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AMCA 風機能源指標介紹

刊登日期：2021/09/01

摘要

AMCA 208規範為美國空氣流動和控制協會(Air Movement and Control Association，AMCA)所訂定新的風機能源指標FEI (Fan Energy Index)， FEI是風機革命性能源指標，有別於先前AMCA 205所述之FEG (Fan efficiency grade)，與歐盟及ISO所採用之FMEG (Fan motor efficiency grade) 也有所不同，FEG與FMEG皆是著重於風機的最佳效率點，但實務上風機的運用，通常其操作點並不是最佳效率點，換言之，風機是在其效率較低的條件下使用，無法達到設計者所要達到省能目的，FEI即是試圖解決這樣的盲點，風機選用是根基於相同操作點之風量與風壓來決定，只有滿足這些特定條件，且有較佳能效的風機才會被選用，這有助於更好地選擇風機類型和尺寸，節能也才會被真正實踐，FEI與FEG相較，FEI可讓消費者更清楚明瞭所使用之風機的能效等級，對於風機的設計者也將更有彈性，法規的執行更為簡單可行，也更能達到省能的目的。FEI 目前仍由 AMCA 和美國能源部 (DOE) 共同推動和制訂成為聯邦法規的階段，儘管如此，美國一些州已考慮採用此一指標，AMCA 的最終目標是提交給 ISO，並建議將FEI訂定為國際標準。

Abstract

The AMCA 208 standard is a new fan energy index (FEI) set by the Air Movement and Control Association (AMCA). FEI is a revolutionary new fan-efficiency metric. It is different from the FEG (Fan efficiency grade) as defined in AMCA 205, and is also different from the FMEG (Fan motor efficiency grade) adopted by the European Union and ISO. Both FEG and FMEG are based on the fan’s peak total efficiency, but in real application, the fan’s operating efficiency should not just evaluated on the peak total efficiency point. In other words, the fan is used below the peak total efficiency, and cannot achieve its design goal of energy-saving. To overcome such blind spots, FEI emphasizes that fan selections should be based on real operating points. Only those fans meet certain operating conditions with higher efficiency will be selected. The benefits of FEI include clarity for consumers, flexible application for designers, simpler and more feasible for regulatory officials, and more energy-savings. Currently, FEI is in the stage of being promoted and set as a regulatory code by AMCA and the U.S. Department of Energy (DOE) and not yet being completed. Despite the current status, this metric is considered to be adopted by some States in the US as the appliance energy efficiency code in the preliminary stage. The AMCA’s goal is submit FEI to ISO and set as the international fan efficiency standard.

前言
風機廣泛應用於工業及商業上，工業上的應用以製造生產及建築物通風為主，商業的應用，很大部分的係用於空調的運轉，依據美國馬達動力系統省能方案研究資料，顯示工業用電中風機就佔16%[15]，由此可知風機對於能源的消耗相當龐大，然而風機又是工商業中不可或缺的一個關鍵單元，對於能源短缺的今日，風機能效的提升更顯重要，緣此，AMCA 與 ISO 陸續皆公佈了AMCA 205與ISO 12759風機能效等級的標準[4,5,6,7]，AMCA 205以FEG (Fan efficiency grade) 作為風機能效分級，ISO 12759以FMEG (Fan motor efficiency grade) 作為風機之能效分級，AMCA將風機能效分為11個等級，該規範對風機的分類做了大幅度簡化，直接採用葉輪直徑進行風機之分類，以軸效率訂定風機的能效分級，該分級並未包含馬達，ISO則是含驅動風機運轉之馬達、變速驅動器(Variable speed device，VSD)、皮帶等元件之整體效率，將常用風機分不同類別進行能效分級。理論上，不管使用哪種分級標準，選用具有最佳效率之風機，當可達到節能的設計目標，然實務上，卻沒有達到預期的效果，因為不管FEG或是FMEG皆是採用最佳效率點，但最佳效率點，卻不是風機的操作點，圖1為典型的風機性能曲線圖[11]，圖中紅虛線為風機的效率曲線，其風機的最佳效率點是在紅虛線最高處，標示為綠色的圓圈處，但實務上，風機操作點卻是系統曲線與風機曲線的交接處，此時之最佳點卻是落在紅虛線之紅圓圈處，該操作點的效率與最佳效率點存在有一定的能效落差(efficiency gap)，這就說明了為甚麼有時選用了較佳效率的風機，但卻沒有達到省能的目的。AMCA注意到先前的風機分級所存在的盲點與能效落差，進而發展出新的能源指標FEI，該指標是根基於操作點，也就是風壓與風量條件一樣的情形下，比較風機的耗能[1,2,3,8,10,11]，例如有些風機可能在低壓、高流量的情況下有極好的效率，但這並不代表該風機於高壓條件下操作，也能有相同的性能，因此，惟有在相同操作點之特定條件下，選擇所需的風量與風壓，方可能達到所設計的效率目標。相反地，目前常用的指標，稱為風機效率等級（FEG），設計人員根據FEG能效標準所選用的風機，往往達不到節能的目的，例如，設計者根據標準，選擇符合FEG效率之風機，其效率為 85%；然而，當應用於實際條件時，風壓與風量符合實際需求時，該風機卻只能以71%的效率運行，明顯產生能效的落差；FEI可使設計人員根據風壓與風量選擇具有滿足這些特定條件的風機，如此，風機可以在所需的風壓與風量條件下操作，且確實可以 85% 的效率運行。