研究結果與討論建議

一、二次回風設計討論

經由電腦軟體的運算,手術室潔淨空調系統的二次回風設計針對顯熱比和手術室潔淨等級,得到下列二項結果(Hu[16])

()、對一定尺寸及換氣次數之手術房而言,節能效益與顯熱比會呈現一峰值曲線現象,如圖5.1所示,顯熱比從1慢慢遞減時其節能效益會增加,到遞減到顯熱比0.74時節能效益最高,此後顯熱比從0.74慢慢遞減時其節能效益會隨之減少;此現象發生原因為其顯熱比較低時或所得出的機器露點溫度低於送液()溫度加1.5以下時,因空氣線圖無法交於ψ= 90%或因送液溫度無法配合等臨界限制所導致還需要少量的加熱量,故節能效益會反向變少。

1.1   節能效益和手術室室內顯熱比之關係

(針對手術室尺寸5.1m x 4.8m x 3m,溫濕度控制:21 ±1 ℃,50 ±5 %RH )

()、對一定顯熱比及一定尺寸的手術房而言,換氣次數越大,採用二次回風設計時,所節能的費用會成倍數節省;另外手術房尺寸越大,則節能效益越明顯,如圖1.2所示。

1.2  節能效益和潔淨室等級之關係

二、外氣空調箱耗能分析比較
 

    總耗電能隨著系統剛開始採用鼓風式單冰水電熱水鍋爐加熱系統慢慢改成最後的抽風式雙冰水冰機熱回收加熱系統而減少,其耗電量亦隨著外氣溫度的升高而提升。

外氣空調箱各組合系統整年總耗電能比較圖

 
 

    同樣的外氣空調箱100,000 CMH出風風量,其風車進風風量可減少49.18 %((145584-97587) / 97587 * 100 % = 49.18 %),這對風車馬力隨著風車風量成正比關係來講,所減少的風車馬達購買成本及外氣空調箱的外觀尺寸將相形變小

外氣空調箱各組合系統日平均風量比較圖

 

電腦輔助工程設計軟體的可行性

    以電腦作為工程設計分析工具已成為目前的趨勢,只要有良好的程式設計,配合適當的硬體設備,則電腦將可以大幅提昇工程設計的效率,有效減少工作時程及人力成本;在潔淨室設計系統方面,對於電腦輔助工程軟體同樣有其迫切性的需要,設計者面對目前成本及時效的高度競爭,應該善用電腦軟體來協助其設計與分析;尤其目前在這方面已經有準確的設計理論與方程式,以這些理論配合電腦軟體,將能在極短的時間內設計出令人滿意的系統,進而提升設計業者的競爭力。在本研究所發展的軟體中,證明電腦輔助設計應用在潔淨室設計系統,確實有其可行性,同時對於設計者而言將有以下幾個優點:

 

()、視窗化與圖形化的人機介面
()、提高設計的彈性
()、線上進行系統分析比較
()、最佳化設計
()、設計與比較結果格式化輸出
()、避免計算或查表圖時發生錯誤及誤差
()、縮短設計時程
 

考慮成本、節能最佳化的設計策略

潔淨廠房系統除了初始設計時所考慮的初始成本外尚包括系統運轉時的運轉成本其最佳表示方法為

[生命週期成本()=第一年的運轉能源成本()*現值上升因子+初始成本()]

系統的初始成本包括了設計監造費用、各種設備材料與管路的成本,可由設備材料清單及工時出工表統計而來;而系統的能源成本實際上就是電力的消耗成本,可由本研究軟體實際模擬得來;由於系統的運轉年限可能長達數十年,為了正確評估能源成本,必須將未來的物價年增率及利率變動一併考慮,也就是現值上升因子值。

    有些初始成本與能源成本間維持的是一種反向的關係,因此就不可能有最佳的設計策略可同時減少初始成本及能源成本,最好的設計策略是在這兩者間取得折衷點,使兩者的和為最小,故需求助於電腦快速的邏輯判斷與運算能力,來計算成本與運轉的最佳化點。

 

結論與建議

Visual Studio.NET為架構的潔淨室最佳化設計計算軟體已成功開發;對於世界能源危機的時間逼近,設計者應該為社會建造一個既節能與最好最佳的潔淨室工程環境設計;本文針對潔淨室設計系統進行電腦軟體計算設計分析,綜合上述之討論,得到結論如下:

()、基於此軟體的開發可快速而有效地分析潔淨空調二次回風系統的各項運轉參數,對於此一系統的推廣

      甚有助益。

()、提出潔淨室換氣次數的設計原則在於計算微粒濃度的進出平衡,而非依以前統計數據來決定;也利用

      電腦的運算能力,來解決微積分方程式,進而可得到大氣環境各微粒尺寸的實際數量與實際過濾效

      率。

()、對於外氣空調箱整年運轉進行實際的每日每時計算分析,其對於十六組的交叉比較後,可得使用抽風

      式雙冰水冰機熱回收加熱系統較鼓風式單冰水電熱水鍋爐加熱系統一年可節省76.857 %(2,382,425

      Kw-hr)之耗能一年節省電費2,954,207非常可觀

()、開發一個全視窗化及全圖形化的Windows環境,對於潔淨室設計與比較分析都可在瞬間完成。

與本研究內容相關的後續軟體開發,建議可朝以下三個方向努力:

()、外氣風量的決定,應以整個建築物的開口洩漏與欲保持的室內壓差來決定,需建立各種潔淨室門窗資

      料庫,方可得到最佳的外氣風量值。

()、本文是以微粒0.1 μm~10 μm尺寸來進行空氣潔淨系統設計計算,隨著奈米科技與70奈米電子製程的到

      來,0.1 μm以下的微粒潔淨系統設計理論計算,需納入潔淨室設計裡。

()潔淨室的組合元件與系統涵蓋非常多,就如4.1所示的潔淨室設計軟體主畫面視窗內包含有系統模

      擬(溫度場模擬、氣流場模擬)、機電系統設計(負載、照明、噪音、振動、電磁波等計算)、公用系統

      設計(製程冷卻水、製程排氣、製程與清潔真空、清淨乾燥高壓空氣、純水、廢水、製程氣體化學)

      等,都需全面納入潔淨室設計與結果互相支援,方可開發出一套全功能完整的潔淨室設計系統。

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