築指標歸屬：節能管理指標(2011) 智慧建築指標歸屬：智慧創新指標(2016)

適用建築類型：各類型建築物

一、技術原理說明：

面對全球愈趨進步的建築技術，在水的使用要求上也愈來愈高，尤其是與 建築物使用者息息相關的加壓用水應用，每月每日均有頻繁地運用到相關設備，

採用頻率極高；而在依據不同類型建築物如工業廠房、商業大樓、集合住宅等，

加壓用水的目的也不盡相同，應用範圍極廣，由於新加入了多情境模式的應用，

可針對各種用水環境自動智慧調整動力輸出，尖峰、離峰時期的差異情境應用，

產生比以往純單恆壓變頻控制更為卓越的省能效果，應用於自宅戶加壓、公共 加壓、以及空調省能等方面，在確保更適切的用水品質下輕鬆節水節電，使用 者亦同時獲得更佳的使用體驗。

•建築大樓頂層加/恆壓用。

•透天樓房加/恆壓使用。

•透過減壓閥的二次恆壓用。

•空調冰水循環系統節能應用、空調冷卻水循環系統節能應用。

•廠區直接供水模式之加/恆壓於民生用水需求。

•工業生產製程或水處理業等應用(如水處理業應用，雙製程可由一套設備 滿足)。

•特殊型式建築應用(特殊公共場合如巨蛋- 公開活動之開始與結束)。

•其他商業用途: 高爾夫(噴灌)、其他離峰/尖峰可清楚分辨之場合(白天與 晚上、上班與下班)等應用。

然最貼近國人日常生活、也是最能彰顯「建築住宅居住」品質的，屬民生

給水加壓領域最能被體會。以一般集合住宅之高層用水為例，用水的品質最明 顯的感受差異來自於洗澡的過程，住的舒適與否，與洗澡、SPA 等過程有無恆 定之強勁水壓、恆壓所提供的恆溫效果等，皆息息相關。

在全球民生給水加壓市場中，只要是用水端與給水端的位差不足、或是水 源處一次側的壓力不足、不穩等因素，皆需要倚靠加壓設備(泵浦/馬達)做最基 本的用水壓力做支持，而此類設備之特徵為種類繁多、良莠不齊。從早期普遍 採用的傳統壓差式泵浦、簡易流控型恆定全功率之穩壓式泵浦、直至變頻科技 普及後由工業製程應用延伸至民生市場所主導的恆壓變頻泵浦；然而儘管是較 進步之恆壓變頻泵浦，其所給予的用水壓力均限制在預先設定好的單一恆壓點 上，如此的設計限制了恆壓泵浦本該有的合理性、方便性及實用性，也因此涵 括了以下幾個在實際使用上的遺憾缺失:

1.單一恆壓值的不便:

以民眾日常生活使用為例，為了洗澡，恆壓泵浦所需調整的恆壓設定值必 然較高，但洗手、洗衣、沖馬桶呢? 無法依不同使用情境改變恆壓值輸出 的結果，除了電費、水費的犧牲外，時常一不小心濺了一身濕。

2.無可避免的噪音:

因為較高的恆壓設定值需求導致用水時的馬達高速運行、散發多餘噪音。

如有可以快速選擇高/低恆壓值的方式、或在夜深人靜不須加壓時(如沖馬 桶)可以輕鬆的讓恆壓泵浦處於停/待機模式，皆是實現零噪音的好辦法。

3.差勁的使用者經驗:

恆壓變頻泵浦在排除外在異常環境後欲正常使用時需要「復歸(Reset)」、 遇長期不使用或外在供(儲)水設備維修的狀況時需要「停機(Stop)」；復 歸與停機在恆壓變頻泵浦的操作上都需動用到家戶中弱電控制箱內的無熔 絲開關(Breaker)，對一般居家使用者而言，麻煩、危險、不安心。

4.使用壽命被影響:

恆壓變頻泵浦的壽命依外在環境優劣及使用的方式皆有差異，含括以下。

• 長時間不使用而將無熔絲開關關閉的行為，容易因再度開啟時變頻器機 體因國內潮濕環境受潮發生短路狀況，導致變頻器嚴重毀損。

• 隨時處於高恆壓狀態的泵浦及用水管路，機體的的損耗自然會較可觀，

維護保養、耗材更換的頻率也被迫增加。

綜合以上所述，目前市場上的恆壓變頻泵浦因為變頻器的挹注雖然比過去 傳統泵浦來的稍好，但在使用者的體驗、能源及水資源的再節約、機體的可靠 度上尚有可觀的成長、演進之空間，此亦為本技術期望能夠以「多恆壓智慧情 境控水系統」之成果帶來國內供水設備產業之進步，尤其在加壓、恆壓的設備 對於各式建築均存在高度必要性與普遍性，供水設備的技術成長將直接協助建 築品質的有效提升。

由日常節能的角度觀之，近年來由於能源危機越趨嚴重，在新政府的非核 家園理念實踐下，國內各產業紛紛對於既有產品、系統耗能做改善；根據統計 資料，尤其全世界的能源有20%耗用在泵浦相關的系統上，根據歐洲市場統計比 例分析如下頁圖4-29、圖4-30，其工業產業應用設備中泵浦系統佔比例高達22%、

第三方產業應用設備中泵浦系統所佔比例亦達16%，在其他地區產業的部分設施 上泵浦設備甚至佔總用電量的25%~50%，泵浦的能源利用優化已然至關重要。

圖 4-29 工 業 設 備 之 泵 浦 耗 能 比 例

圖 4-30 第 三 方 設 備 之 泵 浦 耗 能 比 例

有鑒於此，自歐美等先進國家開始為了進一步提升泵浦的運作效率，已開 始大量汰換傳統泵改用新型態之泵浦，各泵浦原件改善效率分別示意如下表4-13。

表 4-13 泵浦原件改善效率機會

改 善 方 法 節 能 比 例

電力品質改善 0.5 ~ 3%

採用高效率馬達 2 ~ 8%

傳動效率改善 2 ~ 10%

恆壓變速控制(含變頻) Variable speed drives

system

10 ~ 50%

多恆壓情境式控制(含變頻) Variable speed drives

system

95% Max

由上述數據比例可發現，由最基本的馬達/泵浦本體元件改善所得到的省能

效果頂多提升 10%，但增加了可變速系統(變頻技術)挹注後，藉由恆壓、用水 量變化的方式為獲得馬達軸動力三次方的節能效益，意即達成最高 50%之節能 比例，大幅提升能耗的進步。

圖 4-31 情境式的用水壓力需求示意

然面對市場愈趨嚴格的要求以及應負擔的高標準環保貢獻下，本技術將恆 壓變頻供水模式再導入智慧情境概念，以集合住宅高層用戶應用為例可參考上 圖 1 的情境示意，其原理係藉由使用情境的變化使得用水恆壓值獲得多段式的 恆壓值選擇能力，所成就的揚程(壓力)節省係為泵浦軸動力二次方的節能效益，

更注入了水壓需求離峰期的全重力供給之可能性，即如在深夜僅利用來自高架 水塔的位差重力所提供水壓的應用環境，其省能效果超越以往純變頻(單恆壓) 技術，將能源的運用率提升至新的水平。

此外，多恆壓情境式控制技術除了存在能源節約的優勢，在用水習慣的部 分還可協助使用者在絕大部分時段使用次高壓的恆壓值，次高壓的供水模式自 然可以避免不必要的水資源浪費，如同在其他場所的應用下，只要用水壓力需 求的尖峰與離峰期可顯著區分，對於設備的能源節省將具有加乘的功效；此技 術同時結合了「日常節能」、「水資源」二者的環保優勢，亦符合了全球建築業 所重視的智慧綠建築指標項目，為民生/商業/工業用水提供更聰明、更永續的 解決方案。

圖 4-32 多恆壓情境式的供水模式提供之環保成效

應用此技術之多恆壓智慧情境控制系統搭載雲端控水服務平台，具有權限 的 使 用 端 可 以 藉 由 智 慧 型 手 持 裝 置 以 APP 的 人 性 化 介 面 或 同 時 支 持 BA/HA(Building automation or Home automation)等大系統聯動，遠程監視系 統各項設備參數、環境指標參數、控制各項供水情境模式、異常事件警報、重 要事件推撥、歷史重要數據累積報圖表產出等；由於具備雲端數據控管、統計、

演算等技術，針對建築用戶的用水情境需求與用水模式之數據累積，經長時間

頭後忘記關水等各式用水系統異常預測等。

二、技術對策與注意事項：

以設備系統的角度說明，本多恆壓智慧情境控水設備系統其主體為內建多 恆壓情境控制單元之恆壓變頻變速泵浦組，並搭配眾環境感測器整合，在同時 內嵌雲端整合單元下即具備全建築加壓、多恆壓情境供水的完備進化方案；以 民生給水加壓為例，具備基本完整度的供水系統應包含「控制、監視、雲端」

等項目，詳如下列(一)至(三)等分項說明之，架構可參考圖 4-33 型態。

圖 4-33 建築加壓/恆壓供水之完整系統

(一). 創新的情境控制單元-

在設備「可控制」的項目中，可以藉由智慧型手持裝置以人性化界面的 APP，或使用 BA/HA 等大系統遠端控制、選擇各項用水情境，如居家應用的情 境控制應用，如下所列。

• 高效能情境:

在特定尖峰時期需要較嚴苛的用水壓力(如 SPA)或較即時的供水效益時，

於雲端直接選用此情境或系統智慧判斷機制或自動排程切換，皆可直接 獲得穩定的高恆壓輔以高功率的有效輸出來滿足用水需求；在水量、壓 力的表現下均呈現令人滿意、舒適的成果。

• 智慧節能情境:

在取得節能優先的效益下，於離峰時期設備僅需提供普遍的壓力水平及 供水標準足敷使用(如洗手等次高壓之用水需求)；系統並同時具備「用 水感應」、「壓力感應」雙感知設計，系統主動偵測用戶的用水模式，智 慧判斷並即時提供使用者最適水壓、水量，同時配合自動排程控制做有 效的情境輸出。

• 夜間待機情境:

亦稱為夜間減壓用水情境。民生用水高層加壓為例，日後如因長時間出 遠門、或洗水塔等其他欲使設備停機等因素，民眾無須再冒著忐忑的心 啟閉家中弱電控制箱內的無熔絲開關，只要透過雲端遠程控制的功能，

擁有權限的使用者可隨時隨地指定機組停/待機，在夜間或特定時間點 需要極度安靜時，可輕鬆安心獲得無聲的自然重力水壓供選用，供夜間

擁有權限的使用者可隨時隨地指定機組停/待機，在夜間或特定時間點 需要極度安靜時，可輕鬆安心獲得無聲的自然重力水壓供選用，供夜間