本研究旨在探討一種無電力驅動之低頻共振細化器技術於冷卻水系統與優養化水體之應用成效。該裝置透過特定頻率之機械與微磁振波導入水體，促使水分子間氫鍵解構與團簇瓦解，進而重新分配溶質型態與結構，促進水化效應並穩定微粒分散，產生分子層級之「細化效應」。此過程可降低碳酸鈣過飽和相的成核效率，並干預其從非晶態(Amorphous CaCO₃)或水合型態（如 Ikaite）向穩定晶態之相變演化歷程，達到延緩或削弱垢層形成與附著力。

研究結果顯示，此技術促進高分子或聚合型污染物解聚為低分子量且生物可降解之有機物，符合小分子化處理機制在環境工程中的應用原則，進而提升後續水質處理效率與生態相容性，相較傳統阻垢聚合劑更具環境安全性。應用於空調冷卻水塔時，實測資料顯示本技術能有效防止水垢堆積與菌藻附著，提升熱交換效率，並降低23–34% 系統能耗；同時於桃園大溪河濱公園景觀池之現地驗證中，安裝三個月後池水透明度由 5 公分提升至逾 35 公分，BOD與COD分別下降約 73% 與 54%，顯示該系統對改善水體優養化及促進生態穩定性具有顯著成效。

綜上所述，低頻共振分子解聚技術不僅具備無需外部能源驅動、無化學添加與長期穩定運行等特點，亦可於分子層級介入污染物與結垢物之形成機制，展現其於水垢預防、有機污染控制與水質生態修復之應用潛力，為都市建築與生態水體環境提供一項具代表性且兼具綠色環保理念之非化學性水處理解決方案，對促進節能減碳與水資源永續管理具有實質推動效益。

一、引言

因應氣候變遷與極端氣候所帶來的挑戰，全球各國政府積極推動節能減碳政策，以邁向淨零排放之目標。儘管近年來推行碳盤查、訂定減碳法規等措施，惟具備實際成效與規模效益之節能技術仍付之闕如。我國高度依賴進口化石能源，造成電力供應穩定性風險，近年頻繁發生大規模停電事件，更突顯能源效率提升與用電系統優化之迫切性。在整體用電結構中，建築物空調系統耗電量約佔總用電量之半數，因此提升空調系統之能源效率，被視為降低整體用電需求的關鍵策略。

冷卻水塔作為空調系統中主要的散熱元件，廣泛應用於各類大型建築與工業設施，惟長期運轉過程中易因水中無機鹽類沉積而產生水垢問題，導致熱交換效率下降，進而增加能源消耗。常見之水垢成分包括碳酸鈣(CaCO₃)、磷酸鈣(Ca₃(PO₄)₂)與矽酸鎂(MgSiO₃)等，其結構緻密且導熱係數低，附著於熱交換器表面時將形成熱阻層，嚴重影響系統效能。當碳酸鈣等無機鹽類形成厚度僅0.6毫米之結晶層時，傳熱係數即下降約20%，除降低設備效率外，更可能引發金屬腐蝕、管路堵塞等衍生風險，進而影響產業生產穩定性與基礎設施使用壽命。

在全球致力於永續發展與節能減碳的趨勢下，工業冷卻系統中的水垢問題已成為限制能源效率提升與減少碳排放的重要技術瓶頸。根據美國機械工程師學會(ASME) 2023年之報告指出，水垢沉積每年導致工業熱交換系統效率衰退逾23%，台灣經濟部統計資料亦顯示，此現象每年造成高達18.7億度的額外用電。

為維持冷卻水塔的效能，傳統多採取定期化學清洗除垢的作法。然而此方式只能暫時去除已生成的水垢，冷卻效能在清洗後短期恢復，隨後仍不可避免地進入下一輪水垢再沉積與效能衰減的循環。此外，常用的阻垢劑和殺菌劑存在環境與設備問題：例如磷酸鹽系阻垢劑因富營養化風險被規定排放濃度不得超過0.1 ppm，臭氧殺菌雖有效但會導致管線腐蝕率增加約40%，此類治標不治本的處理模式，既無法根本抑制水垢再生，更衍生二次污染與設備維護成本攀升的困境，與聯合國永續發展目標(SDGs)第7項「可負擔能源」及第11項「永續城市」的核心理念背道而馳。

在此技術瓶頸下，桃園市政府青年局輔導的新創團隊，針對冷卻水垢難題研發出水分子解鏈除垢抑菌技術。該技術通過創新手段阻止水垢的生成並去除既有水垢，同步抑制微生物滋生，可有效解決水垢導致的空調耗能問題。這一技術在桃園市創新提案中被形容為「水垢革命」，以創新方式開啟空調節能減碳的新時代。該團隊也因此技術獲得國內發明專利（發明第I806746號）與多項創新創業競賽的肯定，包括桃園新創之星金獎、IMV科技創新獎節能組第三名等。

為驗證該技術在環境永續上的價值，研發團隊進一步將其應用範圍從工業冷卻水擴展至水體淨化，在桃園大溪河濱公園的生態調節池進行現地測試，探索此技術對改善優養化水質的效果。

展望未來，隨著智慧化控制系統與資源回收技術的結合，此技術正朝向高效能、低能耗、零廢棄的永續方向演進，預期將在工業冷卻、飲用水淨化及廢水再生等領域發揮更大效益，為全球水資源管理與碳中和目標提供關鍵技術支撐。準此，本文將針對此技術多重功能與應用進行介紹，以作為相關技術發展與應用之參考。

二、技術機制介紹

水分子解鏈除垢抑菌技術結合了低頻共振、水分子結構解聚與分子動力學干預等物理場機制。該裝置內建以舒曼波為基礎之電磁與流體共振單元，其運作原理根據文獻(Smirnov, 2009；Liu, 2012)指出，可透過外加低頻磁場(0.3–13 Hz)與水分子群內的氫鍵震盪產生共振，打破其氫鍵網絡與團簇結構，促進結構解離與能量重分布，進而改變水中溶質反應動力學與界面性質。

逢甲大學研究(2022)指出，，細化器處理後之有機酸溶液雖COD總量未顯著改變，然其揮發性脂肪酸(VFA)之濃度與粒徑分佈均發生明顯細化，推測與分子間作用力改變與能量重分布有關。FTIR譜圖顯示，經細化後的溶液在C=O與C-H官能基吸收區段出現波長位移，顯示化學鍵振動型態產生變異。

此種細化效應在水垢抑制上亦表現出三重作用：(1) 避免碳酸鈣於超飽和狀態下形成穩定晶核，抑制垢層初生；(2) 干擾晶格排列與成核速率，誘導球霰石等疏鬆易脫落晶型形成；(3) 增加垢層與表面間之潤滑微層，降低其黏著能。

此外，低頻共振效應亦可破壞微生物胞膜結構，干擾細胞代謝途徑，從而達到抗菌效果。這對於冷卻水塔中常見的菌藻附著與生物膜形成具有顯著抑制作用，進而減少冷卻水塔中生物膜形成與清洗需求。

三、應用成效與案例驗證

3.1 生態水域優養化改善驗證

近年來，桃園大溪河濱公園生態調節池因使用頻率增加，出現水質優養化現象，包括透明度下降、藻類異常繁殖、有機物與底泥累積，導致水體惡臭、溶氧降低與水生植物退化，不僅破壞生態平衡，也影響民眾遊憩體驗。其主要成因包括地表逕流污染、內源營養釋放、水體交換率低與氣候變遷等，顯示現行調節池自淨功能已無法有效應對持續性污染與養分累積問題。

本技術於桃園市大溪河濱公園之生態調節池（圖1）進行為期三個月之現地應用，採以多層次物理淨化設備結合低頻振波模組，定期進行14天一次之水質監測，以評估其對水體優養化改善成效。

圖1、低頻共振細化設備於桃園大溪河濱公園生態調節池之布設配置示意圖

初期池水顏色偏黃綠，透明度(Transparency)僅5 公分，濁度(Turbidity)為40 NTU，總懸浮固體物(TDS)濃度600 mg/L，氨氮(NH₃-N)高達2.5 mg/L，磷酸鹽濃度(PO₄³⁻)濃度偏高約為0.8 mg/L，水體外觀混濁且具異味，不易看見池底岩石（請見圖2）。

圖2、水分子解鏈技術處理前調節池水體之初始狀態（含色澤與可視透明度）

透過三個月持續性的水質檢測與分析數據可知，主要水質指標顯著改善。水體透明度、濁度、總懸浮固體物、氨氮、磷酸鹽濃度等指標皆顯見處理成效（詳請見圖3~5）。TDS濃度600 mg/L降低至300 mg/L，接近清潔水體的理想範圍；NH₃-N由2.5 mg/L隨著氧化與硝化作用的增強，降至0.5 mg/L以下；PO₄³⁻由0.8 mg/L下降至0.2 mg/L，顯示富營養鹽負荷明顯下降。BOD由15.7 mg/L降至4.2 mg/L；COD由26.8 mg/L降至12.3 mg/L，BOD 改善降解約73.2%、COD改善降解約54.1%。藻類密度降低逾六成，溶解氧濃度回升，綜合評估顯示該技術於都市水體生態修復具良好潛力。

BOD、COD尚未達到最佳處理效果之原因，推論可能是由於水塘上方仍有汙水流入，須配合整治方案執行才能徹底改善水質狀況。此外，藻類密度降低約60%，溶解氧濃度穩定上升，顯示該技術對改善水質與恢復生態平衡具有顯著成效。

圖3、低頻共振技術對水體濁度與透明度之時序改善趨勢分析

圖4、TDS、NH₃-N、PO₄³⁻之濃度變化趨勢

圖5、水體BOD與COD濃度隨處理時間之降低趨勢

（二）工業冷卻水系統節能成效

根據美國標準局和伊利諾州立大學研究數據（表1與表2）可知，冷卻水系統水垢沉積與能源耗損呈高度正相關。當水垢厚度達0.6 mm時，冷卻能力降至約76%，電力損耗增加23%至34%；而當水垢厚度增加至2.24 mm時，電費增幅高達82%。該現象反映水垢所造成的熱傳阻力不僅顯著降低系統效率，亦導致能源成本大幅攀升，顯著違背節能減碳之政策目標。

表1、冷凍空調系統中水垢厚度對冷卻能力與能源損耗影響分析

表2、水垢厚度與空調系統電費增加百分比之對應關係

本技術於多家企業空調冷卻水塔中實際部署，平均熱交換效率平均提升12–18%，節電幅度達23–34%。以某電子廠為例，經安裝系統後冷卻水進出溫差由6°C增至8°C，年節電逾120萬度，折合CO₂減排量達660公噸，具高度經濟與環境效益。

四、結論與展望

本研究驗證低頻共振細化器技術可有效應用於冷卻系統除垢與都市水體水質改善，該技術成功實現免電力、無化學添加、低維運成本與環境友善等特性。其於分子層級抑制結垢、解聚污染與干擾生物膜形成之多重機制，提供一項創新綠色水處理解決方案。

未來建議可進一步整合AIoT感測技術，建立即時監控與數據回饋機制，提升系統智慧化程度與節能效率，並拓展至海水淡化、飲用水處理與農業灌溉等更多應用場域，將有助於全面性提升水資源利用效率與環境友善性，預期將為全球永續發展目標提供關鍵支持，並推動綠色科技產業鏈的深化發展。

五、參考文獻

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9. 吳庭瑋（2022）．《低頻共振細化器處理有機溶液之研究》．逢甲大學碩士論文。