在2019年底召開的第25屆世界氣候變遷大會（COP25）期間，臺灣因?yàn)榉前屠铓夂騾f(xié)定締約國，只能比照往年一樣在場外賣力宣傳。但同時(shí)由環(huán)保團(tuán)體德國看守（German watch）在議場邊發(fā)布的「2020年氣候變遷績效指標(biāo)（Climate Change Performance Index，CCPI 2020）」報(bào)告中，除了前三名從缺，以瑞典排名第四最佳；且格外諷刺的是，臺灣不僅在過去幾年來排名每況愈下，於去年61個(gè)評比國家中名列59，倒數(shù)第三名更是歷屆最差，只贏過沙烏地阿拉伯和美國，甚至落後中國大陸、印度。
| 圖1 : 瑞典環(huán)保少女桑伯格（Greta Thunberg）在2019年COP25世界氣候變遷大會上，呼籲各國政府與產(chǎn)業(yè)應(yīng)負(fù)起節(jié)能減碳責(zé)任，來避免災(zāi)難性的全球暖化。（source： reneweconomy.com.au） |
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雖然事後因?yàn)樵搱?bào)告中的前三項(xiàng)評比資料：溫室氣體排放、再生能源發(fā)展、能源使用，均引用2017年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)而受爭議。但依照曾參與CCPI評比的環(huán)境品質(zhì)文教基金會董事長謝英士表示，這幾年來因?yàn)榕_灣為了強(qiáng)推「2025非核家園」政策，而無視於太陽能、風(fēng)力、水力等電力來源的不穩(wěn)定特性，必須仰賴近80%大量燒煤及天然氣等石化燃料為主的火力發(fā)電維持備轉(zhuǎn)基載；並且因此占用濕地、林地空間，反而破壞生態(tài)等，皆導(dǎo)致臺灣人均排碳量居高不下。
對於臺灣產(chǎn)業(yè)而言，除了應(yīng)持續(xù)利用可再生能源，以減少碳排放之外，還須不斷尋求創(chuàng)新解決方案和技術(shù)，以加強(qiáng)管理、節(jié)省使用能源，才是減少碳足跡最重要的方法。如根據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)今典型工業(yè)設(shè)施中約可減少耗能15~20%，而壓縮空氣系統(tǒng)又占全球工業(yè)耗能約10%，包含在生產(chǎn)過程中，唯恐受到馬達(dá)或其他產(chǎn)生動(dòng)力的設(shè)備效能不佳，所以必須從生產(chǎn)、管路配置與消耗等能源鏈各環(huán)節(jié)都盡可能提高效率。
| 圖2 : 「2020年氣候變遷績效指標(biāo)（CCPI 2020）」報(bào)告發(fā)布，除了以瑞典排名第四最佳，臺灣排名倒數(shù)第三位更是歷屆最差。（source：news.cgtn.com） |
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空壓機(jī)地位舉足輕重 串聯(lián)整廠網(wǎng)路節(jié)能減碳
估計(jì)目前由工廠造成的總能源消耗中，壓縮空氣裝置約占5%~40%，而在空壓機(jī)5~10年生命週期成本中，就有70%與能耗相關(guān)；另有約20%壓縮空氣會自供應(yīng)空氣配管中洩漏，距離越遠(yuǎn)就越容易浪費(fèi)能量；即使停機(jī)狀態(tài)下，也會消耗額定功率20%，造成空氣需求波動(dòng)。
因此，使用者必須同時(shí)納入壓縮空氣網(wǎng)路的供應(yīng)端（supply）、配置端（distribution）、需求端（demand；user）三大環(huán)節(jié)，預(yù)防配置端洩漏，避免造成壓縮空氣系統(tǒng)最大浪費(fèi)來源；以及進(jìn)入生產(chǎn)過程後，容易因?yàn)檠u程設(shè)備或生產(chǎn)線轉(zhuǎn)換而形成的洩漏點(diǎn)，更難以評估和修復(fù)，成本同樣高昂；進(jìn)而將廢棄物管理觀念用於壓縮空氣裝置，透過適當(dāng)維護(hù)服務(wù)及時(shí)預(yù)防或回收，即可降低約5%以上耗能，促使能效最大化。
瑞典空壓機(jī)大廠Atlas Copco公司逾百年來持續(xù)提供創(chuàng)新空壓機(jī)、真空解決方案、空氣處理系統(tǒng)和動(dòng)力技術(shù)，並專注於開發(fā)具備可持續(xù)生產(chǎn)力、能源效率、安全性和人體工程學(xué)相關(guān)的產(chǎn)品和服務(wù)；進(jìn)而達(dá)成最佳化配置，同時(shí)提供需求端使用者許多現(xiàn)場解決方案，建議最佳產(chǎn)氣量，避免不必要的浪費(fèi)。
於供應(yīng)端則為了協(xié)助顧客預(yù)防浪費(fèi)，使能效最大化，而建議採用較佳產(chǎn)品提高壓縮空氣網(wǎng)路每度發(fā)電效率。例如推出VSD+系列變頻空壓機(jī)貼近客戶實(shí)際用氣量需求，通常可降低能耗約50%左右。並陸續(xù)推出與空壓技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品，包含無油/微油/高壓/離心空氣壓縮機(jī)、渦輪增壓設(shè)備和乾燥空氣後處理系統(tǒng)等，囊括5~15,000HP範(fàn)圍，並以10HP~3,000HP為主流，應(yīng)用廣及電子、汽車、塑化、鋼鐵、食品、化工等產(chǎn)業(yè)。
除了近年來已售予臺灣TFT-LCD產(chǎn)業(yè)1,000HP以上空壓機(jī)；並符合半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)對於輸出高品質(zhì)空氣、高可靠度與安靜無聲要求的無油式空壓機(jī)，成功切入供應(yīng)鏈。同時(shí)可搭配自行研發(fā)的智能控制器和ES系列多機(jī)聯(lián)控系統(tǒng)，選擇最有效的空壓機(jī)組合及運(yùn)行模式，得以較低起動(dòng)電流減少高峰狀態(tài)、穩(wěn)定調(diào)節(jié)壓縮功率，省下可觀使用和售後服務(wù)成本；還有極少機(jī)會卸載或放空，在如此龐大的空壓系統(tǒng)內(nèi)，仍有餘裕加入多部壓縮機(jī)，從而達(dá)到最低能源需求，加快回收投資報(bào)酬。
隨著如今各家國內(nèi)外空壓機(jī)大廠都競相推出節(jié)能解決方案cost down，並配合政策爭取補(bǔ)貼，Atlas Copco也透過旗下永磁式變頻空壓機(jī)種所提供的全方位增效節(jié)能解決方案，已獲得Siemens認(rèn)證其採用的變頻馬達(dá)效能更佳，可不必像傳統(tǒng)定頻、感應(yīng)式馬達(dá)受到IE等級規(guī)範(fàn)限制，在相同馬力、能源使用率前提下的抽/排氣效率較高。
也就是說在相同75HP運(yùn)轉(zhuǎn)前提下，Atlas Copco變頻空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率可依負(fù)載於25~98Hz區(qū)間調(diào)節(jié)，而非僅憑藉定頻馬達(dá)+變頻器協(xié)助剎車或調(diào)整轉(zhuǎn)速快慢，而分別達(dá)到50~60Hz、40~60Hz頻率，滿足終端需求用氣量不浪費(fèi)；進(jìn)而省下後續(xù)維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用，避免磨耗增加而縮短使用壽命。
最新推出的微油變頻螺旋式空壓機(jī)係採取內(nèi)建垂直式永磁IPM馬達(dá)＋變頻器直接傳動(dòng)，加上整合內(nèi)建冷乾機(jī)，得以更大程度節(jié)約占地面積與工作空間，最多可增加12%風(fēng)量；即使在用氣需求20%~100%劇烈變化時(shí)，仍可維持平均節(jié)能50%。無油變頻螺旋式鼓風(fēng)機(jī)則採用第五代智慧控制操作面板，具備RS-485輸出、MART LINK無線遠(yuǎn)端監(jiān)控發(fā)報(bào)功能，並通過ISO-8573-1 Class Zero無油認(rèn)證，比起傳統(tǒng)魯式鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能效益30%。
Atlas Copco空壓技術(shù)部門總經(jīng)理John Demers表示：「即使未來面對更成熟的市場環(huán)境，該公司仍將繼續(xù)努力成為在品質(zhì)、節(jié)能、效益、環(huán)保、服務(wù)和符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的佼佼者，以確保客戶可持續(xù)生產(chǎn)力。」目前Atlas Copco在臺灣從原來空壓機(jī)、真空泵、動(dòng)力設(shè)備和低壓產(chǎn)品線等部門外，今年再增添24/7可靠租賃解決方案，以協(xié)助使用者減少停機(jī)時(shí)間，並實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)最大化，進(jìn)而爭取離岸風(fēng)電產(chǎn)業(yè)商機(jī)。
引進(jìn)高效空壓機(jī)種 更強(qiáng)調(diào)潔淨(jìng)比節(jié)能更重要
另一家日系空壓機(jī)大廠日立公司（Hitachi）則自1911年開始製造壓縮機(jī)以來，也有超過百年歷史，至今已是日本市占率約達(dá)32%的第一大品牌，近年來更完成整併旗下所有空壓機(jī)製造工廠，並訴求將持續(xù)致力於乾淨(jìng)壓縮空氣的生產(chǎn)效能，為地球環(huán)境貢獻(xiàn)節(jié)能。
維恩實(shí)業(yè)從1997年開始成為Hitachi在臺灣地區(qū)的空壓機(jī)總代理商之後，除了不斷引進(jìn)原廠最新優(yōu)質(zhì)設(shè)備，客戶群已涵蓋3C電子、高科技、食品產(chǎn)業(yè)等多家上市櫃公司及各大醫(yī)院，還提供全方位技術(shù)服務(wù)及諮詢，以節(jié)能技術(shù)促進(jìn)產(chǎn)業(yè)革新。2016年更獲得Hitachi技術(shù)核可，在維恩桃園總公司成立「日立空壓機(jī)學(xué)校在臺教育中心」，與日本原廠技術(shù)同步。
目前便針對半導(dǎo)體及光電產(chǎn)業(yè)客戶，特地引進(jìn)Hitachi無塵式專用的DSP/SDS兩大系列無油螺旋空壓機(jī)，全系列機(jī)種均依據(jù)ISO8573-1標(biāo)準(zhǔn)，符合在壓縮機(jī)設(shè)置場所的大氣中，均能提供所含油份及有機(jī)溶劑成份等濃度，皆達(dá)到潔淨(jìng)度Class 0等級的壓縮空氣。
其中DSP系列無油變頻式空壓機(jī)的節(jié)能模式，可依使用端的用氣量需求變化分為三階段控制，確實(shí)為客戶達(dá)成了最佳省電節(jié)能要求；而更大型的SDS系列無油螺旋式空壓機(jī)吐出的最大壓縮空氣量，更可高達(dá)80m3/min以上，滿足光電業(yè)者對大用氣量的需求。同時(shí)搭配更具人性化的NEXT II彩色觸控式操作面板，除了提升性能外，也大幅加強(qiáng)了監(jiān)視空壓機(jī)使用狀態(tài)的功能。
| 圖3 : 在日立（Hitachi）螺旋式壓縮機(jī)的本體結(jié)構(gòu)內(nèi)，利用獨(dú)家三次元補(bǔ)正技術(shù)且施以鏡面加工，保持最適當(dāng)間隙值，即使在嚴(yán)苛環(huán)境下還能保持其性能。（攝影／陳念舜） |
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然而，因?yàn)槟壳芭_灣依IE等級分類的節(jié)能補(bǔ)助計(jì)畫，僅針對傳統(tǒng)200kW以下感應(yīng)式馬達(dá)+變頻器效率高者補(bǔ)助，該公司30~1,500HP等大馬力無油及微油變頻式空壓機(jī)，雖然均可通過更加精確的壓力控制，提供最適合現(xiàn)場使用壓縮空氣的需求之壓力及風(fēng)量；並採用比起IE4等級更高效率的DCBL（永磁/DC無刷）馬達(dá)，卻因?yàn)檩o導(dǎo)單位缺乏檢測能力而被排除在外，導(dǎo)致客戶採購卻無法獲得補(bǔ)助。
維恩實(shí)業(yè)公司技術(shù)部黃仁和表示，由於現(xiàn)今空壓機(jī)所有輸出能量都會轉(zhuǎn)移成熱而不作功，而成為臺灣推動(dòng)節(jié)能補(bǔ)貼政策下的首波開刀對象。但他坦言：「目前產(chǎn)業(yè)想談?wù)嬲?jié)能並不容易，包含市面上大部份空壓機(jī)均屬容積式，其主要透過機(jī)械力量壓縮空氣，所以當(dāng)空壓機(jī)維持滿載時(shí)的效率最高，只要降低輸出空氣量，變頻空壓機(jī)就會自然減少所需轉(zhuǎn)速和軸功率。」客戶也因此，或?yàn)闈M足最終買主要求而不得不節(jié)能，並創(chuàng)造變頻器需求。
惟若受到各家馬達(dá)功率因素及搭配變頻器後的效率均不相同，加上政府輔導(dǎo)單位也僅擷取部份使用數(shù)據(jù)，來證明節(jié)能效果的可信度其實(shí)不高。反而依ISO已開始針對馬達(dá)、變頻器等整體變頻系統(tǒng)總效率規(guī)範(fàn)更有用，所以他建議使用者或輔導(dǎo)單位，未來仍應(yīng)長期監(jiān)控實(shí)際用氣量狀況才可能精準(zhǔn)。
但即使在工業(yè)4.0問世後，要想藉此反饋使用資訊、輸出報(bào)表，也須要在公司生產(chǎn)前先投資更新設(shè)備蒐集資料，再通過Modbus上傳雲(yún)端監(jiān)控，大部份客戶卻寧願(yuàn)等到空壓機(jī)真正故障毀損後才叫修。黃仁和認(rèn)為：「使用者評估空壓機(jī)品質(zhì)最重要的標(biāo)準(zhǔn)，還是耐用！」
使用空氣做為動(dòng)力來源的好處是潔淨(jìng)、容易控制和便宜，但要真正節(jié)能仍是靠管理，即須業(yè)主下定決心，在設(shè)廠規(guī)劃前精算以長遠(yuǎn)規(guī)劃；至於管路配置或生產(chǎn)過程中洩漏，仍應(yīng)經(jīng)由使用者設(shè)法解決。若是採購的空壓機(jī)性能夠好、偵測能力更強(qiáng)，業(yè)主就能自行操作，即使在生產(chǎn)過程中也能免停機(jī)測漏，並配合現(xiàn)場員工解決。
Hitachi不僅在螺旋式壓縮機(jī)的本體結(jié)構(gòu)內(nèi)，皆採用耐蝕及耐久性佳的不鏽鋼精密轉(zhuǎn)子，並考量到預(yù)防運(yùn)轉(zhuǎn)中的熱膨脹增加內(nèi)部洩漏量，所以會先利用Hitachi獨(dú)家3次元補(bǔ)正技術(shù)，並施以鏡面加工，以保持最適當(dāng)間隙值；且在轉(zhuǎn)子表面塗裝有固體潤滑被膜，即使在超過300℃嚴(yán)苛環(huán)境下，還能保持其性能。
同時(shí)專為無油螺旋式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的螺紋式軸封加上空氣軸封，可透過內(nèi)部螺紋溝槽將漏油阻擋回去，防止進(jìn)入壓縮室；且在軸承使用專屬滾珠和滾柱軸承，並使用噴射給油潤滑；以及透過精密加工的正時(shí)齒輪，確保轉(zhuǎn)子間有適當(dāng)間隙。
黃仁和指出，目前空壓機(jī)本體平均壽命約10年，即使常被置於嚴(yán)苛環(huán)境亦無妨；加上變頻器設(shè)計(jì)都會納入滿載需求，甚至高出客戶用氣量110~120%，或採取多機(jī)操控、調(diào)配，不怕?lián)p及變頻空壓機(jī)壽命；且已有許多感應(yīng)式馬達(dá)採用「軟起動(dòng)」裝置，不必?fù)?dān)心起動(dòng)電流過大，就能因應(yīng)滿載、部份負(fù)載或空?情況，反而是變頻器更容易受到外在環(huán)境影響。
因此他建議輔導(dǎo)單位，由於使用端很難有一模一樣的使用狀況，不能只計(jì)算使用或電力成本，而應(yīng)該長期大規(guī)模追蹤IE2、IE3馬達(dá)以比較維運(yùn)成本；另將有無變頻器節(jié)能的成本說清楚，以免因故障導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)或更高維修成本。否則依目前節(jié)能補(bǔ)助只適用於感應(yīng)馬達(dá)，而排除節(jié)能效率更佳的DCBL驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，造成大部份業(yè)者都為了節(jié)能補(bǔ)助而採購變頻新機(jī)，卻非汰舊換新，仍難免使用定頻舊機(jī)，而非真正省電。
**刊頭圖（source：fluidflow.com/）
