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研究生: 楊士寬
Yang, Shih-Kuan
論文名稱: 物聯網應用於居家全熱智慧分區通風系統之節能研究
Research on Energy Saving of IoT Applied to Home Full-Heat Smart Zoned Ventilation System
指導教授: 楊宏澤
Yang, Hong-Tzer
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系碩士在職專班
Department of Electrical Engineering (on the job class)
論文出版年: 2024
畢業學年度: 112
語文別: 中文
論文頁數: 78
中文關鍵詞: 全熱交換器換氣物聯網節能
外文關鍵詞: Energy recovery ventilation, Ventilation, Internet of Things, Energy saving
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  • 因近年來疫情蔓延與全球暖化節能減碳的議題,造成室內換氣成為大家關注的議題,也使得節能換氣設備全熱交換器,成為戶戶必須考慮安裝的節能設備,儘管它有熱回收之功能,但市面上全熱交換換氣系統之配置,還是維持所有空間同時進氣排氣之控制,也就是不管該空間有無換氣需求,或者是否會造成能源消耗的問題,整戶室內通風只有全開與全關,兩種控制。
    因通風只有全開與全關的控制下,會造成在夏天室外與室內皆為高溫的狀況,會有開啟空調房間的低溫空氣,與未開空調房間的高溫空氣,於全熱交換器之迴風箱混和在一起,這樣會造成熱回收效益變差,而原來熱回收的效果,將使外部的室外高溫空氣,能先進行降溫,如此一來外氣溫度就會使空調能耗增加。
    故本研究提出,利用物聯網架構來建立全熱分區控制系統,並導入於原全熱交換換氣系統裡,而在伺服器控制中分為冷氣或暖氣兩種模式,可控制每個室內分區的進迴風風閥。風閥啟閉的條件由伺服器判斷該室內分區是否需要通風(二氧化碳濃度高)、且該分區為開啟空調中(室內低溫)以及人員在該室內,則判定需要進行熱回收,就會開啟開區全熱進迴風風閥,其餘未滿足條件之室內區域,則將風閥關閉,防止其他室內高溫空氣,影響全熱回收效能。由實驗可知全熱分區控制系統,能使全熱熱回收效益更高,節約更多電力外,亦能調降一般所設定之通風風速,能使機器本身之能耗更低。

    In recent years, the spread of the epidemic and the issue of energy saving and carbon reduction due to global warming have made indoor ventilation a concern for everyone, and also made the energy-saving ventilation equipment total heat exchanger a device that every household must consider installing. Although it has the function of heat recovery, the configuration of the total heat exchange ventilation system on the market still maintains the control of simultaneous intake and exhaust of all spaces, that is, regardless of whether the space has ventilation needs, or whether it will cause energy consumption problems, the whole indoor ventilation only has two controls, full open and full close.
    In order to avoid the situation that in the summer when the outdoor and indoor are both high temperature and humid, and the low temperature air in the room with the air conditioner turned on, is mixed with the high temperature air in the room without the air conditioner turned on in the total heat exchanger return air box, this will reduce the original heat recovery after the heat recovery, to make the intake of the outdoor high temperature air, can be reduced first. This is contrary to the original intention of installing the total heat exchanger.
    Therefore, this study proposes to use the Internet of Things architecture to establish a total heat zoning control system, and introduce it into the original total heat exchange ventilation system, and set the two modes of air conditioning and heating in the server, and then control the intake and return air valves of each indoor zone. The valve opening and closing conditions are determined by the server whether the indoor zone needs ventilation (high carbon dioxide concentration), and the zone is in the air conditioning mode (low indoor temperature) and there are people in the indoor, then it is determined that heat recovery is needed, and the zone total heat intake and return air valve will be opened, and the rest of the indoor areas that do not meet the conditions, the valve will be closed, to prevent other indoor high temperature air, affecting the total heat recovery efficiency. The experiment shows that the total heat zoning control system can make the total heat recovery efficiency higher, save more electricity, and also adjust the ventilation wind speed that is generally set, to make the energy consumption of the machine itself lower.

    摘要 III EXTENDED ABSTRACT IV 致謝 IX 目錄 X 表目錄 XIV 圖目錄 XV 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究方法與貢獻 4 1.4 論文架構 5 第二章 系統架構與通風理論 6 2.1 系統架構 6 2.2 空氣品質 7 2.2.1 空氣品質標準 7 2.3 室內通風理論 10 2.3.1 通風換氣指標 10 2.3.2 室內換氣方式 13 2.4 全熱交換器原理與應用介紹 14 2.4.1 全熱交換器運作原理與結構 14 2.4.2 全熱與傳統機械換氣方式之比較 17 2.4.3 全熱交換器選配與管線配置 18 2.5 物聯網 22 2.5.1 物聯網架構 22 2.5.2 感測層(Perception layer) 23 2.5.3 網路層(Network layer) 23 2.5.4 應用層(Application layer) 23 2.6 全熱智慧分區電控系統架構 24 第三章 全熱智慧分區電控設計與控制 25 3.1 實驗場域配置 25 3.2 實驗相關感測器與記錄器 27 3.2.1 樹莓派簡介 27 3.2.2 EPS32簡介 29 3.2.3 MH-Z19B二氧化碳感測器 30 3.2.4 DHT22溫溼度感測器 31 3.2.5 HC-SR501 紅外線感測器 31 3.2.6 繼電器模組 32 3.2.7 電力記錄器 33 3.2.8 風速計 34 3.3 分區電控系統設計 35 3.3.1 電控系統硬體說明 35 3.3.2 監控室內外環境 36 3.3.3 輸出控制 39 3.3.4 區域伺服器 41 3.4 控制流程圖與系統監控畫面 42 3.4.1 控制流程圖 42 3.4.2 監控畫面 44 第四章 全熱智慧控制實驗結果與討論 46 4.1 全熱全區通風分析 46 4.2 全熱分區控制通風分析 47 4.2.1 全熱分區控制日間控制群組一 48 4.2.2 全熱分區控制夜間控制群組二 49 4.2.3 分區控制通風節能 50 4.3 全熱分區通風控制節能分析 51 4.3.1 冷氣模式實驗 51 4.3.2 暖氣模式實驗 54 第五章 研究結論與未來展望 57 5.1 結論 57 5.2 未來研究方向 58 參考文獻 59

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    [15]樂鑫信息科技,ESP32 Series Datasheet,2023年。
    [16]文森電子科技,智能紅外二氧化碳模組手冊。
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    [19]聚茂源科技,風速計使用手冊 GM816,http://www.benetechco.com/cn/products/product_201612061126220599.html。

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