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一、議題研究背景

冷卻水塔是冷凍空調系統的關鍵設備，其主要功能是透過水與空氣的熱交換來降低冷卻水溫度。惟隨著長期運轉，散熱水塔內的散熱片(Heat sink，又稱填料) 會因水垢、汙泥、青苔或老化問題，導致熱交換效率下降，進而增加能耗與運行成本。此外，部分舊型散熱片的材質與設計已不符合最新的節能環保標準，因此有必要進行更換以提升系統效能
一般冷卻水塔使用的散熱片之材質有： PVC (聚氯乙烯)、ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯) 、 PP (聚丙烯) 、木材、碳纖維等
2023年12月針對桃園校區S棟中央空調冷卻水塔之散熱片(PVC材質)進行了汰舊換新，本研究即以此為研究標的進行探究，俾據以了解冷卻水塔散熱片更換前後之電量使用情形

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風(氣)冷式冰水機組構造圖

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水冷式冰水機組構造圖

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冷卻水塔構造圖

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冷卻水塔構造

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散熱片構造

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二、現況問題與挑戰

散熱片老化與汙染：長時間使用的散熱片會因水垢沉積、微生物生長、結構劣化等因素，降低冷卻效率
能耗增加：散熱效率降低後，冷卻水溫度會偏高，導致冷卻系統（如冰水機組）負擔增加，提高電力消耗：另，冷卻效率下降可能導致補充水之需求增加，提高水資源使用成本

環保要求提升：傳統散熱片(是冷卻塔的核心組件，主要作用是增加冷卻水與空氣的接觸面積和時間，以提升散熱效率)可能不符合最新的環保與節能標準，影響環境管理與碳排放政策

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三、動機與目標

本研究旨在針對透過冷卻水塔散熱片之更換，研析其對冷卻水塔熱交換效率之提升程度，進而能掌握降低能源與水資源之消耗量，有效提升設備運行效能與壽命，以達到節能減碳的目標

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四、研究方法

本研究透過現場數據收集與比較分析，驗證更換散熱片後的節能效果。步驟如下：
現況評估：記錄水塔運行數據，包括進出水溫度、水塔負載、冷卻效果等，作為基準對照數據。
散熱片選型：選擇高效節能型散熱片（如PVC或PP材質、蜂巢式設計、低阻力高換熱效率）。
運行監測與數據收集：更換後，連續監測水塔運行數據，包括進出水溫、能耗變化、冷卻效率等。

(4) 數據分析與節能評估：比較更換前後的能耗變化或依據相關文獻，計算節能效益與回收期。

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四、研究方法(續)

相關資料蒐集

設備運行數據（更換前後冷卻水塔的進出水溫、風機運轉狀況、冷卻效果等）。
能源消耗記錄（電力消耗）。
環境條件變數（氣溫、負載變化）。
維護與清洗記錄（填料汙染狀況、清潔頻率）。

觀察
冷卻水溫降改善幅度（確認散熱片更換後的降溫效果）。
風機運行時間變化（高效散熱片可降低風機運轉需求）。
整體能耗變化（冷卻系統與冷水機組的綜合能耗降低情況）。
維護頻率與成本變化（高效散熱片是否能減少清洗與更換頻率）。

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五、結果與分析

(一)平均每日用電量比較分析

移除未能完整記錄資料之異常數據後取得之有效資料

2023年總用電量(248天)：139,111 kWh
2024年總用電量(296天)：153,875 kWh

平均每日用電量為：

2023年：560.93 kWh/天
2024年：519.85 kWh/天

2024年的平均每日用電量比2023年減少了7.34%，這反映了更換冷卻水塔散熱片後帶來的節能效果；惟2023年總用電量只有效記錄248天，2024年總用電量只有效記錄296天，因記錄的季節因素影響用電量頗大，因此因電表問題致造成未能有效記錄，將造成平均每日用電量的比較結果失真，只能參考，故須再以4個時間區間分析2023年與2024年總用電量與日平均用電量之比較。

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(二)總用電量與日平均用電量依季節性節能效果分析(1)

2023年與2024年總用電量與日平均用電量比較
時間區間	2023年回推總用電量 (kWh)	2024年回推總用電量 (kWh)	2023年日平均用電量 (kWh)	2024年日平均用電量 (kWh)
1-3月	13,342.9	10,181.0	148.3	113.1
4-6月	61,266.9	73,356.1	673.3	806.1
7-9月	71,025.7	82,669.3	772.0	898.6
10-12月	55,210.92	36,772.94	600.12	399.71

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(二)總用電量與日平均用電量依季節性節能效果分析(2)

全年趨勢：

上半年（1~6月）： 2024年第一季用電量略低於2023年者，但第二季用電量卻明顯高於2023年者
下半年（7~12月）：第三季2024年也高於2023年，但第四季則大幅下降

高峰期：

2024年第三季（7~9月）為用電高峰，日均用電量達 898.58 kWh，比2023年同期高出 126.56 kWh

節能效果明顯的區段：

2024年第一季與第四季相較於2023年，日均用電量明顯下降，分別少了 35.13 kWh 和 200.41 kWh，顯示冷卻水塔散熱片更換對節能有實質貢獻

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(三)高用電時段分析(取每日用電量 ≥ 2023 年日用電量的第 90 百分位數)

高用電門檻：1532.72 kWh
高用電日天數：25 天
總用電量 (25 天)：40,937 kWh
平均高用電日用電量：1,637.48 kWh/天

高用電門檻：1532.72 kWh
高用電日天數：25 天
總用電量：41,751 kWh
平均高用電日用電量：1,670.04 kWh/天

2023年高用電時段統計摘要:

2024年高用電時段統計摘要

2024年和2023年在高用電時段的總用電量有所不同。2024年略高於2023年，顯示高用電日的能耗並未顯著降低，甚至略有增加。此意謂更換散熱片雖然有節能效果，但在用電高峰期可能並未顯著降低單日尖峰用電、節能效果可能有限。

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(四)年度氣候與用電變化整合分析(1)

環境條件變數(氣溫比較)
桃園市在 2023 年與 2024 年的每月高低溫比較

7–9 月高溫一致
2024 年 5–6月低溫稍高，體感可能更悶熱

2024年年平均氣溫高於2023年

2023年年平均氣溫：約 21.6 °C
2024年年平均氣溫：約 22.6 °C

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(四)年度氣候與用電變化整合分析(2)

年度氣候對比
項目	2023 年	2024 年	差異
全年平均氣溫	約 21.6 °C	約 22.6 °C	↑ 1°C
最熱月份	7月（高32°C / 低 26°C）	7月（高 32°C / 低 26°C）	無
最冷月份	1月（高19°C / 低 14°C）	1月（高 19°C / 低 14°C）	無

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(四)年度氣候與用電變化整合分析(3)

全年用電回推比較
季節	2023 年用電 (kWh)	2024 年用電 (kWh)	增減量 (kWh)	增減百分比	說明
1–3 月	13,342.91	10,181.00	-3,161.91	-23.7%	冷卻塔散熱片改善發揮節能效果
4–6 月	61,266.89	73,356.11	+12,089.22	+19.7%	氣溫偏高，冷氣提前啟用
7–9 月	71,025.70	82,669.26	+11,643.56	+16.4%	夏季更熱，空調負載加重
10–12 月	55,210.92	36,772.94	-18,437.98	-33.4%	冷卻塔效率改善明顯
全年合計	200,846.42	202,979.31	+2,132.89	+1.1%	整體持平，冷季節能顯著

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(四)年度氣候與用電變化整合分析(4)

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(四)年度氣候與用電變化整合分析(5)

2023年12月進行之冷卻水塔散熱片的汰換，有效提升冰水主機運轉效率，從 1–3 月與 10–12 月用電明顯下降可見成效。
2024年相較於2023年，儘管某些季節如夏季用電量較高，但全年整體的節能效果仍然明顯，尤其是在秋季和冬季，冷卻需求的減少以及系統運行效率的提升帶來了較低的用電量。
全年用電量僅微幅增加1.1%。

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年度氣候與用電變化整合分析節能效益較為客觀。
由前述統計可知，2024年之全年用電量較2023年之用電量約高1% ；惟2024年之全年平均氣溫較2023年高 1°C。由研究實證顯示，每升高 1°C、空調用電量即會增加 6%，以此觀之， S棟三座冷卻水塔散熱片之更新對節能是具正面成效的。

六、結論

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