近十幾年來，工業成長迅速，台灣半導體產業更加蓬勃發展，量產技術不斷 提昇，廠房也日益擴大。然而其所造成的環境汙染及能源消耗的問題日益嚴重，
因此如何減少能源無謂的浪費乃是各界努力追求的方向。金融風暴過後，景氣不 斷回甦加溫，許多廠商也陸續新增廠房，對此台灣的就業率大幅提升， 然而在 製造過程中，許多產業常常使用有害人體健康的化學物質，這意味著若沒有良好 的製程排氣系統設計，將對工作環境品質及其操作員的健康造成莫大的傷害，所 以複雜管路系統計算方法的探討與研究，為目前急需解決的問題。
複雜管路系統實際應用範圍十分廣泛，不論是工業的排氣系統、大樓的通風 管路，亦或流體輸送系統等，所使用之基本理論是一樣的，包含管段所造成的摩 擦損失(從 Moody diagram 得來，即 Darcy-Weisbach 公式)，其它設計配件所造成 的全壓損失(通稱 Minor Loss)所累加之阻抗曲線，配合所使用風機或泵浦的性能 曲線，求得壓力和流量關係。在複雜管路系統設計上，必需考慮傳送流量和流速 的限制，以及系統壓力平衡性、噪音、空間配置及系統造價成本的問題。進行管 路系統設計時，必需知到的條件通常有：配件及設備資料、設計限制及參數資料、
系統資料和管段資料。待求的設計項目有：各管段的直徑大小和全壓損失，並決 定出適當風機或泵浦的全壓。縱使在設計中已考慮到許多物理因素，但設計出的 管路系統，在壓力的平衡性效果常常不好。以下將會介紹出常見的管路系統設計 方法，並探討其優缺點。
目前常見複雜管路的設計方法主要有五種[1]：速度法(Velocity Method)、等 摩擦法(Equal Friction Method)、靜壓再得法(Static Regain Method)、T-最佳化設計 方法(T-Method Optimization)和 T 模擬方法。
速度法的設計原理，是先設定系統中所有管段之流速，然後再依該管段之流 率與流速進行尺寸設計。又可分成等速度法(Constant Velocity Method)和速度遞 減法(Velocity Reduction Method)。為了控制噪音問題，會有速度的上限；為了避
免污染物堆積，造成管路堵塞的問題，會有速度的下限。速度法是目前所有設計 方法中最簡單的，然而系統壓力不易平衡，設計後須花費額外的時間和成本進行 壓力調整平衡。
等摩擦法是假設系統中所有管段的單位長度全壓損失都相同，此處所指的長 度，是管段本身的長度再加上屬於該管段配件的等效長度。利用迭代的計算程 序，取得新的等摩擦率，將其應用在原先壓降較小的路徑，透過減小下游管段的 尺寸，以改良壓力的平衡。然而在系統中若存在各個路徑，其總長度相差極大，
壓力的平衡性會出問題，因此等摩擦法通常適用在對稱性系統，或是系統中各路 徑總長度接近。
靜壓再得法是將 Bernoulli 方程式及 Borda 方程式結合後推導出靜壓再得計 算公式，並在風管系統中利用動壓損失所轉換之靜壓再得(static regain)來節省能 源。但從流體力學的觀點上，靜壓再得法理論的不適用性包含有：
(1)Bernoulli 定律不適用於分歧的樹狀管路系統 (2)靜壓再得法無法真正使系統壓力平衡
(3)靜壓再得因子的不確定性
(4)不可能利用動能轉換為靜壓再得的過程達到節省能源的目的。
T-最佳化設計方法以管路系統的生命週期成本(包含風機運轉所消耗的能源 成本及管路系統建構成本)為基礎，在嚴謹的數學模式下，使用迭代的計算程序 及成本最佳化理論，除了使生命週期成本最小化之外，並在各路徑上都有相同的 全壓損失，不必花多餘時間及成本進行系統的壓力平衡工作。設計的過程包含系 統收縮、風機選擇與系統展開這三個步驟，T-最佳化設計方法的缺點在於流速控 制性較差。
T 模擬方法(T-Method Simulation)是用來針對一個已經設計完成的管路系 統，利用系統收縮、選取風機操作點和系統展開的三步驟，求取系統管段內的流 量分配，可以其發現計算流程和 T-最佳化設計方法十分相似，都是屬於 T 方法 理論。
雖然目前發展出許多套設計方法，但是設計與實際運作中，仍然會有些許的 差距，此時必須依靠其它裝置來進行調整。經這些更動之後，常常會影響到其它 管路流量的大小。常見工廠管路系統變更的方式有：改變風門(damper)檔板的角 度、改變管段的尺寸與性質、增加工作區與配件、對風機作變頻控制、更換風機、
風機的串並聯等等。然而在半導體廠房裡，在沒有任何的評估之下，憑經驗來做 手動操作是很大膽的行為，若是操作不當，很容易造成管路系統完全癱瘓，甚至 危害到員工的生命安全。因此必需借助模擬的方式，針對實際的管路配置與風機 條件，著手進行計算，來達到改進的要求。因此模擬出實際管路系統的運作情況，
扮演著極重要的地位。
Jeepson[3]利用克西赫夫(Kirchhof)的第一、第二定律，在節點處建立連續方 程式和以迴圈為基礎的能量方程式，得到足夠的方程式，求得複雜管路系統內部 流體流量及流動的情形，雖然可以求得多台泵浦同時存在的情況，然而對並聯形 式的例子卻沒有說明。而 Osiadacz[4]在管路系統建立方程式的演算法，有詳盡的 說明。
林[5]將 Jeepson 和 Osiadacz 的理論結合後，求出複雜管路內的流量分佈情 形，並從中知道，進行管路系統模擬時，離心式流體機械的性能曲線可以由二次 多項式表示，此二項式和原性能曲線極為吻合。其餘各管路元件的壓力損失係 數，皆可在 ASHRAE 的手冊[6]查表求得。
對於複雜的管路系統計算，離心式流體機械是影響流量最重要的因素，然而 廠商所提供的離心式流體機械，只有在某固定轉速下的性能曲線和機械效率曲線 等相關資料如圖 1-1，對於其它未知轉速下的資料，必需靠其它相關的公式求得。
在調整轉速方面，文獻[7][8]說明了風機定律，指出風機轉速與流量、壓力和功 率之間的關係式；而文獻[9]說明了泵浦的相似定理，其轉速與流量、壓力和功 率之間的關係式，均與風機定律相同，此外也提供了泵浦變更的直徑時，直徑與 流量、壓力和功率的關係式，當變更直徑與原提供直徑相差愈大，計算出來的誤 差也愈大，因此理想的使用範圍為變動直徑不小於原直徑的 70%。文獻[10]更是
提出泵浦的相似定理，在直徑上的修正方法。
文獻[11]同樣使用 Darcy-Weisbach equation 來進行複雜管路的數值模擬計 算，然而在分離變數、矩陣畫分等條件的不同，所以可以得到一套新的分析方式，
而文獻最後有提出幾個問題可得到近似的解答。文獻[12]將複雜管路運算應用到 大型渦輪船的引擎室，使用控制原理，將管路、閥、管接點和離心式泵浦等各構 造的摩擦因子做串聯或並聯的運算，最後在用矩陣疊代運算得出結果。
在複雜管路系統環境下，單台離心式流體機械往往難以提供龐大的需求流 量，為了使總流量提高，最常使用的方法為使多台離心式流體機械並聯運作。而 林[5]指出當多台相同之離心式流體機械並聯時，可以將其等效於單台離心式流 體機械。即假設每台離心式流體機械所分配的流量相同，所提供的壓力也相同，
因此可以看成有一台離心式流體機械在運作時，與並聯時對系統造成的影響相 同，此台假想之離心式流體機械提供的流量和並聯時的總流量相同，而提供的壓 力是實際上單台所提之壓力。此方法也是在目前管路系統設計或模擬上，最常用 的方法。而施[13]將並聯相同型式離心式流體機械每一台實際上的流量分配完整 求出，進而使流量均勻分配，並計算在所需流量和壓力的條件下，找出最省功率 的並聯方式。張[14]模擬多台且不同形式之離心式流體機械並聯的管路系統，求 得每根管段與每台流體機械的實際流量。並探討每台之性能曲線與系統阻抗關 係，且由計算結果分析出最省能的並聯台數。然而在廠房所使用之流體機械皆為 定壓模式，對此未有完整說明，而這也是目前業界所需解決的問題。
為確保生產所需流體的供應量不致中斷及降低成本考量，提供供應量的流體 機械也都採用複數台並聯式供應系統而不採用單機系統。由於所需流體為屬大流 量與中低靜壓，因此以離心式流體機械為主，而非軸流式流體機械。廠房所需流 體機械台數與總流量的採用標準約為生產滿負載(100%)加某程度的安全裕度下 的最佳配置。此時通常為效率最高的狀態，但當負載因某些因素而調整時(通常 負載低於 100%狀況)，則原最佳配置狀態將改變，而有它種形式之最佳狀態存 在。亦即原最佳配置狀態為過量供應，浪費額外能源。惜至今尚未見到實務的方
法，能有效解決在各負載下台數最佳配置的方法。
因此本文之目的在於將定壓型流體機械並聯系統配合複雜管路系統模擬不 同負載下的最佳並聯台數與各台之最佳操作條件含壓力與轉速的組合狀態，在數 值分析中能和泵浦隨機所附的性能曲線和效率曲線吻合，因此可以得到良好的結 果。接著將各種負載不同台數的情況依序記下，並繪製出總耗能曲線做成資料 庫，如此便能達成客製化的目的。最後將此套結果套用在實驗上以做進一步確認。
由於實驗設備為閉環管路，使用可編程控制器(PLC)來實現 PID 控制。PID
由於實驗設備為閉環管路，使用可編程控制器(PLC)來實現 PID 控制。PID