大型高效率冰水機節能科技發展趨勢(標竿_國際領先指標) ITRI / GEL / D400 (工研院綠能所 劉中哲) 2011.11.24

國際冰水機效率IPLV MEPS現況 Save 23.6 億度 Save 8.4 億度 根據工研院分析(2011.05)，實施冰水機全載與部分負載效率管制，至2020年每年可有8.4億度電之節能效益，2030年每年可有23.6億度電之節能效益。 美國於2010年調高部分機種與能力範圍之全載與IPLV之MEPS ，並把變頻離心機種之IPLV提高25%以上。 我國目前僅有全載COP MEPS，應盡速研擬冰水機之全載與IPLV之MEPS政策，並推廣工研院FY94~101年建立並移轉給產業之高效率冰水機技術；同時以4年4億元開發高IPLV離心式冰水機技術，成為國際冰水機效率領先國，開創國際級產業。 2020 2030 IPLV 8.8 2010 IPLV 6.4 2007 US Standard

來源︰BSRIA(2008)/工研院IEK(2008)整理(F:預測) 全球離心式冰水機市場 全球年產量為15000台，產值約1000億新台幣。 依據2002~2007年Japan Air Conditioning, Heating & Refrigeration News之統計，目前全球線上安裝運轉之離心式冰水機約117,000台，其中有83,000台在美國，13,400台在日本，台灣地區約10,000台(600萬RT)。 離心式冰水機市場需求預估 來源︰BSRIA(2008)/工研院IEK(2008)整理(F:預測) 主要品牌為Trane、Carrier、York、Mcquay等美系離心機，日系則有MHI、Hitachi、Ebara。國內方面漢鐘公司已於2009年發表600RT、1000RT噸級離心式冷媒壓縮機，進入台灣、中國、菲律賓市場，力菱與鑫國公司亦已有6台商型機進入國內市場。中國大陸重通、美的與格力已有單級壓縮離心式冰水機的自製能力，韓國則有LS、TECO-Century等品牌。

冰水機之國際MEPS管制現況 美國於2010年調高部分機種與能力範圍之全載與IPLV之MEPS ，並把變頻離心機種之IPLV提高25%以上 加拿大 澳洲 中國大陸 日本 新加坡 中華民國 強制性 非強制，但會影響聯邦補助州之預算 強制性2004年 強制性2007年 強制性2008年 非強制 強制性2006年 將實施強制標示2011(預) MEPS ASHRAE 90.1 – 2010 CSA-C743-02, 同ASHRAE 90.1–2004 ASHRAE 90.1 – 2007, 高效率定義MEPS × 115% GB19577-2004 採五級制 JIS 2009 Annual Perform-ance Factor (APF) SS 530 - 2006 經濟部能源局2002公佈之冰水機能源效率標準 測試標準 AHRI 550/590-2003 CSA-C743-02，與美國同 GB-T 18430-2007 JIS B 8621 JIS B 8613 AHRI 550/590 CNS 12575-2007 效率項目 全載COP, IPLV 全載COP分五級標示 APF 全載COP 美國於2010年調高部分機種與能力範圍之全載與IPLV之MEPS ，並把變頻離心機種之IPLV提高25%以上 我國應盡速研擬冰水機全載與IPLV之MEPS政策，並由工研院建立對應技術，滿足產業需求。

無論選擇何者Path，須同時滿足該Path中之全載與IPLV效率 ASHRAE 90.1 – 2010 Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings 機型 能力範圍 Path A Path B 全載COP IPLV 氣冷式 < 150 RT 2.80 3.66 NA  150 RT 3.74 水冷容積式 < 75 RT 4.51 5.58 4.40 5.86 75 RT≦ 能力 < 150 RT 4.54 5.72 4.45 6.00 150 RT≦ 能力< 300 RT 5.17 6.06 4.90 6.51  300 RT 5.67 5.50 7.18 水冷離心式 5.55 5.90 7.81 150 RT≦ 能力 < 300 RT 300 RT≦ 能力< 600 RT 6.10 6.40 8.79  600 RT 6.17 6.52 5.96 無論選擇何者Path，須同時滿足該Path中之全載與IPLV效率

市場領導者面對之問題 面對全球節能減碳趨勢，各式冰水機皆必須導入高階之自動控制、電機與電力電子、精密機械技術，方能大幅提升其IPLV效率。 對冰水機市場領導者(美國、日本)而言，對上述技術之掌握程度與後進市場者差距不大，甚至有被超越之可能。 台灣具有極佳之基礎可在高IPLV離心式冰水機技術領域超越國際大廠!

解決方案 方案一、加速推動我國冰水機效率IPLV MEPS管制 方案二、全力發展高IPLV離心式冰水機技術

高IPLV離心式冰水機國際產品性能指標 COP 5.8(單級壓縮), IPLV 10.27 COP 5.2 , IPLV 8.5 國際指標 技術項目 國際指標 (尚在起步階段) 大型磁浮離心機 COP 5.8(單級壓縮), IPLV 10.27 小型磁浮離心機 COP 5.2 , IPLV 8.5 Daikin Mcquay 400 ~ 550 RT York 400 RT Turbocor 90 / 150RT Daikin Mcquay

高IPLV離心式冰水機次系統技術指標 能力規格 卸載比例(TDR) 效率指標 (測試標準AHRI 550/590-2003) 高效率離心壓縮流力元件 高效率PM馬達技術 (規範標準:歐盟IEC 60034-30 IE2要求值) 變頻驅動技術 磁浮軸承技術 智慧系統控制 400RT, 耗電量230 kW, TDR 90% COP 6.1 IPLV 11.0 等熵效率 Isentropic efficiency 0.82 額定輸出功率300 kW 馬達效率:97.0％ 銅損/鐵損功率: 0.9％ /2.1％以下 額定輸出功率400HP 水冷式變頻器效率:98% 最高輸出頻率600Hz Dmax < 0.4Cmin Gs<12dB DN＞1.0x106 整合性壓縮機冷卻技術，提升壓縮機效率3% 內流場失速檢知技術 喘震檢知與控制技術 200RT,耗電量120 kW, TDR 90% COP 5.6 IPLV 10.0 額定輸出功率150 kW 銅損/鐵損功率:0.9％ /2.1％以下 額定輸出功率200HP 最高輸出頻率1000Hz DN＞1.3x106 100RT,耗電量65kW, TDR 90% COP 5.4 IPLV 9.0 額定輸出功率75 kW 馬達效率:96.4％ 銅損/鐵損功率: 1.08％ /2.52％以下 額定輸出功率100HP 水冷式變頻器效率:99% 最高輸出頻率1300Hz DN＞1.5x106

Why 離心機? 磁浮? 離心機具fan law特性, 耗電量與轉速3次方成正比，非夏季工況50%部分負載，變頻離心機耗電量僅為定頻之55%。 導入磁浮軸承可發展無油系統，減少磨擦損和熱傳效率低下，藉由磁浮動態回饋，奠定高IPLV智慧化冰水機發展基礎。 系統中油濃度對冰水機效率之影響 ASHRAE research project (no. 601) Q:冷媒量 N：轉速 W:耗電 Percent Oil Chiller System Efficiency Loss 21% 12.88% In the ASHRAE study, the average overcharge of oil in the system was 12.88%, this equated to an average energy loss of about 21% 定/變速離心機之效率差異 Journal of ASHRAE Vol. 7, 2007

高IPLV離心式冰水機所需之關鍵技術 ˇ 特色 須建立之自主關鍵技術 需克服問題 磁浮軸承技術 變頻驅動技術 智慧系統控制 超高運轉效率 高效離心壓縮元件 PM馬達 磁浮軸承技術 變頻驅動技術 智慧系統控制 超高運轉效率 ˇ 低壓比離心壓縮效率再提升、提高磁浮軸承自主技術、高效PM馬達設計製造與散熱技術 5%超低負載比例 高功率高頻PM馬達控制技術、喘振控制 超低噪音 超低維修需求 磁浮主軸冷卻、監控與保護技術 超長壽命 關鍵元件冷卻 智慧自動控制 整合冰水機、馬達、磁浮軸承控制系統

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