中央空調系統變頻設計應用與全尺度實驗驗證

(1)

中央空調系統變頻設計應用

與全尺度實驗驗證

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國

中華民國 102 年

年

年 12 月

月

（（（（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見））））

(2)

(3)

（計畫編號） 102301070000G0023

中央空調系統變頻設計應用

與全尺度實驗驗證

受委託者：財團法人台灣建築中心

研究主持人：楊冠雄

研究助理：蔣鎮宇

內政部建築研究所委託研究報告

中華民國

中華民國 102 年

年

年 12 月

月

（（（（本報告內容及建議，純屬研究小組意見，不代表本機關意見））））

(4)

(5)

目次 ··· I

圖次

圖次 ··· III

表次

表次 ··· VI

摘

要

摘

要

摘

要

··· VII

I

第一章

緒論

緒論 ··· 1

緒論

第一節

第一節研究緣起與背景

研究緣起與背景

研究緣起與背景 ··· 1

第二節

第二節研究方法與過程

研究方法與過程

研究方法與過程 ··· 4

第二章

VRF 與

與

與 VWV 系統節能設計概念與應用特性之比對分析

與

系統節能設計概念與應用特性之比對分析

系統節能設計概念與應用特性之比對分析 · 6

第一節

第一節 VWV 變流量系統節能設計概念與應用特性分析

變流量系統節能設計概念與應用特性分析

變流量系統節能設計概念與應用特性分析 ··· 6

第二節

第二節 VRF 變冷媒量系統節能設計概念與應用特性分析

變冷媒量系統節能設計概念與應用特性分析

變冷媒量系統節能設計概念與應用特性分析 ··· 9

變冷媒量系統節能設計概念與應用特性分析

第三節

第三節 VWV 與

與

與 VRF 系統之應用特性比較分析

系統之應用特性比較分析

系統之應用特性比較分析 ··· 11

第四節

第四節 VWV 與

與

與 VRF 系統案例分析

系統案例分析

系統案例分析 ··· 13

第三章

商業運轉中之中央空調

商業運轉中之中央空調 VWV 與

商業運轉中之中央空調

與

與 VRF 系統節能效益全尺度實

系統節能效益全尺度實

驗驗證分析

驗驗證分析 ··· 32

第一節

第一節 VWV 與

與

與 VRF 系統之理論分析模式建立

系統之理論分析模式建立

系統之理論分析模式建立 ··· 32

第四章

第四章 VRF 冷媒主機與

冷媒主機與

冷媒主機與 VWV 系統冰水變頻泵浦群組之最佳組合方

系統冰水變頻泵浦群組之最佳組合方

式設

式設計分析

計分析

計分析 ··· 49

計分析

第一節

第一節 VWV 與

與

與 VRF 系統夏季節能策略運轉模式

系統夏季節能策略運轉模式

系統夏季節能策略運轉模式 ··· 50

第二節

第二節 VWV 與

與

與 VRF 系統春

系統春

系統春、

、

、秋季節能策略運轉模式

秋季節能策略運轉模式

秋季節能策略運轉模式 ··· 58

秋季節能策略運轉模式

第五章

建立我國

建立我國 VRF 空調系統節能效率值評估之方式提供綠建築日

建立我國

空調系統節能效率值評估之方式提供綠建築日

(6)

常節能指標評估之修正

常節能指標評估之修正 ··· 65

第六章

結論與建議

結論與建議 ··· 70

結論與建議

第一節

第一節結論

結論

結論 ··· 70

第二節

第二節建議

建議

建議 ··· 72

附錄一

附錄一 ··· 74

附錄二

附錄二 ··· 76

附錄三

附錄三 ··· 79

參考書目

參考書目 ··· 83

(7)

圖

圖 1-1 各類建築物整體耗電百分比

各類建築物整體耗電百分比

各類建築物整體耗電百分比 ··· 1

各類建築物整體耗電百分比

圖

圖 1-2 中央空調系統變頻設計應用與全尺度實驗驗證研究流程圖

中央空調系統變頻設計應用與全尺度實驗驗證研究流程圖

中央空調系統變頻設計應用與全尺度實驗驗證研究流程圖 · 5

中央空調系統變頻設計應用與全尺度實驗驗證研究流程圖

圖

圖 2-1 VWV 空調系統圖

空調系統圖

空調系統圖 ··· 7

空調系統圖

圖

圖 2-2 VRF 空調系統圖

空調系統圖

空調系統圖 ··· 9

圖

圖 2-3 全球

全球

全球 VRF 市場銷售情況

全球

市場銷售情況

市場銷售情況 ··· 10

圖

圖 2-4 量測儀器本體與現場儀器架設實況圖

量測儀器本體與現場儀器架設實況圖

量測儀器本體與現場儀器架設實況圖 ··· 13

量測儀器本體與現場儀器架設實況圖

圖

圖 2-5 架設流量量測設備示意圖

架設流量量測設備示意圖

架設流量量測設備示意圖 ··· 14

架設流量量測設備示意圖

圖

圖 2-6 熱力學第一定律質量守恆數學關係式示意圖

熱力學第一定律質量守恆數學關係式示意圖

熱力學第一定律質量守恆數學關係式示意圖 ··· 15

熱力學第一定律質量守恆數學關係式示意圖

圖

圖 2-7 冷卻能力與冷凝能力之負載變化隨時間之負載變化

冷卻能力與冷凝能力之負載變化隨時間之負載變化

冷卻能力與冷凝能力之負載變化隨時間之負載變化 ··· 17

冷卻能力與冷凝能力之負載變化隨時間之負載變化

圖

圖 2-8 壓縮機隨時間變化運轉之消耗功率曲線圖

壓縮機隨時間變化運轉之消耗功率曲線圖

壓縮機隨時間變化運轉之消耗功率曲線圖 ··· 17

壓縮機隨時間變化運轉之消耗功率曲線圖

圖

圖 2-9 冰水流量與冷卻水流量隨時間運轉之曲線圖

冰水流量與冷卻水流量隨時間運轉之曲線圖

冰水流量與冷卻水流量隨時間運轉之曲線圖 ··· 18

冰水流量與冷卻水流量隨時間運轉之曲線圖

圖

圖 2-10 冷卻水與冰水溫度變化曲線圖

冷卻水與冰水溫度變化曲線圖

冷卻水與冰水溫度變化曲線圖 ··· 18

圖

圖 2-11 冰水主機運轉負載率與

冰水主機運轉負載率與

冰水主機運轉負載率與 COP 值

值

值，

，

，隨時間變化曲線圖

隨時間變化曲線圖

隨時間變化曲線圖 ··· 19

隨時間變化曲線圖

圖

圖 2-12 SOLKANE 軟體介面

軟體介面

軟體介面 ··· 20

圖

圖 2-13 SOLKANE 軟體顯示冷媒性質表

軟體顯示冷媒性質表

軟體顯示冷媒性質表 ··· 20

圖

圖 2-14 利用

利用

利用 SOLKANE 軟體模擬出各元件性質圖

軟體模擬出各元件性質圖

軟體模擬出各元件性質圖 ··· 21

圖

圖 2-15 利用

利用

利用 SOLKANE 軟體計算出壓縮消耗功

軟體計算出壓縮消耗功

軟體計算出壓縮消耗功、

、

、COP、

、

、冷凝與冷卻

、

冷凝與冷卻

能力值

能力值 ··· 21

圖

圖 2-16 利用

利用

利用 SOLKANE 軟體繪出冷媒特性

軟體繪出冷媒特性

軟體繪出冷媒特性 p-h 圖

圖

圖 ··· 22

圖

圖 2-17 利用

利用

利用 SOLKANE 軟體繪出冷媒特性

軟體繪出冷媒特性

軟體繪出冷媒特性 T-s 圖

圖

圖 ··· 22

圖

圖 2-18 Cycle-D 之使用介面

之使用介面

之使用介面 ··· 23

(8)

圖

圖 2-20 冷凍循環系統參數設定視窗

冷凍循環系統參數設定視窗

冷凍循環系統參數設定視窗 ··· 25

圖

圖 2-21 利用

利用

利用 Cycle-D 軟體模擬之模擬圖

軟體模擬之模擬圖

軟體模擬之模擬圖 ··· 25

圖

圖 2-22 Cycle-D 軟體模擬出各狀態點下之壓力圖

軟體模擬出各狀態點下之壓力圖

軟體模擬出各狀態點下之壓力圖 ··· 26

圖

圖 2-23 Cycle-D 軟體模擬出各狀態點下之溫度圖

軟體模擬出各狀態點下之溫度圖

軟體模擬出各狀態點下之溫度圖 ··· 26

圖

圖 2-24 Cycle-D 軟體模擬獲得各點狀態之熱力性質表

軟體模擬獲得各點狀態之熱力性質表

軟體模擬獲得各點狀態之熱力性質表 ··· 27

圖

圖 2-25 由

由

由 Cycle-D 軟體繪製出該系統之

由

軟體繪製出該系統之

軟體繪製出該系統之 p-h 圖

圖

圖 ··· 27

圖

圖 2-26 VRV 空調系統負載率與冷卻能力之關係曲線圖

空調系統負載率與冷卻能力之關係曲線圖

空調系統負載率與冷卻能力之關係曲線圖 ··· 30

圖

圖 2-27 VRV 空調系統負載率與主機

空調系統負載率與主機

空調系統負載率與主機 COP 之關係曲線圖

之關係曲線圖

之關係曲線圖 ··· 30

圖

圖 2-28 VRV 空調系統壓縮機消耗功率與冷卻能力之關係曲線圖

空調系統壓縮機消耗功率與冷卻能力之關係曲線圖

空調系統壓縮機消耗功率與冷卻能力之關係曲線圖 · 31

圖

圖 2-29 VRV 空調系統負載率與壓縮機消耗功率之關係曲線圖

空調系統負載率與壓縮機消耗功率之關係曲線圖

空調系統負載率與壓縮機消耗功率之關係曲線圖 ···· 31

圖

圖 3-1

101 年度台灣高雄地區全年平均溫度分佈圖

年度台灣高雄地區全年平均溫度分佈圖

年度台灣高雄地區全年平均溫度分佈圖 ··· 43

年度台灣高雄地區全年平均溫度分佈圖

圖

圖 3-2

101 年度台灣高雄地區每月平均溫度分佈圖

年度台灣高雄地區每月平均溫度分佈圖

年度台灣高雄地區每月平均溫度分佈圖 ··· 44

圖

圖 3-3

101 年度台灣高雄地區冷房度日數據資料

年度台灣高雄地區冷房度日數據資料

年度台灣高雄地區冷房度日數據資料 ··· 44

圖

圖 3-4

101 年度台灣高雄地區冷房度時數據資料

年度台灣高雄地區冷房度時數據資料

年度台灣高雄地區冷房度時數據資料 ··· 45

圖

圖 3-5

台灣高雄地區全年運轉部份負載率與運轉時數百分比之關係

圖

45 圖

圖

圖 4-1

醫院類建築物

醫院類建築物，

，

，於夏季某當日空調負載率示意圖

於夏季某當日空調負載率示意圖

於夏季某當日空調負載率示意圖 ··· 51

圖

圖 4-2

辦公類建築物

辦公類建築物，

，

，於

於

於夏季整日空調負載率示意圖

夏季整日空調負載率示意圖

夏季整日空調負載率示意圖 ··· 52

夏季整日空調負載率示意圖

圖

圖 4-3

學校類建築物

學校類建築物，

，

，於夏季整日空調負載率示意圖

於夏季整日空調負載率示意圖

於夏季整日空調負載率示意圖 ··· 53

圖

圖 4-4

展覽場類建築物

展覽場類建築物，

，

，於夏季整日空調負載率示意圖

於夏季整日空調負載率示意圖

於夏季整日空調負載率示意圖 ··· 54

於夏季整日空調負載率示意圖

圖

圖 4-5

百貨大樓類建築物

百貨大樓類建築物，

，

，於夏季整日空調負載率示意圖

，

於夏季整日空調負載率示意圖

於夏季整日空調負載率示意圖 ··· 55

圖

圖 4-6

醫院類建築物

醫院類建築物，

醫院類建築物

，

，於春

於春、

於春

、

、秋季整日空調負載率示意圖

秋季整日空調負載率示意圖

秋季整日空調負載率示意圖 ··· 58

秋季整日空調負載率示意圖

圖

圖 4-7

辦公類建築物

辦公類建築物，

辦公類建築物

，

，於春

於春、

於春

、

、秋季整日空調負載率示意圖

秋季整日空調負載率示意圖

秋季整日空調負載率示意圖 ··· 59

秋季整日空調負載率示意圖

(9)

圖

圖 4-9

展覽類建築物

展覽類建築物，

展覽類建築物

，

，於春

於春、

於春

、

、秋季整日空調負載率示意圖

秋季整日空調負載率示意圖

秋季整日空調負載率示意圖 ··· 61

秋季整日空調負載率示意圖

圖

圖 4-10

百貨大樓類建築物

百貨大樓類建築物，

，

，於春

，

於春、

於春

、

、秋季整日空調負載

、

秋季整日空調負載

秋季整日空調負載率示意圖

秋季整日空調負載

率示意圖

率示意圖 ·· 62

率示意圖

圖

圖 5-1

大金

大金 VRV III 系列

系列

系列 ··· 67

圖

圖 5-2

三菱電機

三菱電機 CITY-MULTI ··· 67

圖

圖 5-3

三星

三星 DVM series ··· 67

圖

圖 5-4

日立

日立 SET-FREE series ··· 67

(10)

表次

表

表 2-1 VWV 與

與

與 VRF 空調系統應用特性之彙整分析比較表

與

空調系統應用特性之彙整分析比較表

空調系統應用特性之彙整分析比較表 ··· 12

表

表 2-2 A 單位

單位

單位 VWV 冰水系統量測數據

單位

冰水系統量測數據

冰水系統量測數據 ··· 16

表

表 2-3 數據分析方法對照表

數據分析方法對照表

數據分析方法對照表 ··· 28

數據分析方法對照表

表

表 2-4 B 單位

單位

單位 VRV 10HP 室外機運轉數據

單位

室外機運轉數據

室外機運轉數據 ··· 29

表

表 3-1 國際之冰水機

國際之冰水機

國際之冰水機 MEPS 管制現況

國際之冰水機

管制現況

管制現況 ··· 32

表

表 3-2

AHRI Standard 550/590 規範之部分負載測試條件

規範之部分負載測試條件

規範之部分負載測試條件 ··· 33

表

表 3-3

ASHRAE 90.1 - 2010 能源效率標準

能源效率標準

能源效率標準 ··· 34

能源效率標準

表

表 3-4

GB19577-2004 中國大陸冰水主機能源效率標準

中國大陸冰水主機能源效率標準

中國大陸冰水主機能源效率標準··· 36

表

表 3-5

GB-T 18430.1-2007 IPLV 之測試條件

之測試條件

之測試條件 ··· 37

表

表 3-6 中國大陸冰水主機

中國大陸冰水主機

中國大陸冰水主機 COP 與

中國大陸冰水主機

與

與 IPLV 測試標準

測試標準

測試標準 ··· 38

測試標準

表

表 3-7

CNS 12575-2007 標準測試條件

標準測試條件

標準測試條件 ··· 39

標準測試條件

表

表 3-8

CNS 12575-2007 我國冰水主機性能測試標準

我國冰水主機性能測試標準

我國冰水主機性能測試標準 ··· 39

我國冰水主機性能測試標準

表

表 3-9

CNS 12575 –2007 與

與

與 AHRI 550/590 –2003 之測試溫度條件

與

之測試溫度條件

之測試溫度條件 · 40

表

表 3-10

VWV 系統於不同負載率下之

系統於不同負載率下之

系統於不同負載率下之 COP 值

值

值 ··· 41

表

表 3-11

VRF 系統於不同負載率下之

系統於不同負載率下之

系統於不同負載率下之 COP 值

值

值 ··· 41

表

表 3-12 台灣高雄地區中央空調系統運轉負載變動之權重值估算結果

台灣高雄地區中央空調系統運轉負載變動之權重值估算結果

··· 46

表

表 3-13VWV 系統重新計算之

系統重新計算之

系統重新計算之 IPLV 值

值

值 ··· 47

值

表

表 3-14

VRF 系統重新計算之

系統重新計算之

系統重新計算之 IPLV 值

值

值··· 47

表

表 3-15 多聯式空調

多聯式空調

多聯式空調(熱泵

多聯式空調

熱泵

熱泵)機組能效限定值

熱泵

機組能效限定值

機組能效限定值··· 48

機組能效限定值

表

表 4-1 台灣地區一年平均溫度

台灣地區一年平均溫度

台灣地區一年平均溫度 ··· 49

台灣地區一年平均溫度

(11)

表

表 4-3 夏季醫院類型建築物之節能策略建立

夏季醫院類型建築物之節能策略建立

夏季醫院類型建築物之節能策略建立 ··· 52

夏季醫院類型建築物之節能策略建立

表

表 4-4 夏季辦公類型建築物之節能策略建立

夏季辦公類型建築物之節能策略建立

夏季辦公類型建築物之節能策略建立 ··· 53

夏季辦公類型建築物之節能策略建立

表

表 4-5 夏季學校類型建築物之節能策略建立

夏季學校類型建築物之節能策略建立

夏季學校類型建築物之節能策略建立 ··· 54

夏季學校類型建築物之節能策略建立

表

表 4-6 夏季展覽場類型建築物之節能策略建立

夏季展覽場類型建築物之節能策略建立

夏季展覽場類型建築物之節能策略建立 ··· 55

夏季展覽場類型建築物之節能策略建立

表

表 4-7 夏季百貨類型類型建築物之節能策略建立

夏季百貨類型類型建築物之節能策略建立

夏季百貨類型類型建築物之節能策略建立 ··· 56

夏季百貨類型類型建築物之節能策略建立

表

表 4-8 於夏季條件之冰水主機最佳組合方式設計

於夏季條件之冰水主機最佳組合方式設計

於夏季條件之冰水主機最佳組合方式設計 ··· 57

於夏季條件之冰水主機最佳組合方式設計

表

表 4-9 春

春

春、

春

、

、秋季醫院類型建築物之節能策略建立

、

秋季醫院類型建築物之節能策略建立

秋季醫院類型建築物之節能策略建立 ··· 59

秋季醫院類型建築物之節能策略建立

表

表 4-10 春

春

春、

春

、

、秋季辦公類型建築物之節能策略建立

、

秋季辦公類型建築物之節能策略建立

秋季辦公類型建築物之節能策略建立 ··· 60

秋季辦公類型建築物之節能策略建立

表

表 4-11 春

春

春、

、

、秋季學校類型建築物之節能策略建立

秋季學校類型建築物之節能策略建立

秋季學校類型建築物之節能策略建立 ··· 61

表

表 4-12 春

春

春、

春

、

、秋季展覽場類型建築物之節能策略建立

、

秋季展覽場類型建築物之節能策略建立

秋季展覽場類型建築物之節能策略建立 ··· 62

秋季展覽場類型建築物之節能策略建立

表

表 4-13 春

春

春、

春

、

、秋季百貨類型類型建築物之節能策略建立

、

秋季百貨類型類型建築物之節能策略建立

秋季百貨類型類型建築物之節能策略建立 ··· 63

秋季百貨類型類型建築物之節能策略建立

表

表 4-14 於春

於春

於春、

於春

、

、秋季條件之冰水主機最佳組合方式設計

、

秋季條件之冰水主機最佳組合方式設計

秋季條件之冰水主機最佳組合方式設計 ··· 64

秋季條件之冰水主機最佳組合方式設計

表

表 5-1 綠建築日常節能指標之空調系統評估表

綠建築日常節能指標之空調系統評估表

綠建築日常節能指標之空調系統評估表 ··· 65

綠建築日常節能指標之空調系統評估表

表

表 5-2 各大廠牌商用變頻空調系統規格

各大廠牌商用變頻空調系統規格

各大廠牌商用變頻空調系統規格 ··· 66

各大廠牌商用變頻空調系統規格

表

表 5-3 本研究擬定之台灣地區

本研究擬定之台灣地區

本研究擬定之台灣地區 VRF 空調系統之能效等級標準

本研究擬定之台灣地區

空調系統之能效等級標準

空調系統之能效等級標準 ··· 68

表

表 5-4

5 大廠牌能效等級與

大廠牌能效等級與

大廠牌能效等級與評比分數之規劃

大廠牌能效等級與

評比分數之規劃

評比分數之規劃 ··· 68

評比分數之規劃

表

表 5-5 能源效率分級對應

能源效率分級對應

能源效率分級對應建築物設置變冷媒量

能源效率分級對應

建築物設置變冷媒量

建築物設置變冷媒量 VRV 系統配分標準

建築物設置變冷媒量

系統配分標準

系統配分標準 69

(12)

摘

摘要

要

關鍵字: 變冰水流量系統、變冷媒流量系統、性能係數、全尺度實驗、整合性部分負載率一一一一、、、、研究緣起研究緣起研究緣起研究緣起 長久以來，台灣能源短缺無法自己自足，需仰賴國外進口高達 97%。又因溫室效應造成全球暖化之影響，所以非常迫切改善節能減碳之議題。由於整體建築物空調系統用電佔整體耗能之 41%以上，為影響整體建築營運之重要因素之ㄧ。傳統之空調系統大抵皆採用定頻馬達進行設計，於低負載狀態下，常造成效率降低與能源浪費。故本研究針對可變冰水流量系統(VWV)與可變冷媒流量(VRF)系統進行節能分析，以了解在相同需求容量系統下，獲得之整合性部分負載效率值(Integrated Part Load Value，IPLV)，何者空調系統能有較為優越的性能表現，以作為系統建置運轉之優先考量。再者，回顧過去綠建築九大評估指標系統中，針對日常節能指標之空調系統評估表，提到熱源系統節能技術之評估項目，以建築物設置變冷媒量 VRV 系統，制定估算熱源系統節能效率而取用標準值為單一值，即 0.2。於此，認為應當視採用 VRF 空調系統經出廠測試之 IPLV 數值加以區隔，重新修正評估效率標準值。基於此因，同時檢視源由 AHRI 550/590-2003 規範，制定的 IPLV 通式中之負載權重值，並以台灣本土氣候條件而獲得的數值，進而建立我國適用之 IPLV 計算式，將對於未來我國實施 VRF 空調系統制定能源效率標準與分級之工作有實質的幫助。以上所述為本研究著手進行之焦點。二二二二、、、、研究方法及過研究方法及過研究方法及過研究方法及過程程程程本研究完成 VWV 與 VRF 空調系統之應用特性，進行比對分析。了解 VWV 與 VRF 空調系統，個別在控制運轉模式、節能運轉策略上，各有千秋。但就中小噸數空調系統需求而言，設置何者系統為合適的選擇，則須有賴系統運轉的經驗，經分析獲得其 IPLV 值而決定。再者，由於各國紛紛提出冰水主機整合性部分負載效率值(IPLV)政策。參考源由 AHRI 550/590-2003 規範而制定出 IPLV 通式，結合台灣高雄地區全年氣溫條件，而統計整理出冷房度時之數據資料。隨著，中央空調變頻系統實際運轉負載下，獲得負載權

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VWV 冰水系統與 VRF 變頻壓縮系統，並將量測數據加以整理，計算其主機系統 COP 與主機系統負載率；其中，由 VWV 系統所測量之數據，利用 SOLKANE、Cycle-D 軟體模擬驗證。因此，本研究進行 IPLV 數值分析，以獲得整合性部分負載效率值。其中以 VWV 空調系統有較佳的性能表現；然而，兩者系統之 IPLV 值之獲得，係以中國大陸法規制定之 IPLV 方程式，作為計算之依據。乃因為本國之 VRV 空調系統 IPLV 標準尚未制定，因此，本研究遂採行參考源由 AHRI 550/590-2003 規範，訂定的 IPLV 通式。並以台灣高雄地區全年氣候條件，作為中央空調變頻系統實際運轉負載下，而獲得負載權重值之計算基礎背景。以得到適合於台灣當地氣候形態下之 IPLV 計算公式。此有助於重新修正綠建築九大評估指標系統中，針對日常節能指標之空調系統評估表，以建築物設置變冷媒量 VRV 系統，制定估算熱源系統節能效率所取用標準值為單一值，即 0.2。本研究提出二種方法作為修正 VRV 空調系統效率標準值之配分方式。方法一：參考中國大陸 2008 年發布實施制定之標準(GB21454-2008)，並將 0.23 分對應 5 個級別之 VRF 空調系統之節能效率標準值。其各級別之評分分數分別為 0.15，0.17， 0.19，0.21，0.23，並以此作為重新修正評估效率標準值之參考。方法二：將目前市面上生產 VRF 或 VRV 空調系統設備之大廠，如:大金、三星、LG、日立、Mitsubishi、Toshiba 等。蒐集並整理各設備型錄提供之性能規格，經整合性部份負載效率值之計算式估算。可得各廠牌系統之 IPLV 數據介於 1.37~2.74 之間(區分為三個級別)，並以訂定作為修正 VRV 空調系統效率標準值之配分範圍。針對上述二種方法，討論其適用性。此外，進行研析建置 VWV 冰水系統或 VRF 空調系統，於相同冷房負載需求下，因應不同建築物類型之空調使用時間，將全日負載運轉情況區分為四種負載時段。隨著不同空調負載率，而擬定出因應該空調負載率之最佳組合運轉策略模式。三三三三、、、、重要發現重要發現重要發現重要發現 1.綠建築九大評估指標系統中，日常節能指標之空調系統評估表，對於熱源系統節能技術之評估項目，以建築物設置變冷媒量 VRV 系統，制定估算熱源系統節能效率之標準值，可視採用 VRF 空調系統之能源效率等級評定。但目前我國經濟部能源局尚未針對 VRF 空調系統完成制定能源效率之標準。本研究發現可參考中國大陸制定之標準

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節能效率標準值(分別為 0.15，0.17，0.19，0.21，0.23)，以作為重新修正評估效率標準值之參考。 2.本研究選取 A 單位之 VWV 空調系統與 B 單位之 VRF 空調系統，完成運轉系統實地量測工作。將量測結果整理後，並套入 IPLV 公式。計算出 VWV 系統之 IPLV 為 2.89 與 VRF 系統之 IPLV 為 2.815。經計算結果得知，此次計算出之 IPLV 數值未達到標準。對此結果討論原因有二：一者為此次量測並未依照冰水主機 IPLV 所規定之標準測試條件進行，故量測後計算之結果僅可視為非標準條件部分負載率(NPLV)；二者為目前我國之 IPLV 指標，皆參考來自美國 ASHRAE 90.1 規範而擬定。故此次 IPLV 計算式子，乃採與我國地理位置相近之中國大陸，藉以權重因子進行運算，獲得不同空調系統之 IPLV 值，遂為本研究階段之成果。 3.現階段 VWV 與 VRF 空調系統，兩者在節能運轉控制上，皆能應著負載端需求變化而控制。對於採用 VWV 空調系統是以冰水泵浦運轉頻率控制。VRF 空調系統則因應負載需求變化，而採用室內主機台數增減控制或為室內機冷媒流量控制。經研究獲知上述二者系統在不同運轉負載下，其系統運轉性能上之表現有所差異。以 VWV 系統而言，當主機運轉負載率高於 50%以上時，其 COP 值高於 VRF 系統。VRF 系統則在於低負載運轉率 50%以下，其 COP 值優於 VWV 系統。對此，倘若能取兩系統之長，互補其短，因應不同建築物類型之空調使用時間，並且隨著不同季節的外氣溫度。提出供應空調負載需求之最佳組合運轉策略模式。以醫院類建築之全日空調使用需求，作為 VWV 與 VRF 系統之節能策略模式說明。如圖 3-1 所示，當日空調負載率為 50%時，空調使用時段分別為上午 08:00~09:00 與晚上 19:00~21:00 時；此時可選用單一套滿載 120RT 之 VWV 系統，視負載空間需求進行變冰水量供應，且可以採用輪替方式運轉，以減少冰水主機機械零件磨損。若以 VRF 系統來說，則由 12 套系統運轉供應。並依據室內負載空間、區域以及人員使用習慣。並搭配獨立控制系統，適當地供應各區間冷需求。於當日 10:00~11:00 與 15:00~18:00 時，此時空調負載率約為 75%，在冰水系統選用上可選：兩套 75%負載率之 VWV 系統供應全棟負載，並且依各區間需求搭配變頻水泵適時調整冰水流量。適當地調整供應各區間之冰水，以減少各區間太冷、或不足之情況發生。若以 VRF 系統來說明，可採用 18 套 VRF 系統供應。於當日 12:00~14:00 時為此建築物最高負載需求，此時可以兩套滿載之 VWV 系統供應全棟負載。或者是由 24 套 VRF 系統或更大噸數之 VRF 系統供應。從 22:00~07:00 時，為住院人員所需之最低負載需求。若以 VWV 系統運轉於低負載需求時，此時效率略顯不彰。建議由分離式冷氣供應需求端，或者建置一套小噸數之空調系統於此時運轉供應。若以 VRF 系統來說，此時可選

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四四四四、、、、主要主要主要主要建議建議建議建議事項事項事項事項建議一進行建築熱泵系統之節能改善效益分析與實驗印證研究，以做為未來大量推廣應用之重要參考依據。：立即可行建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：無大型醫院、觀光旅館等建築物,由於同時具有冷房與熱水需求，傳統式之作法為個別設置中央空調與鍋爐系統，分別供冷與供熱，常造成龐大之運轉費用支出。以南台灣之大型區域綜合醫院為例，光是鍋爐系統一年之運轉燃料費用，即高達一億兩千萬元之譜；且其燃氣之排放，常造成環境之巨大負荷，若能改以設置熱泵系統，不但具有極大之節能減排空間，且具備極高之經濟效益。另一方面，由於各類建築物由於對於熱水供應之需求與特性不盡相同，且有些應用場所無法設置冷卻水塔或因兼顧使用之彈性，而必須設置熱效率較差之多台氣冷式熱泵系統；某些旅館於旅行團瞬間進住於指定之時段內，要求所有人員集中而快速之完成洗浴，則中央型熱泵系統之規劃極為重要。此時，若能進一步與既設之中央空調系統耦合 (couple)並相互整合(integrate)，則熱泵系統於供應熱水之際，其所產生之冰水可加以回收，以提供部分之冷房需求，為一雙贏之策略。此種耦合方式牽涉到複雜之系統整合問題，且新設與既設系統之節能改善工程設計為一項複雜之系統應用技術，建議進一步進行建築熱泵系統之節能改善效益分析與實驗印證研究，以做為未來大量推廣應用之重要參考依據。其成果可帶動熱泵產業(製造業)，空調系統技師(設計業)，空調及熱泵系統施工廠商(工程業)，及系統整合調適 (TAB)等能源服務業 (ESCO)之新發展契機，以擴大內需並提升產業技術。建議二研議及評估於綠建築手冊中將變冷媒量 VRV 空調系統加入 IPLV 規定之評分機制：中長期建議主辦機關：內政部建築研究所協辦機關：財團法人台灣建築中心

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設置變冷媒量 VRV 空調系統給定評分標準，標準值是以 0.2 分作為評分分數。但 VRV 或 VRF 空調系統運轉，往往長年處於部分負載運轉狀態下，若是以單一 100% 全載運轉獲得的性能係數，而直接在該項給予得分計分，則對於部分負載運轉性能表現較佳的主機系統，有失公平性。因此，建議以全載及部分負載 COP 並行之 IPLV，作為建築物設置變冷媒量 VRV 空調系統評分規定之修正。由於我國目前在制定整合性部分負載效率標準，尚未完整建立，無法藉以具體施行上述修正工作；需等待相關能源主管機關正式公告 IPLV 計算方法與標準後，再予納入實施。

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ABSTRACT

Keyword: Variable Water Volume System, Flow Variable Refrigerant Flow System, Coefficient of Performance, Full-scale Experiment, Integrated Part Load Value Over the years, Taiwan's energy shortage can’t be self-sufficient, the need to rely on foreign imports up to 97%. Because of the impact of global warming caused by the greenhouse effect, it is very urgent to improve the issues for energy efficiency and carbon emission reduction . As the total energy consumption of overall building air-conditioning systems were occupied by 41% or more, to influence the operation of the whole building is one of important factor. Usually the traditional air conditioning systems using fixed-frequency motors are designed for an operation of low-load conditions, it often results in reduced system efficiency and wasted energy. Therefore, this study is focused on both of the variable water volume systems (VWV) and the variable refrigerant flow (VRF) systems for energy-saving analysis. Furthermore, to understand the systems for the same cooling capacity demand, obtained their values (Integrated Part Load Value, IPLV ), whichever is more advantageous to have the air conditioning system performance, in order to build up a priority of operational system.

Moreover, to review the past nine index for green building evaluation system, energy-saving targets for the air conditioning system routine evaluation form, referring to the heat source system energy saving technology assessment projects in order to set the variable refrigerant volume building VRV system, the development of energy efficiency estimate the heat source system access to the standard value of a single value, namely 0.2. This, that the VRF air conditioning system shall be considered by the factory testing IPLV be separated values, re-evaluate the efficiency of the standard value correction.

For this reason, while viewing source from AHRI 550/590-2003 specification, developed the weighting factors by its general formula of IPLV. We use Taiwanese climatic conditions to obtain those values, thereby establishing our applicable IPLV equation. In the future, the implementation of Taiwanese VRF air-conditioning system to develop energy efficiency

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第一章

第一章緒論

緒論

第一節

第一節研究緣起與背景

研究緣起與背景

台灣屬於海島型氣候國家，高溫且潮濕，對空調需求量非常的大。而且台灣能源短缺無法自己自足，需仰賴國外進口高達 97%。又因溫室效益造成全球暖化之引響，所以非常迫切改善節能減碳之議題。針對各大建築形態之系統耗能，指出空調系統占整體系統耗電量高達 45%以上，相當巨觀。倘若能針對空調系統進行節能改善，其節能之成效非常可觀。傳統空調系統大抵皆採用定頻馬達進行設計，過大或不良之設計。往往造成系統處於低負載環境下運轉，故常造成效率降低與能源之浪費。就醫院而言其整體建築耗能各佔空調 53%、照明 20%、電梯 5%、其他 22%；展覽館整體建築耗能各佔空調 54%、照明 24%、電梯 8%、其他 14%(如圖 1-1 所示)。其中針對大型中央空調主機系統之耗能，空調主機約佔 60%，冰水泵送水系統佔 20%，空氣側設備佔 20%。由於近年來我國空調系統開始導入變頻設計，且變頻設計日益精進及價格大幅下降，VWV 系統與 VRF 系統已漸漸成為節約能源流行之趨勢。

圖

圖 1-1 各類

各類

各類建築物

各類

建築物

建築物整體耗電百分比

建築物

整體耗電百分比

資料來源

資料來源：

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：空調系統能源查核及節約能源案例手冊

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空調系統能源查核及節約能源案例手冊

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VWV 系統之應用若能搭配良好之 TAB 壓降作調適，則可獲致冰水側 30~40%之節能效益。一次側定頻泵浦供應冰水主機冰水用，二次側即為將冰水主機輸出之冰水，利用二次變頻泵浦供應負載端。根據負載末端差壓感測器變動而改變供應負載側冰水量。其 VWV 系統通常應用於中大型系統，甚至幾千噸數以上之冰水系統。但設計上所需之設備空間，往往依噸數多寡而有所增加。 VRF 系統則直接由壓縮機冷媒側進行變頻，同時隨著室內空調負荷之變動而調變冷媒流量。由於係針對大耗電量之冷媒壓縮機進行變頻，且減少了冷媒與冰水熱交換過程，形成 DX 系統，因此具有極高之效率。但由於 VRF 系統只適用於中小型空調系統，且減少泵浦之需，故縮小了設備面積。對於本研究相關之研究文獻如: 2003 年 Bettanini 等人提出 VRF 系統簡化空調設備性能之部分負載之模擬 model，它是根據自研究室測試之實驗數值，而發展出的數學式子，用以計算空調系統於部分負載之性能；因此，本研究找到部分負載比(PLR)與部分負載因子(PLF)之關聯性，將有利於後續研究之重要參考。

於 2004 年 Xia, J., Winandy, E.與 Georges, B.等人，進行 VRF 系統性能實驗分析，同時藉由實驗來檢驗此環路中之不同位置，其溫度與壓力的測量值。Goetzler 於 2007 年論述 VRF 系統之應用，指出 VRV 在日本已發展二十餘年，如今有將近一半的中型商業建築，以及 1/3 的大型商業建築都是使用 VRF 系統。依 Goetzler 建議具有多冷暖房需求的建築，如多層建築最為適合。使用 VRF 系統的好處在於它可依不同冷房之溫度需求，而具有控制每一蒸發器冷媒量的能力，然而即使這些蒸發器全部共用一個冷凝單元，此將提供人員的舒適度。它也可以透過自冷卻空間至加熱區域之移熱方式，各別提供單一空間的冷卻需求與另一區域的加熱需求。本研究也各訴我們使用 VRF 系統，能夠排除空氣流動的管損為 20%。 Zhou 與 Wu 等人，同年發表 VRF 空調系統之能量模擬研究，其比較兩種傳統的空調單元與 VRF 空調系統。作者發現 VRF 為最有效的系統，它與變風量系統(VAV)相較下，此效益高達 22.2%以上，而且也比風扇盤管單元系統(Fan Coil Unit)有較高的效益，約為

11.7%以上。隔年 2008 年，進行之研究為逐時監測 VRF 系統之實驗與模擬，獲得此系統

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目前國際上之對於此方面之研究，大抵採用電腦模擬，其準確度約介於 15~20%。但做為我國綠建築評估體系之重要依據，則還有更進一步改善之空間。並於我國濕熱型氣候形態下，VRF 系統與 VWV 系統之實際節能成效。並依綠建築評估體系 EEWH 中，對於以上 VRF 系統與 VWV 系統之運轉性能關鍵因素，於日常節能指標中雖有初步節能係數之擬定，缺乏系統化比較分析。以及，針對 VRF 系統已在市場上大量商業化，但對於 VWV 系統在於 150 RT~200 RT 之間，VRF 系統與 VWV 系統之實際節能成效，尚缺乏實際全尺度印證。回顧過去綠建築九大評估指標系統中，針對日常節能指標之空調系統評估表，提到熱源系統節能技術之評估項目，以建築物設置變冷媒量 VRV 系統，制訂估算熱源系統節能效率而取用標準值為單一值，即 0.2。於此，認為應當視採用 VRF 系統經出廠測試之 IPLV 數值加以區隔，重新修正評估效率標準值。環視世界各國紛紛提出冰水主機整合性部分負載效率值(IPLV)政策。乃因中央空調系統主機之實際運轉，並非維持全載運轉，往往常時間是處於部份負載。此為運轉操作者必須重視系統性能之時刻，也是空調主機製造商應當肩負生產，運轉在某部份負載區間內有較高性能主機的責任與義務。因此，在節能省碳為世界潮流所趨下，有必要擬定出對於冰機出廠性能量測之條件，以要求達到 IPLV 標準值，才能出廠販售。基於此因，同時檢視源由 AHRI 550/590-2003 規範，制定的 IPLV 通式中之負載權重值，並以台灣本土氣候條件而獲得的數值，進而建立我國適用之 IPLV 計算式，將對於未來我國實施 VRF 空調系統制定能源效率標準與分級之工作有實質的幫助。以上所述為本研究著手進行之焦點。

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第二節

第二節研究

研究

研究方

方

方法與過程

法與過程

本研究則著重於全尺度實驗印證且在我國濕熱型氣候條件下進行，具有良好之工程運用性及未來推廣性。其主要研究工作方法之內容共分為五大項目： 1. VRF 與與與 VWV 系統節能設計概念與應用特性之比對分析與系統節能設計概念與應用特性之比對分析系統節能設計概念與應用特性之比對分析 系統節能設計概念與應用特性之比對分析本項工作首先針對典型之 VRF 與 VWV 系統節能設計概念進行分析，VRF 系統藉由電子式膨脹閥之開度，以調節冷媒流量並因應空調負載之變化而冷媒壓縮機則同步進行變頻以節能；反之，VWV 系統採取固定冷媒壓縮機轉數，而於區域冰水泵處進行變頻，來因應空調負載之變化。二者有基本上之設計理念差異，並將其差異之結果歸納整理。再者利用 SOLKANE 與 Cycle-D 軟體，模擬冰水主機運轉特性以及 COP 值。並將模擬之結果，與實地量測數據，進行比對分析。 2. VRF 冷媒主機冷媒主機冷媒主機與冷媒主機與與與 VWV 系統冰水變頻幫浦群組之最佳組合方式設計分析系統冰水變頻幫浦群組之最佳組合方式設計分析系統冰水變頻幫浦群組之最佳組合方式設計分析系統冰水變頻幫浦群組之最佳組合方式設計分析 VRF 冷媒主機因應冷房能力之變化，採取模組式之方式進行台數之增減控制，亦即若需 30 RT 冷房能力，則以 15 RT 之機組 2 組支應；若需 60 RT 冷房能力，則以 15 RT 之機組 4 組支應，再藉由建築物之尺寸大小配合冷媒管線之佈置限制加以微調；反之，VWV 系統則藉由冰水泵之台數與轉數控制，配合現場二通閥之開度來反應負載之變化。本項工作內容，將建立目前正進行商業運轉中之 VRF 與 VWV 系統，最具代表性與節能效益之系統流程，以作為下一階段比對分析之重要基礎。 3. 進行商業運轉中之中央空調進行商業運轉中之中央空調進行商業運轉中之中央空調進行商業運轉中之中央空調 VRF 系統節能效益全尺度實驗驗證分析系統節能效益全尺度實驗驗證分析系統節能效益全尺度實驗驗證分析系統節能效益全尺度實驗驗證分析 本項工作內容將選取目前正進行商業運轉中之中央空調 VRF 系統依其不同之負載率實驗其相對應之系統 COP 或 kW/RT 耗能指標作為比對基準

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同時，依據 WF Stoecker 之實驗模式(Experimental Model)方法，建立運轉數據之迴歸分析曲線，以作為進行系統節能效益比對分析之重要基礎。

4. 進行商業運轉中之中央空調進行商業運轉中之中央空調進行商業運轉中之中央空調進行商業運轉中之中央空調 VWV 系統節能效益全尺度實驗驗證分析系統節能效益全尺度實驗驗證分析系統節能效益全尺度實驗驗證分析 系統節能效益全尺度實驗驗證分析

同理，本項工作內容將選取目前正進行商業運轉中之中央空調 VWV 系統依其不同之負載率實驗其相對應之系統 COP 或 kW/RT 耗能指標作為比對基準

依據 WFＳtoecker 之實驗模式(Experimental Model)方法，建立運轉數據之迴歸分析曲線，以作為進行系統節能效益比對分析之重要基礎。 5. 建立建築能源效率之節能策略最佳化並提供未來推動建築節能改善之修正建議建立建築能源效率之節能策略最佳化並提供未來推動建築節能改善之修正建議建立建築能源效率之節能策略最佳化並提供未來推動建築節能改善之修正建議建立建築能源效率之節能策略最佳化並提供未來推動建築節能改善之修正建議 經由上述第 1、2 項工作內容，建立了 VRF 系統與 VWV 系統之理論分析模式；再經由第 3、4 項工作內容，進行了二者之節能效益全尺度實驗驗證分析。即可對於 EEWH 日常節能指標中 VRF 系統與 VWV 系統節能係數之權重，進行系統化之評估與進一步提出改善建議，以作為下一階段採行之重要參考依據，而完成所有計畫工作內容。下圖為本研究實驗流程圖：

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第二章

第二章 VRF 與

與

與 VWV 系統節能設計概念與應用特性之比對分析

與

系統節能設計概念與應用特性之比對分析

第一節

第一節 VWV 變流量系統節能設計概念與應用特性分析

變流量系統節能設計概念與應用特性分析

本章進行空調系統 VRF 與 VWV 兩項節能策略，提出其設計概念及應用上之特性，進行優缺點上的比較。一般中央空調系統占整體建築耗能約 40% ~ 60%，由於中央空調系統設計之初，是依照系統滿載情況下設計。故造成多數空調系統長時間運行低於負載 50%以下，最高也不超過 70%，相當耗費能源。目前中央空調系統係以水來做為室內負載熱量傳遞之媒介，然而，基於上述之情況下，造成定頻水泵無法依照負載變動進行供應水量變化。再加上起初負載計算過大，水管路阻力設計過於保守，導致水泵選配流量過大、揚程過高之情況產生。此種情況會在中央空調系統內部，產生大流量、小溫差情況之問題。 VWV 系統為改變水泵浦運轉頻率，以達到節約能源的耗損。此種改變水泵頻率之

節能手法細分為一次側變流量(Variable Primary Flow chilled water, 簡稱 VPF)及二次側流量(Variable Water Volume system, 簡稱 VWV)，此兩種最大差異在於變頻水泵設計位置及系統複雜度。本文針對 VWV 系統進行研究，其中 VWV 系統工作原理為：係將定頻二次側冰水泵浦更改為變頻控制，更換空調箱既設之三通閥件(旁通元件)為電磁式二通閥(如圖 2-1 所示)。經由室內溫度設定或溫度感測元件調整二通閥開度，用以控制進入冷卻盤管水量。最後利用差壓感測元件感應負載測最末端水管路壓力變化，以達調整二次變頻水泵運轉頻率之關鍵。當負載端空調需求降低，間接影響末端冰水管之進回水之壓差。此時差壓感測元件接收訊號回傳至變頻控制器，告知目前空調供應冷房溫度，已趨近負載端需求設定值，並經由變頻控制系統降低冰水泵運轉頻率，以減少供應之冰水量。

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圖

圖 2-1 VWV 空調系統圖

空調系統圖

當空調製冷需求為全載時，二次側變頻水泵皆以設備設定之最高轉速運轉，將一次測所供應之 7℃冰水全部供應於負載側。但是若系統製冷需求降低時，則二次側變頻水泵轉速降低。並指引入部份一次側所提供之冰水，另一部份則利用旁通管，使其導回 12℃ 之回水側，並與之混合。此時若冰水主機感測回水端溫度降低，為了確保冰水主機出口端供應 7℃之冰水。冰水主機會以適度性的進行卸載動作，或是搭配台數控制策略，進行主機降載動作，而達到整體節能效果。其 VWV 變流量系統之控制方法又分為：(1)回水溫度控制。(2)供回水溫差控制。(3) 供回水差壓控制，其中供回水差壓控制又分為定差壓與變差壓控制。一般中大型以上之空調系統節能策略，皆採用變流量(VWV)系統居多。首先在變頻水泵設計上須考慮：(1)變頻水泵浦揚程較額定揚程大 30%。(2)全年大部分時間，供回水溫壓在 2 ~ 3℃以下。(3)冷熱水泵沒有分設。其次 VWV 系統特性在於共通管上之水流變化：(1)當一次側冰水流量大於二次側冰水流量時，一次側多餘冰水會經由共通管流回冰水主機。(2)當一次/二次側冰水流量相等時，共通管內部則無冰水通過。(3)當一次側冰水量小於二次側時，二次側冰水自回水側流經共通管回負載端。

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最後藉由以下敘述 VWV 系統於實際應用上，所具備之優點：(1)將二次側水泵使用變頻系統控制，可降低系統之能源消耗。(2)一次側水泵只需克服一次迴路所造成之壓降，二次側水泵則可獨立與一次迴路運轉，其所需揚程等與負載端設計值之總和，並可依負載變化，調整水泵運轉頻率及流量。(3)設計及控制簡單，具可擴充系統之彈性。

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第二節

VRF 變冷媒量系統節能設計概念與應用特性分析

變冷媒量系統節能設計概念與應用特性分析

首先進行 VRF 系統節能設計概念進行分析，常用於家用住宅及中小型商業用建物中。由於其能源效率比高，節能效果更為顯著。且安裝方便、靈活佔用空間小，先進的控制方式可達分區、分層或直接導入大樓控制系統。並可同時提供製冷及製熱能力，在整體運作及維修上方便、可靠及不需要專人管理。其中 VRF 系統又分為單冷型熱泵型及熱回收型其工作原理為：通常 VRF 系統係藉由一台或多台室外及室內機組合而成一整個系統，藉由冷媒傳遞負載熱(或冷)至室外。內部設備有壓縮機、室內外熱交換器、電子式膨脹閥及其他補助元件組成密閉式一對一或一對多及多對多系統(如圖 2-2 所示)。藉由室內溫度感測器，感測室內溫度變化，進而調整電子式膨脹閥之開度，以調節冷媒流量。通過冷媒壓力變化，對應於室外壓縮機進行變頻控制、或壓縮機運行台數控制，以達到變冷媒節能效果。

圖

圖 2-2 VRF 空調系統圖

空調系統圖

(資料來源

資料來源

資料來源：

資料來源

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：中國科學廣州研究所

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中國科學廣州研究所

中國科學廣州研究所)

中國科學廣州研究所

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VRF 系統應用非常之廣泛，於世界各地之市場上佔有一席之地。就台灣而言從 2010 年開始 VRF 空調市場，約估計有 9,000 台之需求量。其供應廠商最主要為，大金、日立和三菱電機。其中為日立為在台製造，而其餘則是由國外進口。VRF 系統之優點相當的多，導入了變頻控制，改善了壓縮機起停(ON-OFF)動作所造成之耗能。雖說停止壓縮機運轉相當節省能源，但啟動時造成之巨大啟動電流相當耗能。且壓縮機起停 (ON-OFF)動作平凡造成壓縮機壽命縮短，故變頻式壓縮機可運行於低頻運作，提高全年運轉效率，節少能源耗費。降低啟動電流，增加壓縮機整體壽命能延長使用年限。因為良好之系統控制，導致室內溫度變化差異不大，減小了室內溫度波動幅度，提高整體室內舒適度。

圖

圖 2-3 全球

全球

全球 VRF 市場銷售情況

全球

市場銷售情況

(資料來源

資料來源

資料來源：

資料來源

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： JARN, May 25, 2010 / 工研院綠能所整理

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工研院綠能所整理

工研院綠能所整理)

最後針對 VRF 系統在空調應用上之特性：(1)由於 VRF 系統整體設計簡單且設備規模不大。因此可節省使用空間，以及增加施工上之便利性。(2)VRF 系統藉由冷媒為搬運負載之媒介，故可減少壓縮機運轉耗能。(3)其優良之區域控制系統，可在與全天候情況下，依照負載需求提供區與製冷能力。(4)簡易的運轉操作，和多樣性的集中控制性能，可達到方便的運轉管理。其控制方式簡易，可藉由無線遙控器操作運轉。 (5)VRF 系統具備自動故障診斷功能，且不須人員管理，因此可省下維修人力及費用。 (6)在節能方面，相對於一般中央空調系統可節省約 30%之電力。

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第三節

第三節 VWV 與

與

與 VRF 系統之應用特性比較分析

系統之應用特性比較分析

VRF 系統相較於 VWV，雖說無法適用於大噸數之空調系統上。但其系統結構緊湊、體積小以及管徑細，故不需預留太多管路設置之空間，造成建築結構上之浪費。就主機而言，VWV 系統因主機噸數龐大，須預留一間空屋作為主機設置機房。反而 VRF 主機設備小安裝於室外或屋頂即可，節省空間。針對整體耗能部分說明，VWV 系統較 VRF 系統，增設了水泵浦系統。不僅僅多水泵運轉造成之耗能，相對於水泵系統必須對水質上之要求與管理，反增加了一筆不小之開銷。現今科技發展日益精進，空調節能技術也相對提升。不論是 VWV 系統與 VRF 系統，皆有良好之節能成效。就如先前所敘述 VWV 系統適用於大噸數之空調系統，如科技廠、醫院、大型展示場等等。VRF 系統則適用於中小型辦公大樓，或小空調負載需求之建築類型，而不適合採用之場所（如大禮堂、活動中心、大展覽場等大型空間）。如下針對 VWV 系統與 VRF 系統，進行兩系統之優缺點說明。首先針對 VWV 系統之優點進行說明：VWV 空調系統較 VRF 空調系統，較適用於大噸數之空調系統。因其設備規格較為龐大，故可快速移除龐大之室內熱負載。由於 VWV 系統乃藉由水源搭配送水泵浦系統運輸(移除)冷、熱源，故可針對將較遠之需求端進行輸送。VWV 系統因將其水泵浦變更為變頻式調控運轉，相較於傳統空調定頻送水泵系統更為節能省電。且若能搭配如 VAV 送風系統、室內熱交換系統、空調預冷系統、以及台數控制運轉等等之節能策略，其節能之效益將更為可觀。 VWV 系統之缺點：因其設備規格龐大，需預留建築空間作為系統設置用。且系統運轉時所產生之噪音非常吵雜，故建築牆面需加強隔音處理。由於 VWV 系統乃藉由水資源作為熱交換傳遞之媒介，故在乾旱與水源缺乏之地區無法使用。再者因為水中雜質會影響熱傳遞之效果，故 VWV 系統在水質要求程度頗高。最後針對 VRF 系統之優點進行說明：相較於 VWV 系統，雖說無法適用於大噸數之空調系統上。但其系統結構緊湊、體積小，故可將 VRF 主機設備安裝於室外或屋頂即可。以因其設備管徑細小，故不需預留太多管路設置之空間，以節省建築結構上不必要之浪費。針對整體耗能部分說明，VRF 系統較傳統式空調系統，少增設了冰水送

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水泵浦系統。不僅僅節省了冰水泵運轉造成之耗能，也減少了因水質髒亂所引發病菌滋生之情況發生。 VRF 系統之缺點：因其設備規格較小，故無法瞬時應付大量之室內熱負荷。且其冷源輸送僅靠變頻式壓縮機驅動，故設備所設置之設計範圍有所設限。如表 2-1.所示，VWV 與 VRF 空調系統之應用特性分析比較情形。

表

表2-1.

VWV 與

與

與 VRF 空調

與

空調

空調系統應用特性之彙整

系統應用特性之彙整分析比較

系統應用特性之彙整

分析比較

分析比較表

表

項目 VWV 系統 VRF 系統 1 室內舒適度舒適度差，系統溫度變化差異大，反應緩慢。冷暖恆溫，系統具又精準之溫度控制，且除濕效果佳。 2 節能成效耗電量高，雖採用二次側變頻。但相較於 VRF 系統，多了冰水側及冷卻水側之耗能。系統壓縮機採用變頻控制，且減少了水系統之壓降。以冷媒取代，因此節省能耗。 3 噪音污染吵雜、且不適合長期逗留。因其設備龐大，壓縮機、水泵及風機運轉相當吵雜。靜音運轉，因內部流線設計，導致整體運轉相當安靜。 4 複雜程度 VWV 系統由冰水主機、冰水側系統、冷卻水側系統及空氣側系統組合而成，在設計上相當複雜。結構簡單，只需區分為室外機、室內機及冷媒配管即可，且整體設備皆可由單一公司提供。 5 空間使用度由於系統龐大，在設計時須預留室內或一空間，做為主機安置及水管路配置。整體設備小，只需安裝於室外屋頂即可。且冷媒管徑小，設計上不需預留空間。 6 操作運轉由於 VWV 系統由多數個子系統組合而成，在操作上極為複雜，可藉由人性化操作介面襙作即可，簡單省時。 7 系統可靠性由於需靠水來搬運室內負載，故在水資源缺乏之地區，不適合設置。 VRF 系統只須由空氣進行散熱即可。 8 系統妥善率當系統故障時，需費時尋找故障點。 VRF 設有自動故障診斷，相當便利 9 管理方式須由專業人員，進駐管理。可由監控系統，監控管理。 10 保養方式保養費時，須暫停該系統運作。可分區保養維修，系統能可持續運轉。 11 環境污染由於水質髒亂，容易孳生病菌。乾淨環保，且無退伍軍人症。

中央空調系統變頻設計應用與全尺度實驗驗證

中央空調系統變頻設計應用

中央空調系統變頻設計應用

中央空調系統變頻設計應用

中央空調系統變頻設計應用

與全尺度實驗驗證

與全尺度實驗驗證

與全尺度實驗驗證

與全尺度實驗驗證

內 政 部建 築研 究 所委 託研 究 報告

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中華民國

中華民國

中華民國

中華民國 102 年

年

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年 12 月

月

月

月

中央空調系統變頻設計應用

中央空調系統變頻設計應用

中央空調系統變頻設計應用

中央空調系統變頻設計應用

與全尺度實驗驗證

與全尺度實驗驗證

與全尺度實驗驗證

與全尺度實驗驗證

受委託者：財團法人台灣建築中心

研究主持人：楊冠雄

研究助理：蔣鎮宇

內 政 部建 築研 究 所委 託研 究 報告

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中華民國

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年 12 月

月

月

月

目次

目次

目次

目次

目次

目次

目次

目次 ··· I

圖次

圖次

圖次

圖次 ··· III

表次

表次

表次

表次 ··· VI

摘

要

摘

摘

要

要

摘

要

··· VII

I

第一章

第一章

第一章

第一章

緒論

緒論 ··· 1

內政部建築研究所委託研究報告

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第一節研究緣起與背景

第二節研究方法與過程