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熱死了!冷氣怎麼開最舒服省電?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2016/08/30 ・2474字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 536 ・七年級

本文由工業研究院委託,泛科學企劃執行

你能想像不開冷氣在這樣的天氣辦公嗎?平均溫度幾乎天天飆破攝氏 37 度的夏日,冷氣成為人人必需品,但一邊開冷氣、一邊收帳單任誰都會手軟,夏日用電高峰期間,也讓人更想要找出自己的一套省錢方案。有人喝冰涼飲品帶走身上的熱;有人冷氣電風扇雙管齊下,擴大冷氣效益;也有人乾脆全身塗滿清涼劑,希望藉此解身體的熱。花招百出都是想在舒適、省電與省錢間取得最佳平衡。

前陣子網路上出現「冷氣開除濕較省電」的說法,提到如果同時考慮相對濕度,「維持溫度在 30 度、相對濕度 55% 以下」,或是「維持溫度在 32 度、相對濕度 50% 以下」,舒適度應該在可接受的範圍,根本不需要開冷氣。但真的是這樣嗎?影響人們感覺「舒適」的因素到底有哪些?

我們帶著問題找到工研院綠能所研究員江旭政博士,想要一探究竟,到底「舒適」和「省電」間有沒有可能平衡?

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節電1
photo via bark@flickr, CC License

在討論網路說法之前,我們要先了解兩個重點。

重點一:不只溫度和濕度會影響「舒適度」

影響人體舒適環境的條件可分為外在的「環境影響參數」與自身的「人體影響因素」兩大類,前者包含空氣溫度、平均輻射溫度、風速與濕度;後者則分為活動量 MET(Metabolism)與衣著量 CLO(Clothing Value)。

活動量:又稱人體的新陳代謝率,單位為 Met,1 Met = 58.15 W/m2(身體表面積)。成人的平均表面積約為 1.7 m2,因此 1 Met 的新陳代謝率會驅使約 100 W 的熱量散發於體外,運動狀態中最高可達 10 Met、睡眠狀態通常只有 0.8 Met,坐姿工作則約 1 Met。

衣著量:1 Clo = 0.155 m2 ℃/W,夏季輕裝約為  0.5、一般冬裝約 1.2。

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以上因素皆會影響人體對環境感覺舒適的程度。

PMV / PPD 則是常見用來衡量溫度舒適度的指標,PMV 即預測平均表決(Predicted Mean Vote),表示人體對環境冷、熱的感受;PPD 則代表預測不滿意百分率(Predicted Percentage of Dissatisfied),指此狀況下有多少百分比的人會感到不舒適。

節電2

重點二:約從 28℃ 起,人體開始以「排汗」為散熱機制

你或許學過,人體散熱機制有三種:對流(佔約 30 – 40%)、熱輻射(30%)與蒸散(30%)。

仔細點解釋,假設熱輻射先不考慮,低溫時,我們主要以「對流」散熱,將熱度從較高溫的人體對流至較低溫的空氣中;當外界溫度高時,則會透過發汗與呼吸「蒸散」體內熱度。而蒸散的速度又與「相對濕度」有關,相對濕度越高,發汗速度就越慢,也更容易覺得熱。

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了解以上兩個重點之後,我們來看這張美國冷凍空調學會(ASHRAE)提出的舒適範圍表格(Thermal comfort chart):橫軸為溫度、縱軸是絕對濕度(每公斤空氣中有幾克水),圖中曲線代表相對濕度,深灰色區域則是人們能感到舒適的範圍。

節電3
舒適範圍圖表。圖/HPAC

顯然 30-32℃ 並沒有落在舒適區,而人體在此溫度下也以「蒸散」——也就是以流汗的方式——為主要散熱機制,想嘗試此方式的人恐怕得考慮到這點。「將相對濕度控制在 50% 以下」這件事,的確有助於汗液的蒸散,但是台灣是海島性氣候、經年較潮濕,要用一般的空調系統將相對濕度降低至 50% 以下是相當困難的;這樣的高溫下,恐需搭配 1 m/s 以上的風速(於戶外或採自然通風建築較尋常),才能達到舒適性。

當你把冷氣調成「除濕」……

回到冷氣該怎麼開的問題。既然相對溼度是影響舒適度的因素之一,那我們使用「除濕」功能,應該能舒服又省電吧?

事實上,這和冷氣的鰭管(fin tube)設計與空氣流速有關。

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一般來說,開啟「除濕」功能時,冷氣的風速會變慢,好讓空氣更緩慢地流經被冷卻的鰭管(也因此出風口的空氣溫度會更低),充分的交換熱量確保有更大量的水氣被冷凝為水珠,更能降低室內濕度。如用下方空氣性質圖來說明,就是空氣被冷卻後離開鰭管的溫度(cc)越靠近 100% 飽和線的露點(cadp),則除濕量越多。

空氣性質圖。圖/ASHRAE Journal

然而,冷氣的鰭管有其限制,圖中也可看到,低溫處的曲線平坦、斜率較小,意思是要降低更多溫度才能再調低濕度,這時冷氣的出風溫度也會變得太冷。越冷的空氣沉降速度越快,加上風速慢,不利於室內空氣均勻分布,可能更容易產生「離冷氣近的人冷得穿外套,離冷氣遠的人熱得搧風」的情形,對於提升整體舒適度不見得有利。

為什麼開 26-28℃ 最省電?

冷氣透過壓縮機將熱氣排出,因此室外與室內溫差越小,用在消耗降溫的電力就越少。而再次請出「舒適範圍表格」,在冷氣可以達到的最低相對濕度 50% 下,又符合舒適區條件的最高溫度就是 26℃ – 28℃。

不過,粗略量化人體感受溫度的舒適指數,過程仍有許多假設和簡化,終究只能作為「參考值」,到底準不準,可能還是得回歸各人對溫度的感受最直接真實。聊到這,江旭政博士笑說網路上也有 PMV / PPD和舒適度量表,只要輸入溫度、活動量、衣著量等數值,就可測出這樣的因素組合到底是否舒適,大家不妨自己玩玩看囉!

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炎熱的夏天不外乎想在舒適的環境下又能減少用電,不論是冷氣或是其他家庭節電手法,歡迎至節約能源園區做進一步的了解。


PMV / PPD 和舒適度量表範例:

進入舒適度計算網站:CBE Thermal Comfort Tool,原來預設參數:風速 0.1 m/s, Met = 1.1,在 26℃ 時仍會在舒適區域內。

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若其他條件不變,將溫度調至 28℃ 時,則會偏離舒適區域。

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節電6

示範預設參數:提高風速至 0.3 m/s,可以在 28℃ 時拉回舒適區域!這也回應用個小風扇可以讓空調環境既節能又舒適。

節電7

 

資料來源:

  1. Robert Bean(2013), Formulas For Success, HPAC.
  2. S.A. Sherif(2002), Overview of Psychrometrics, ASHRAE Journal.
  3. 舒適度計算網站:CBE Thermal Comfort Tool
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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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真的需要開冷氣?空調的發明與代價——《跳出溫度舒適圈》
商周出版_96
・2022/10/30 ・5465字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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  • 作者 / 林子平
美術館內的藝術品。圖/跳出溫度舒適圈

我隨著一排長長的隊伍,進入一個幾乎密閉,只能容納不到十五人的小房間。裡面燈光昏暗,人們站在一張筆記本大小的圖紙前,屏氣凝神地端詳。

在英國國家美術館(National Gallery)內,一個偌大展廳中隔出的狹小空間裡,展示著達文西早期珍貴的鉛筆手稿。為了避免破壞手稿,得要用一種特殊的光線照射,泛黃的紙張上才能浮現依稀模糊的字跡及線條。

「欸,光線這麼弱我看不清楚啦!」一旁的小兒子輕聲地跟我說,我費盡唇舌向他說明,這種年代久遠的作品,很容易受到紫外線及溫溼度的影響而毀損,需要細心呵護。「你看牆上那個溫溼度計,」我向他說,「從我們進來到現在,這個數值始終維持不變喔,這是一個精確控制的恆溫恆溼空間,來保護珍貴的藝術品。」

「藝術品?」兒子滿臉狐疑地問:「臥室的冷氣機不就是控制在固定的溫度嗎?上次我搭隔壁三叔公的車子,前後左右的四個座位還可以設定不同的溫度呢!」

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他咧著嘴笑著說,「那我們也算是珍貴的藝術品吧!」

空調的發明不是為了人,會涼也只是副作用

空調一開始並不是為了人而設計的,和美術館的那個小房間一樣,當時也是為了紙張,而設計出全球第一個空調系統。

1902 年,一間位於紐約的印刷工廠,正經歷著前所未有的炎熱潮溼夏季。雜誌出版在即,卻因溼度太高使得紙張扭曲變形,油墨無法精準地印在紙上,公司便聘請了一位工程師來解決這個問題。

這位年輕工程師開利(Willis Carrier)發明出一個系統,讓冷卻的氨水在封閉的金屬盤管上持續循環,當空氣被風扇抽入而接觸到低溫盤管時,空氣中的水分就會凝結在極低溫的盤管上,並排出室外,使空氣的溼度降低。

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就像是我們把一杯手搖冰飲放在桌面,過了一會兒,杯子外緣就會布滿凝結的水滴一樣,開利就是應用這個簡單的降溫除溼原理,成功地解決工廠內溼度過高的問題。

水氣凝結使空氣中的溼度降低。圖/envato.elements

然而,他發明的這個空調系統有個副作用:會使空氣變冷。就像是一個很小的房間內如果放了上千杯冰飲,而且持續用電風扇吹,室內氣溫當然會略微下降。

從這一刻起,他滿腦子思考著如何利用這個副作用幫他創造商機。他把服務的對象從「紙」變成「人」,開始四處推銷他的產品。商場、劇院、車廂、辦公室開始設置空調,成為工作及娛樂場所中的奢侈品。他更刻意把空調產品跟創造更好的工作效率、更高品質的服務、可以帶來更高收益等價值連結在一起,讓業主願意花錢來採購他設計的空調。

但開利並不以此自滿。在 1929 年的一次演講中,他這麼說:「夏季的空調和冷卻可能會成為一種必需品,而不是奢侈品。我們必須終結這個無法降溫,讓人們不舒適的黑暗時代。」聽來像是蝙蝠俠在《蝙蝠俠:黑暗騎士》中對邪惡小丑的宣戰。

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後來,在 1940 年代的報紙上,出現了史上第一則窗型空調廣告,標語是這麼下的:「你為什麼要再忍受?這台冷氣機以前所未見的低價讓你涼爽舒適!」這宣告了空調即將走入一般的住宅─由生活的奢侈品,成為了必需品。

吹冷氣要付出什麼代價?

經濟學家認為洗衣機的發明,可以讓婦女從繁重的家務勞動中解脫,間接提高婦女在家庭和社會的地位,也增加了在外工作的機會。那空調呢?新加坡前總理李光耀在接受記者詢問新加坡成功的因素,是這麼回答的:「空調對我們新加坡來說是最重要的發明,也許是歷史上指標性的發明之一。它使熱帶地區的發展成為可能,改變了文明的本質。」[註 1]

空調和洗衣機一樣,成了居家生活必需品。不過一個家庭大概只需要一台洗衣機,但空調則可能隨著房間面積及數量的增加,設置的數量愈來愈多。

空調能帶給人們涼爽與舒適,這有什麼問題呢?

第一個問題是耗電。家庭中每種電器都可依據它的「功率」和「使用時間」來推估它的耗電量。功率以瓦(W)為單位,數值愈大表示這項電器愈耗電。使用時間則以小時(h)為單位,用愈久則總耗電量就愈多[註 2]

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一般家電使用的特性是,功率小的使用時間長,功率大的使用時間短。例如較省電的電風扇(23 瓦),日光燈管(28 瓦)的使用時間就很長。而只要是涉及溫度改變的電器都會比較耗電,例如吹風機(1,000 瓦)或電鍋(700 瓦),不過,因為使用時間不長,對於住家的總耗電量影響其實不大。

空調是非常特殊的一項電器:不但功率高,使用時間又長。以一般家庭 4 坪大的主臥房來推估,冷氣機的功率約是 500 瓦,如果你睡眠 8 小時都開啟,再考量冷氣並不是所有時段都是全力運轉,就以 6 小時計算好了,耗電量就是 3 度,與吹電風扇 8 小時的用電量(0.5 度)相比,耗電量就差了 6 倍。

第二個問題是排熱。能量不滅定律告訴我們,能量既不會憑空產生,也不會憑空消失,它只會從一種形式轉化為另一種形式。空調這部機械,也不過就是把室內的能量搬運到戶外而已。室內有多涼,戶外就會有多熱。

如果台北市全部的住宅同時開啟空調,就相當於同時有300萬支的吹風機往外排熱[註 3],如此一來,都市能不熱嗎?

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博物館的藝術品都需要調控溫度來保存,人們同樣也追求活在舒適的溫度裡。然而冷氣最初卻不是為了人類而發明......
現代家家戶戶都裝設冷氣。圖/envato.elements

更嚴重的是,這是一種惡性循環。隨著戶外氣溫上升,人們使用空調的時間愈長,室內冷卻的需求愈大,空調的排熱量就愈多,導致戶外氣溫又再度上升。這個循環也導致用電量增加、戶外舒適性惡化、都市熱島效應等問題,形成一連串的連鎖效應。

裝設冷氣前先評估一下效益

開利發明空調的那年,也是愛因斯坦發表狹義相對論的年代。

炎炎夏日中,對大部分的人而言,空調帶來的價值應該比 E=mc2 來得重要許多。空調是一個劃時代的偉大發明,讓我們能在高溫的氣候環境下享受舒適的室內氣溫,但你有時也會擔心用電、排熱對環境的衝擊,以及長時間待在冷氣房內對於健康的影響。

讓我們先仔細回想一下空調的發展歷程,一開始是為了重要物品及機具的乾燥及冷卻,而後轉變成公共空間的價值創造,最後則走入住宅成為民生必需品。

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因此,在我們裝設冷氣前,得先思考目的是什麼,以及評估可能帶來的效益及問題。

在一些公共空間,像車站開放的等候大廳、挑高空間,辦公室的等候區、茶水間、走廊,或是住宅大樓一樓的門廳、住家內開放式的廚房餐廳等。只要不是人會長時間待著的地方,或是具開放性、有流動的人潮,都應謹慎思考空調裝置的必要性。

這類的空間因為具有開放性,冷氣容易溢散,也很難確實規範使用者開關門窗的動作,開冷氣的降溫效果不彰。如果這些空間建築外殼又設計得不好,例如玻璃面太大、開窗方向不對、缺乏良好的遮陽的話,那更是能源殺手。

大廳等開放空間應謹慎思考裝設冷氣的必要性。圖/envato.elements

這類空間一旦裝了空調,人們就會想要開啟使用,導致過度耗電。我們不妨先預留安裝設備的可能性,等到確實有需求的時候,可以採用局部空調的方式,把冷氣吹到人會停留比較久的地方,例如車站的剪票口及候車室。這就像是在看書時只需要使用小檯燈做局部照明,不需要開啟天花板上大量的背景照明一樣。

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開啟空調前你該確認的三件事

人不是藝術品,不需要精確控制的恆溫恆溼空間。人體原本就有自動調適氣候的能力,我們可以試試用前面幾個小節所談的方式取代長時使用冷氣,也許有助於解決這些矛盾焦慮。在你按下冷氣搖控器上的啟動按鈕之前,我要提醒你該確認三件事。

第一,你是「想要」,還是「需要」吹冷氣呢?

當室內的高溫已經超出人體所能負荷的狀態,你當然需要開啟冷氣。如果在盛夏時,室內窗戶已經打開,卻還是一直維持在 30℃ 以上,你又必須停留一段時間,或是你已經大量流汗覺得不舒適,那就有開冷氣的必要。

不過,有時室內不是很高溫,但會讓你「想要」吹冷氣,只因為你期待室內比戶外再涼一點[註 4]。這個狀況常出現在春天及秋天的時候,為了要使室內氣溫低於戶外氣溫,你得設定很低的氣溫才能滿足期待,造成不必要的空調能源浪費。如果是這種狀況,你應該先開個風扇坐一會兒,也許就會逐漸適應室內的氣溫。

第二,目前室內和戶外的氣溫如何呢?

人對熱舒適的感受並不可靠。因為它夾雜著生理(例如剛運動完或靜坐)以及心理(例如經驗及期待)的影響,光是憑冷熱感覺決定要不要開冷氣,也許不太可靠。

相信溫度計吧,最好是擺在靠近你的位置,讓它真實地呈現目前的氣溫[註 5]。如果都還在 29、30℃ 以內,其實吹個風扇都還能讓你在舒適範圍,未必要開冷氣。

戶外的氣溫也很重要,打開窗戶感受一下吧。如果你感覺戶外氣溫比較低,也還算舒適,代表你不需要開冷氣,應該開窗,讓涼爽的氣流進入室內,帶走室內空氣及牆面、家具表面上的一些熱量。如果你發現戶外氣溫已高於室內,而且室內氣溫也高出舒適範圍,那就是關窗開冷氣的時機了。

適時打開窗戶感受一下外面的溫度。圖/envato.elements

第三,開冷氣時,設定適合溫度、搭配風扇。

參考能源局及台電的一些宣導對策,將空調溫度設定在 27℃ 左右,搭配電風扇使用,也許還能再調高1℃,仍可以大致滿足人體對熱舒適的需求。

在住家要開冷氣時,為了確保空氣品質,記得略開一個小縫,5 到 10 公分就好。這樣就有可能達到 3-5 倍左右的換氣量,室內氣溫也不會明顯增加,是能兼顧節能及健康的策略[註 6]

開冷氣前,記得確認這三件事,想清楚,再按下冷氣搖控器上的開關按鍵。

另外,在公共空間覺得太冷時,你可以勇敢地向管理者表達:「現在氣溫會不會太低啊,有點冷呢。」既表達了使用者對於熱舒適性的看法,也提醒管理者多加留意室內氣溫是否適當。

即使開冷氣,也要確保舒適健康,拒絕低溫勒索。

消暑涼方 12:開冷氣前,先開窗並適應室溫。開啟後,要設定適中溫度並配合風扇,窗戶略開一個小縫,能增加換氣確保空氣品質。

註釋

  • 註 1: 在一次受訪中李光耀表示,沒有空調時人們只能在涼爽的清晨或黃昏時分工作,他提到,他成為總理後做的第一件事,就是在公務員工作的大樓裡安裝空調,這是提高公共效率的關鍵。話雖如此,依照我自己的經驗,新加坡在許多車站、門廳、學校、餐廳仍是以自然通風為主,辦公室的空調溫度也不會設定得很低—如果和香港相比。香港一位建築系教授告訴我,香港全年最冷的地方就是夏天的辦公室內!
  • 註 2: 以功率 1,000 瓦(1kW,常稱「瓩」,這字得念「千瓦」,注音輸入法打不出來,還好我念大一的時候學會用倉頡)的吹風機為例,它使用 1 小時的電量是 1 瓩時(kWh),也就是電費單上會看到的 1 度電,依台灣現行的電價,大概是 2.5-3.5 元左右。當然你吹風機不會使用這麼久,如果使用 6 分鐘(即 0.1 小時),大概就用了 0.1 度電。
  • 註 3: 依洪國安博士空調實務經驗,並參閱知名品牌的空調耗電資料,以前面提到的那間主臥室配置的空調瓦數當基準的話,4 坪大的主臥房,大概配置 500 瓦空調,每坪因空調而排出的熱量大概是 125 瓦。依戶政資訊統計,台北市 105 萬戶,每戶 44.9 坪計算,假設有一半的空間設置空調,則全台北住宅的空調容量為 2,946,563 kW,如果同時開啟,相當於 2,946,563 支的吹風機往外吹。
  • 註 4: 這是一場在你心中悄然進行,關於「經驗」及「期待」熱舒適的內心戲。你也許有這樣的經驗,一進家門,你覺得室內氣溫比戶外高,就馬上開了冷氣。結果待了一會兒發現不會涼,才發現冷氣的搖控器是預設 27℃,而室內原本的氣溫比 27℃ 還低,你得再把設定溫度調低一點,冷風才會吹出來。這是因為身處台灣長期高溫的經驗,你期待有涼爽的感受,也預期室內應該要比戶外低溫。當這個期待落空,你就會想再降低氣溫—即使當時還算舒適。
  • 註 5: 冷氣機上的溫度,通常顯示的是空調回風的氣溫;搖控器上的溫度,顯示的是你想設定的室內氣溫,也就是壓縮機停止的溫度,這兩者都不是真正的室內氣溫。
  • 註 6: 依成功大學建築學系潘振宇老師的實測經驗,當室內空調溫度設定為 27℃,在夏季,如果窗戶密閉,只有門縫的間隙風時,換氣次數大概只有 0.1 到 0.5 次;如果窗戶開一個 5 到 10 公分寬的小縫,則入風口面積約有 75 公分乘以 10 公分左右,出風靠門下縫 120 公分乘以 1.5 公分,經估算換氣量可達到 4 倍多。此時室內氣溫只略微上升約 0.4-0.7℃,在確保室內換氣情況下,也不致於影響室內舒適及用電。

——本文摘自《跳出溫度舒適圈》,2022 年 9 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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HOW TO 一直玩一直玩還能智慧省電?@宜蘭傳藝園區
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/09/10 ・1701字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

本文由 宜蘭縣政府環境保護局 委託,泛科學企劃執行

將傳統紅磚街屋、廟宇完整復原,重現台灣過去生活精髓的宜蘭傳藝園區(以下簡稱傳藝園區),腹地廣大,讓遊客能盡情來場穿越之旅。但你是否曾想過,占地 24 公頃的園區,光是準時開關電源空調就是個大挑戰,而在講究節能減碳的今日,又該怎麼做才能一直玩一直玩還能智慧省電呢?

加入「能源管理系統」智慧省電

過去對於電源的管理,只能以人工巡園的方式,一個個手動開關,耗時耗力。為了改善效率及節能,負責營運傳藝園區的全聯善美的文化藝術基金會,自 2017 年起陸續規畫更新。如今傳藝園區完成「能源管理系統」(Energy Management System, EMS)的建置,將電燈、冷氣等電力設備全都連上光纖網路,再傳送到中央管理系統,讓工作人員只需在辦公室內遠端遙控,不但大幅減少作業時間,更能有效節電,達到節能減碳的效果。

「能源管理系統」其實就像是管理用電的自動記帳秘書,基礎功能就是分類電力的流向,協助用戶管理能源。除了用在占地廣大、用電量大的各種場地,其實一般住宅也能導入類似的系統,像是智慧電表,讓使用者可以隨時掌控自家的用電情況。了解用電情況後,要如何才能達到節電以及多數人最在意的省錢目的呢?讓我們繼續看下去吧!

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即時記錄用電資訊,節能計較到分分秒秒

對於多數人來說,通常要等到電費單出現,才能知道當月電費的支出總金額。如果能引入「能源管理系統」,任何一台電器每分鐘支出的電力都會被詳實記錄。

以傳藝園區舉例,導入「能源管理系統」後,所有電錶數據會自動匯入並做成圖表及資訊報表,方便工作人員快速找出異常耗能,分分秒秒都能計較;此外,內建的警報系統也可讓園區用電量超過警戒值的時候發出提醒。

自 106年以來,根據傳藝園區的統計指出,使用能源管理系統後,光是冷氣的部分,一年減少運轉的時數約180小時,平均一年可省下將近 10萬度的電量,一年節省了 30.9萬元。

其實過去也有類似例子,2011年國立中央大學與國外廠商合作,透過系統自動控制整棟行政大樓的照明及空調設備,省掉效能達到 40%,相當於一年省了 12萬度電,33 萬元的電費。

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空調照明即時調整,環境舒適又省電

如同開頭所提,過去透過人工巡園的方式開關電源,一天必須耗掉近 2 小時,且要是遇到緊急狀況,例如雷陣雨突襲導致天色瞬間轉暗,園區無法及時開燈。如今導入「能源管理系統」後,能透過排程與遠端遙控兩種方式來處理,工作人員不用親臨現場就能完全掌握電源開關,方便又及時。

目前傳藝園區就透過該套系統,也算出最省電又有效的「黃金時間」,排定開園前 12 分鐘開空調,讓遊客一進場就感到舒適,也不會浪費電。

抓出耗電小壞蛋!汰換老舊器材

透過能源管理系統的資訊報表,工作人員能一眼就看出用電狀況,把特別耗電的小壞蛋抓出來,進而將老舊電器更新,就可省下許多不必要的電費。

舉例來說,單單將傳統燈泡更換為省電燈泡,其實就能省下不少電,本次傳藝園區除了安裝能源管理系統,也一併更新了許多過去老舊的燈泡、空調設備等。而 2015 年基隆市將 8成以上的水銀路燈都改為 LED燈泡,以七堵區換裝 4818 盞 LED 路燈後,一年的節電效益可達 719.9萬度電。

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新竹市 2015 年也從集合式住宅公設的照明系統更新下手,配合用電行為改變,在住宅部門達到了 2.11%的高節電率。台中市同樣也將公有停車場、公有市場等場所的燈具改為 LED燈,一年大幅節省 14萬度電。

透過第一期的智慧省電系統導入,傳藝園區除了提供遊客最舒適的傳統文化體驗,也達到節能減碳目的。而遊客最能直接感受的好康,就是能準時享有被譽為「最浪漫地標」的魚耀隧道美景,這個長達 65公尺的燈廊在夜幕低垂時亮起,魚形倒映在湖面相當夢幻,是近期最夯的 IG打卡景點。

未來也會開啟第二與第三期的能管系統建置,使整個園區的能源管控都智慧化,讓遊客可以一直玩一直玩,還能超省電,享受科技與傳統合作無間。

本文由 宜蘭縣政府環境保護局 委託,泛科學企劃執行

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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