磁浮離心式冰水主機與傳統冰水主機之比較

中 央 空 調 設 備 運 轉 效 率 以 COP ， 及 COP 之 部 份 負 載 積 分 值 (IPLV,integrated part load value)當作性能指標。磁浮離心式冰水主 機與傳統冰水主機優缺比較，磁浮離心式冰水主機壓縮機轉子無油式不 須潤滑，無機械磨擦損耗，無震動及噪音較低約 73 分貝，整體載重量較 輕，運轉效能高且無後續維修保養等費用。傳統冰水主機採用冷凍油冷卻 壓縮機轉子，機械軸承磨擦損耗因素噪音高達 89 分貝，需定期檢查冷凍 油量，定期檢查油管且必須定期更換油及油濾心等保養，如表 2-2 所示。

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表 2-2 浮離心式冰水主機與傳統冰水主機優缺比較表[22]

項目 傳統螺旋式冰水主機 磁浮離心式冰水主機

運轉效能 低 高

運轉耗電量 高 低

機械損耗 高 低

冷凍油填充 有 無

運轉噪音 高 低

運轉震動 高 低

壓縮機體積 大 小

壓縮機重量 重 輕

整體評估 一般 優

2.4 空調系統某公司改善案例介紹 1.空調設備系統說明

(1)測試地點位於新竹地區某生產製造業公司。

(2)建物空調採用中央冰水主機系統供空調冷氣運轉，主機機房位於 B1F。

(3)系統共計設置三台冰水主機，包括:

a.舊有 TRANE 單壓螺旋冰水主機 300RT(由 c.單壓變頻磁浮離心冰水 主機 200RT 取代)

b.雙壓螺旋單變頻冰水主機 300RT

註 1.雙壓單螺旋變頻機(300RT)=150RT*2=300RT

c.單壓變頻磁浮離心冰水主機 200RT 現場照片如圖 2-4~2-6 所示。

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圖 2-4 主機群組現場照片 I(冷卻水側，右為單壓螺旋、中為雙壓 螺旋、左為磁浮)

圖 2-5 主機群組現場照片 II(冰水側，左為單壓螺旋、中為雙壓螺 旋、右為磁浮)

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圖 2-6 主機群組現場照片 III(左為單壓螺旋(舊機)、右為磁浮機取 代)[23]

(4)冰水泵浦共計 8 台，其中一次側 5 台(CHP1~5)，二次側 3 台 (CHP6,7,8)；冷卻水泵浦共計 5 台，分別為 CWP1~5，如圖 2-7~2-8 所示。

圖 2-7 一次側冰水泵浦群組照片(CHP1~5，均為 IE3 變頻專用機種)

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圖 2-8 二次側冰水泵浦與冷卻水群組照片(CHP6~8，CWP1~5，均為 IE3 變頻專用機種)

(5) 電控盤體群組包括電力、控制，含變頻器與中央監控系統模組，

如圖 2-9 所示。

圖 2-9 電控盤體群組(電力、控制，含變頻器與中央監控系統模組) 冷卻水塔設置於屋頂，共計兩座各自為 500RT 之方型式水塔。

(6)系統整體採用中央監控系統調控運轉，包括排程開關機、自動加

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卸載(容調)、排程調整系統 2. 冰水主機效能測試條件說明

(1)新竹地區生產製造業公司某棟大樓為宿舍與辦公室共構建物，使 用特性與一般商辦大樓不同，本大樓使用 1F~3F 辦公區域，夜間則改為 使用 4F~12F 的宿舍區。因此，在日間外氣條件較為嚴苛時(夏季尖峰 100~150RT)，系統之負載較低；而於夜間外氣轉冷時，負載卻較大(夏季 尖峰 300RT~400RT)。由於整體與一般商辦大樓相反，因此冰水主機的運 轉策略與常見之控制模式差異甚大。

(2) 圖 2-10 所示為空調負載初步量測結果所示初步運轉觀察。於上 班日時段，日間系統尖峰負載約為 100~150RT，因此應採用單開一台主機 運轉之方案；而夜間尖峰負載增加至 300~350RT 時，由於遠高於磁浮機 (200RT)之運轉上限，因此可改為單開雙壓螺旋變頻機(300RT)，或同時開 啟雙壓螺旋變頻機(300RT)及磁浮機(200RT)之方式。

圖 2-10 空調負載初步量測結果

(3)系統測試時，以雙壓螺旋變頻機(300RT)及磁浮機(200RT)之運轉

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為主，配合本棟大樓空調運轉特性，大樓宿舍為全天使用明顯負載增加。

以表 2-3 所示為冰機運轉測試模式說明所示全年度依季節與時段選擇冰 機啟動運轉，區分為(春、夏季)上班日間與上班夜間因此運轉方式(春、

夏季)日間上班時段為單開雙壓螺旋變頻機(300RT)，或磁浮機(200RT)，

假日日間與夜間(春、夏季)同時開啟雙壓螺旋變頻機(300RT)及磁浮機 (200RT)，(秋、冬季)上班日間與上班夜間、假日日間與夜間為輕負載，

單開雙壓螺旋變頻機(300RT)單壓縮機 150RT 運轉。

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3. 測試數據分析

(1)300RT 與 200RT 運轉記錄數據係取自現場監控系統所量測與記錄 之數據，包括：

A.各主機之蒸發器、冷凝器水流量(Lines Per Millimeter,LPM) B.各主機之蒸發器進出口水溫、冷凝器進出口水溫(deg C)

C.各主機壓縮機運轉耗電(kilowatt ,kW)

(2)配合量測所得之數據分別計算其他參數，包括

A.各主機運轉逐時性能係數(Coefficient of Performance,COP) B.系統冰水冷凍負載(United States Refrigeration Ton USRT) C.系統冷卻水散熱負載 United States Refrigeration Ton USRT) D.熱平衡數據分析(Energy Balance)

4. 300RT 主機經實驗測試數據進行說明

(1)300RT 主機連續 2 日之數據呈現如圖 2-11 下所示

A.冰水主機量測熱交換器水側水溫(4 個點，包括蒸發器進口、出口、

冷能器進口、出口)如圖 2-11、300RT 主機熱交換器進出口水溫所示下列 短期數據中可知，在測試期間，冰水出水溫度在 13~15deg C 之間，冰水 回水約在 14~17deg C 之間，亦即冰水溫差約為~4deg C；冷卻水則 25~29deg C 及 28~34deg C。

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圖 2-11 300RT 主機熱交換器進出口水溫

B.如圖 2-12 所示為 300RT 主機熱交換器水流量蒸發器與冷凝器冰水 流量日間約為 2250 LPM，夜間增加至 4050 LPM，冷卻水則維持在 3500~3900LPM 之間，測試期間冷卻水流量接近滿載。

圖 2-12 300RT 主機熱交換器水流量

C. 如圖 2-13 所示為 300RT 主機運轉耗電率。所示冰水主機壓縮機 耗電日間約為 20~45 kW，夜間尖峰則為 140~180 kW。

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圖 2-13 300RT 主機運轉耗電率

D.如圖 2-14 所示為 300RT 主機熱交換器熱交換率。冰水主機(USRT，

冰水側稱為空調負載，冷卻水側稱為散熱能力) 系統負載率日間在 100~150 USRT，夜間尖峰則為 300~350 USRT。

圖 2-14 300RT 主機熱交換器熱交換率

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E. 如圖 2-15 所示為、300RT 主機運轉 COP。主機性能係數效能分 析日間則為 9.0~11.0，夜間則為 7.0~8.0。

圖 2-15 300RT 主機運轉 COP

F.如圖 2-16 所示為 300RT 主機熱交換器熱量誤差，冰水主機熱平 衡誤差(%)，而此熱平衡誤差根據 CNS12575 之定義為(蒸發器負載+

壓縮機耗電-冷凝器散熱)/冷凝器散熱 x100%

圖 2-16 300RT 主機熱交換器熱量誤差

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5.200RT 磁浮主機數據分析架構如下所示

G. 如圖 2-17 所示為 200RT 主機熱交換器進出口水溫量測之數據。

所示，包括熱交換器水側水溫(4 個點，包括蒸發器進口、出口、冷 能器進口、出口)，其數據中可知，在測試期間，冰水出水溫度在 11~17deg C 之間，冰水回水約在 17~22deg C 之間，亦即冰水溫差約 為 4~5deg C；冷卻水則為 26~29degC 及 28~37deg C。

圖 2-17 200RT 主機熱交換器進出口水溫

H.如圖 2-18 所示為 200RT 主機熱交換器水流量。蒸發器與冷凝器冰 水流量。日間約為 1800~2300 LPM，冷卻水則維持在 2200~2700 LPM 之間。

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圖 2-18 200RT 主機熱交換器水流量

I.如圖 2-19 所示為 200RT 主機運轉耗電率。所示主機運轉耗電(壓 縮機運轉耗電率 kW) 壓縮機耗電顯示其白天運轉程現階段起停狀態，

運轉時耗電在 78~110 kW，夜間穩定在 70 kW 之間上下。

圖 2-19 200RT 主機運轉耗電率

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J.如圖 2-20 所示為 200RT 主機熱交換器熱傳率。所示空調系統負載 日間在 170~200 USRT，夜間為 170 USRT 上下。其中，註(USRT，冰 水側稱為空調負載，冷卻水側稱為散熱能力)。

圖 2-20 200RT 主機熱交換器熱傳率

K.如圖 2-21 所示為 200RT 主機運轉 COP。冰水主機願轉效能日間 COP 則為 6.5~8.5，夜間 COP 則為 8.0~10.0。

圖 2-21 200RT 主機運轉 COP

L. 如圖 2-22 所示為 200RT 主機熱交換器熱量誤差。冰水主機熱平

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衡誤差(%)，根據 CNS12575 之定義為(蒸發器負載+壓縮機耗電-冷凝 器散熱)/冷凝器散熱 x100%。

圖 2-22 200RT 主機熱平衡誤差 6.經上述測試分析結果可知

(1)由如圖 2-11 300RT 主機熱交換器進出口水溫與圖 2-17 200RT 主 機熱交換器進出口水溫所示可知，300RT 主機運轉時，在日間低負載僅開 啟一台壓縮機(單壓縮機運轉)，如圖 2-15 300RT 主機運轉 COP 與圖 2-21 200RT 主機運轉 COP 所示 (須為變頻機頭，低負載 200RT 以下)時之主機 COP 可達到最高(COP9~11 之間)；而當 300RT 改開為雙壓縮機運轉時(高 負載在 200RT 以上)，COP 降低至 7.0~8.0，200RT 磁浮機在日間運轉時，

COP 為 6.5~8.5，夜間則為 8.0~10.0。由所測得的性能係數可知 300RT 主 機與 200RT 磁浮機於的特性上恰可互補。因此，在空調系統冰水主機設 計與規畫時，依據環境需求及適用特性都必須要慎重選用合適的冰水主 機，才能達到提升空調設備運轉效益及節電大躍進。

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(2) 由如圖 2-16 300RT 主機熱交換器熱量誤差與圖 2-22 200RT 主 機熱交換器熱量誤差所示可知，兩台冰水主機量測數據之熱平衡誤差均 在 5~10%以內，因此數據分析具有可比較性。

7. 猶如圖 2-15 300RT 主機運轉 COP 與圖 2-21 200RT 主機運轉 COP 所示，依大樓空調系統運轉負載特性，在搭配運轉時，以冰水主機運轉 COP 最高、耗電最低為依據時。其中：

(1)日間以開啟 300RT 單壓運轉(限制僅運轉變頻機頭)之 COP 可達到 最高，較磁浮主機測試結果為佳。

(2) 夜 間 時 ， 仍 強 制 開 啟 300RT 單 壓 運 轉 ( 限 制 運 轉 變 頻 機 頭)(COP9~10)及同時 200RT 磁浮運轉供冷(COP8~10)。，如此一來，不但 可滿足現場負荷(350RT)，同時可達到整體 COP 運轉最高之提升效果，較 單開一台 300RT 供冷之 COP(7.0~8.0)要高出 10%。

8.系統整體測試結果

(1) 表 2-4 所示為冰機運轉測試模式(表 2-3)之長期測試結果。由表 2-4 可知，當磁浮機單機運轉負載在 130~200RT 之間，配合實際水溫狀況 與現場富在，COP 約在 7~12 之間，為獲得整體系統 COP 最佳匹配的條件 下，可採用 300RT 運轉單壓縮機時運轉配合。此時，兩台設備之 COP 均 在最高的區間運轉，整體系統運轉效率最高也是最佳節電效益表現。空調 用電改善前與改善後差異比較，如表 2-5 所示。由表 2-5 可知。本棟大 樓空調用電節能全年節省運轉用電度數 175,300/kWH。如表 2-3 冰機運轉 測試模式說明所示操作策略比較，季節與時段選擇冰機啟動運轉，200RT 磁浮單機於下班或假日，搭配負載離峰低負載效能比 300RT 冰水機效能 更高，可見磁浮冰水主機高負載及低負載效率比高於一般變頻式冰水主

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機。

A.春、夏季與上班日：日間運轉 300RT(雙壓) +磁浮機 200RT 擇一啟 動運轉，夜間 300RT 運轉(單壓 150RT 運轉)或磁浮機 200RT 擇一啟 動運轉。

B.秋、冬季與上班日：日間運轉 300RT(單壓 150RT)、夜間 300RT(單 壓 150RT)運轉。

C.春、夏季節及假日：全天運轉 300RT(雙壓)。

D.秋、冬季節及假日：300RT(單壓 150RT 運轉)。

(2)測試結果，如表 2-4 所示。

冰機啟動運轉季節 啟動運轉時段 季節與時段選擇冰機啟動運轉

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(3)測試結果

如表 2-4 長期測試結果表所示，測試結果中可知，當磁浮機單機運 轉負載在 130~200RT 之間，配合實際水溫狀況與現場條件，COP 約在 7~12 之間，在獲得整體系統 COP 最佳匹配的條件下，可採用 300RT 運轉單壓 縮機時運轉配合，此時兩台設備之 COP 均在最高的區間運轉，整體系統 運轉效率最高也是最佳節電效益表現。如表 2-5 空調用電改善前與改善 後 差 異 比 較 所 示 ， 本 棟 大 樓 空 調 用 電 節 能 全 年 節 省 運 轉 用 電 度 數

如表 2-4 長期測試結果表所示，測試結果中可知，當磁浮機單機運 轉負載在 130~200RT 之間，配合實際水溫狀況與現場條件，COP 約在 7~12 之間，在獲得整體系統 COP 最佳匹配的條件下，可採用 300RT 運轉單壓 縮機時運轉配合，此時兩台設備之 COP 均在最高的區間運轉，整體系統 運轉效率最高也是最佳節電效益表現。如表 2-5 空調用電改善前與改善 後 差 異 比 較 所 示 ， 本 棟 大 樓 空 調 用 電 節 能 全 年 節 省 運 轉 用 電 度 數