冰水主機能源效率與冷媒發展趨勢

※工業技術研究院 能源與資源研究所／胡耀祖 劉中哲※

【大綱】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

【內容】　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

由於我國即將實施冰水主機效率管制，為使國內冰水機相關業者及使用者能妥善因應此一措施，特針對冰水主機之能源效率與冷媒發展趨勢加以分析說明，包括冰水主機性能測試標準介紹、我國能源效率標準、美國ASHRAE 90.1介紹、HCFC冷媒國際管制近況、替代冷媒特性、效率與冷媒之選擇等內容，期望能對國內冰水主機的效率提昇有所助益。

壹、前言　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

中央空調冰水機的應用範圍非常廣泛，例如空氣調節、冷凍冷藏、工業製程等都需要用到，台灣目前使用的冰水機保守估計在十二萬台以上，總容量約三百萬冷凍噸。空調系統中耗能最大的為冰水機，約佔百分之六十，冰水機的效率高低關係到整體空調運轉效率。針對冰水機的壽命成本分析，在20年壽命間，最大的成本來自運轉電費，佔了82 %之多，因此選購高效率冰水機是非常重要的一件事。

國內近年在空調設備省能之管制上，已經建立了窗型冷氣機之設備耗能規範，配合空調設備檢測技術的提昇與相關認證體系之建立，讓國內空調機之運轉效率大為提昇，在節約能源上已有相當之成效；但冰水機尚未納入商檢管理，各家產品品質的優劣並無客觀的判定標準，而國外則有ASHRAE 90.1標準規範。以150冷凍噸水冷式冰水機而言，其效率須為COP 4.2(EER 3.61 kCal/hr/W)以上。為了讓節能之成效更能擴大，我國已針對中央空調冰水機組，研訂相關之效率規範，讓空調之節能效益形成一個更完整的架構，相信對於紓解國內空調電力之需求必有裨益。

根據工研院能資所與大電力研究試驗中心所作的測試調查，國產水冷式冰水機的平均效率值(EER)約3.1 kCal/hr/W，尚未達到美國ASHRAE 90.1 標準中所建議的150冷凍噸以下效率基準3.27 kCal/hr/W。在能源短缺的今天，冰水機的能源效率問題值得我們深入探討，尋求提高空調機能源效率實為刻不容緩之事。

在新冷媒的應用技術方面，從暸解臭氧層破壞問題的重要性，到遵守蒙特婁議定書的決議，我國已成功的完成破壞臭氧層化學物質CFC減量與新設備停產的管制工作，目前遇到的最大挑戰乃是HCFC’s的管制問題。HCFC’s管制所帶來之衝擊，影響最大的要屬HCFC-22冷媒，由於可預見的管制時程可能加快，為因應下一波來臨的管制動作，各國冷凍空調大廠紛紛投入R-22冷媒替代產品的研發。這一目前廣被冷凍、中央空調及家電產品等相關工業使用之冷媒，由於具有優異的安全性、能源效率及操作特性，使其替代品的研究也越加困難。

國產冰水機所用的壓縮機為往復式、螺旋式、渦卷式及迴轉式，主要以HCFC-22冷媒為主。但自87年開始，已有部分廠商開始生產HFC-134a冷媒冰水機，外銷歐洲訂單中亦有R-407C的需求，未來HCFC-22的替代，將以HFC-134a、R-407C與R-410A為主。台灣目前有三家螺旋式壓縮機的製造商，適用HCFC-22、HFC-134a與R-407C。國內製造廠對HFC冷媒使用於中大型中央空調冰水機的特性掌握上不如HCFC-22，有許多設計上的問題急待解決。為因應世界環保的趨勢以及對能源使用效率的要求，我國應儘速建立我的替代冷媒經驗及技術，以紓解HCFC’s管制所帶來之衝擊，並提升國產冰水機在市場上的競爭力。

貳、冰水主機之性能測試標準　　　　　　　　　　TOP 　BOTTOM

由於我國已經加入WTO，許多國際知名空調設備大廠早已做好準備，以亞洲地區所生產的設備進軍台灣，進口產品價格將更具競爭力。一旦國產品失去價格優勢，冰水機製造業將面臨更大的困境，對國內業者而言，掌握系統關鍵技術，不斷提升產品性能，增加產品的規格彈性，滿足市場上日益多變的需求，以增加產品的競爭力才是長久之計。

要掌握系統關鍵技術與提升產品性能，產品測試能力在製程中是極為重要的一環，國內冰水機產業的技術水準落後歐、美有相當大的距離，其中測試能力的不足是影響產品開發的主要因素之一。無完整的產品測試能力，則無法瞭解產品之優缺點並加以改善，工廠生產線亦無法滿足日益多變的訂單需求。要開發高效率中央空調機，製造商必須要擁有主機測試能力與符合中外標準的測試設備，對空調工程業者與冰水機使用業主而言，熟悉冰水機相關測試標準亦是不可或缺的基本工作。

中、美、日標準中與冰水機相關的標準有下列八個：

1. CNS 12575“容積式冰水機組”。
2. CNS 12812“離心式冰水機組”。
3. ARI 550/590-1998“ Standard for Water Chilling Packages Using the Vapor Compression Cycle”.
4. ASHRAE Standard 30-78“Methods of Testing Liquid Chilling Packages”.
5. ASHRAE/IES 90.1-1999“Energy Efficient Design of New Buildings except New Low-Rise Residential Buildings”.
6. JIS B8613 “Water Chilling Unit”.
7. JIS B 8621“Centrifugal Water Chillers”.
8. JRA 4030 “Indication Standard of Part Load Performance for Water-Chilling Packages”.

美國冷凍空調學會的新版冰水機標準ARI 550/590-1998 “Standard for Water Chilling Packages Using the Vapor Compression Cycle”，可譯為「蒸氣壓縮式冰水機標準」，以ARI 550-92與ARI 590-92為基礎加以修訂與合併，成為適用所有冷媒蒸氣壓縮式冰水機的單一標準，值得國內冰水機製造廠、使用業主及相關工程業加以深入了解。

我國CNS與冰水機相關的標準12575與12812，是以日本JIS為基礎修訂而成，公佈至今已將近十年，許多與現實狀況不符的內容一直未能修改，例如部分負載效率的測試、結垢係數的使用方法等皆未能明確說明，產生許多使用上的問題，ARI 550/590-1998應可作為未來CNS冰水機標準修訂的重要參考資料。

1. ARI 550/590-1998概要

ARI 550/590適用對象為所有的蒸氣壓縮式冰水機，新版ARI 550/590把標準測試條件做了部分修正，見表1。根據ASHRAE多年來的研究結果，美國國內的冰水循環管路，結垢的機會並不高，故新標準將蒸發器積垢容許值由0.00025 h ℉/Btu [0.000045 ℃/W]修改為0.0001 h ℉/Btu [0.000018 ℃/W]。但冷凝器積垢容許值維持不變。

表1. ARI 550/590-1998標準測試條件

1. 大氣壓力- 29.92 in. of Hg [101 kPa]

2. 冷卻水溫必須進行積垢容許之水溫修正

依不同的測試方式，冰水機能力的計算方法如下：

(1). 主要測試：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

(2). 確認測試：

(3). 熱平衡測試：

對大部份的狀況而言，熱之散失或獲得大多由輻射、對流、軸承摩擦及油冷卻器等所引起，其值相當的小，可以或可以不要列入整體熱平衡的考慮。

忽略上述很小的熱散失或熱獲得的影響，總熱平衡的公式如下，



任何可被接受的液體冷卻式冰水主機測試，熱平衡(百分比)值必須介於依測試條件所計算出的允差百分比中。

(4). 允差百分比：

允差百分比的算法如下：



ARI標準規定測得之冰水機全負載冷凍噸與標稱冷凍噸的差值，不得小於標稱值減允差比例；且全負載之實際輸入功率與標稱功率的差值，不得高於標稱值加上允差比例。

上述公式可繪製成圖1，方便使用者查詢。

圖1. 全載與部分負載的容許允差

(5). 總部份負載效率之測定：　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

ARI 550-92標準之部份負載性能表示方法有下列兩種：

加權係數計算基礎，由原先的亞特蘭大都市擴展至全美29個都市；主機運轉時間亦由每週5天，每天12小時，再增加一模式為每週7天，每天24小時；表2為IPLV計算公式。由表中可輕易發現新標準把75%、50%負載的加權係數加重，而把100%、25%減輕，最主要是希望製造商能把運轉機率最高的75%、50%負載效率做高一點。

表 3 為部分負載的冷凝器入口水溫或空氣溫度。

表2. 550/590 IPLV計算公式

表3. 550/590 IPLV測試條件

對無段加卸載的冰水機而言，要做到100%、75%、50%、25%的容量調整並不成問題，但是有段卸載甚至無卸載裝置的冰水機，要求出四段卸載的效率值就比較複雜了。

當主機無法依要求做出100%、75%、50%、25%能力時，必須將該機部分負載的效率值描點繪圖，點跟點之間再連成直線，再於線上內插求出標準負載點。要注意的是，不可以將直線做外插延伸，須往外推測能力時，請依標準中所列的公式步驟來計算，在此不再詳述。

IPLV算出之後，到底與標稱值差距多少才算合格，自然也有允差的計算方式：

或查圖2，亦可得到與公式相同的結果。

圖2　IPLV與NPLV的允差曲線　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

為了要確定系統已達穩定狀態，必須抓取3組資料，每組間隔5分鐘以上，來確認三組資料之個別熱平衡百分比皆在額定的誤差之內，然後將此三個測試點的資料平均，來計算被測機的能力與性能係數。

同時，由於R-22冷媒受到蒙特婁議定書的管制，已有越來越多的廠商開始生產HFC混合冷媒冰水機，且這些冷媒多具有非共沸(Zeotropic)特性，例如R-407C即是屬於非共沸混合冷媒。為因應此一趨勢，表1中明訂，若採用非共沸混合冷媒時，所謂的冷媒飽和溫度是指非共沸混合冷媒的露點(dew point)溫度與起泡(bubble point)溫度兩者的平均值。

對於氣冷式與蒸發冷卻式冰水機而言，其冷凝器散熱皆與空氣流量與焓值有關，不易測得，故無法進行熱平衡計算。對於此問題，標準中提出解決方法是：使用兩套不同儀器來測量冰水側的主機能力及耗電量，若兩組結果的差值百分比在允差以內，且耗電量誤差在2%以內，則取平均值作為該機的測試結果。

在此要特別強調的是，雖然新版本已將冰水側的積垢容許值定降至幾乎為零，但是冷卻水的積垢容許值仍存在，所以必須進行積垢容許之水溫修正，由於公式較為繁雜，在此不再列出。

2. CNS冰水機相關之標準

CNS與冰水機有關的標準為CNS 12575 「容積式冰水機組」與CNS 12812 「離心式冰水機組」。這兩個標準都是以日本JIS為基礎翻譯後再刪減而成，可說是JIS的中文版，公佈至今已將近十年，許多內容說明並不明確，或已不符國內現實狀況，部份負載的測試條件及方法、結垢係數的使用等並未作深入的規定與說明，產生許多應用上的問題。

CNS 12575「容積式冰水機組」適用的範圍為200冷凍噸以下，這個規定對於現在可輕易超過200冷凍噸的螺旋式冰水機而言，造成了適用上的困擾。

表4為CNS規定的冰水機測試條件，與ARI不同的是，CNS規定水側的進出口溫度，而不訂水流量的額定值，也就是說，測試時需調整水量大小來滿足進出口溫度條件。水冷式冰水機而言，全負載時，冰水側入口水溫須維持在12 ± 0.5 ℃，出口水溫度須維持在7 ±0.5℃， 而冷凝側入口水溫須維持在30 ±0.5 ℃，出口水溫須維持在35 ±0.5 ℃。

表4　CNS 12575規定的冰水機測試標準　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

此種調整水量來滿足進出水溫的測試條件較無法反映該機裝機並啟用後的實際狀況，因為一件空調工程案一旦決定冰水機的能力之後，會根據此能力來設計水流量，再依水量及揚程來選用水泵。儘管主機能力與標稱不符，溫差無法達到5℃，一旦系統運轉之後，不太可能去減少流量來符合溫差5℃的要求。同時，減少水流量也將會使熱傳管流速減少而降低熱傳量，對主機能力更為不利，因此固定流量與冰水出水溫度應是較為合理的做法。

CNS主機的試驗方法分為直接法(ARI之主要測試)與間接法(ARI之確認測試)。直接法與ARI「主要測試」相同，採用水側熱量計法，根據冰水流率與蒸發器出入口水溫而求得該機之製冷能力。試驗機組於額定電壓、額定頻率下，依表4之試驗條件達到穩定狀態後，運轉一個鐘頭以上，然後每20分鐘測定一次，共4次。間接法是用來確認測試準確度之用，原理與ARI相似，不再贅述。

在此要強調，直接法與間接法必須要同時量測缺一不可，因為還是必須進行熱平衡檢查，以確保量測的準確度。標準中要求直接法與間接法測定值間之差異須在±5 %以內。

部份負載測試的部分，冰水仍維持7(±0.5)℃出水溫度及相同水量，冷卻水進口溫度則以公式計算：[0.06×壓縮機輸出百分比＋24]℃，水量與全載時相同。但除此規定之外，標準中沒有再進一步說明部份負載的計算與標示方式，對於不同主機無法提供客觀的比較標準。

CNS 12812 「離心式冰水機組」的全載測試條件與CNS 12575相同，不同處則有允差百分比及部分負載條件等處。值得一提的是， CNS 12812訂有積垢係數 ，CNS 12575則無，儘管如此，CNS 12812並未說明積垢係數要如何使用。

CNS 12575、CNS 12812與ARI 550/590的比較見表5。

表5. 水冷式冰水機性能測試標準比較

參、我國能源效率標準　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

我國用電供需結構長期處於不足的狀態，而空調用電佔了夏季尖峰用電相當大的比例。根據大電力研究試驗中心與工研院能資所過去幾年所作的測試調查，國產冰水機的平均效率值(EER)約3.1 kcal/hr/W。假設所有的主機效率能提升百分之十，電力負載約可降低120 MW，相當於火力發電廠二部發電機組容量。在能源短缺的今天，冰水機的能源效率問題值得我們深入探討。

為因應國內節約能源之需求，以及國際環保公約之壓力，效率之要求及執行，勢在必行。經濟部在九十年九月十二日公告了「空調系統冰水主機能源效益標準」及實施日期（見表6），第一階段將於九十二年一月一日實施，以150RT之冰水機為例， EER(kCal/h/w)須大於3.6，第二階段再提升至4.21。

表6. 我國冰水機能源效率管制標準草案

表7為ASHRAE 90.1冰水機能源效率規範，表8為約二十家國產冰水機的型錄效率值，將兩表加以比較可發現國產冰水機的效率與ASHRAE 90.1仍有相當大的差距，尚有相當大的提昇空間。

高效率冰水機應定義為：高於國家最低能源效率標準一定比率的產品(20 %以上)，或符合USEPA & USDOE "Energy Star"之建議。

表7. ASHRAE 90.1冰水機能源效率規範
Energy Standard for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings

表8. 國產冰水機型錄效率COP

 1. 國際管制近況

科學家發現含氯的CFCs與HCFCs物質是破壞臭氧層的元兇，臭氧層在被破壞的情形下，大量的紫外線將直接照射到地球表面，造成皮膚癌、白內障罹患率的增加及免疫系統的破壞；植物生態遭受改變，其中光合作用的機能受到影響，將延遲農作物之生長；海洋中生物的食物鏈亦遭受破壞；熱帶雨林平衡失調；全球氣候產生變遷。

另外，由於CFCs、HCFCs非常穩定，當其上升至大氣層後不易分解消失，故易造成地球的溫室效應，CFCs、HCFCs佔有相當比例的影響。而溫室效應將導至全球氣候的反常，兩極冰山的融化及海平面的上升等異常現象，威脅到人類的生存環境。

京都議定書將HFCs與CO2、甲烷、N2O、PFCs、SF6並列為溫室氣體，並要求已開發國家將溫室氣體的排量降低至1990年的水準。此決議已對蒙特婁議定書造成不小的衝擊，在1998年11月舉行的蒙特婁議定書第十次會議中引起熱烈的討論，與會國擔心一旦京都議定書開始對HFCs的使用設限，其作為CFCs與HCFCs長期替代品的地位勢必受到挑戰。

由於HFCs目前是CFCs與HCFCs的主要替代品，其應用範圍包括冷媒、清洗溶劑、發泡劑、噴霧劑及滅火劑等，影響我們的生活甚鉅，為了因應此一可能的趨勢，必須更仔細的檢討HFCs的能源效率、環境衝擊、安全性與經濟性等問題。

我國雖非聯合國會員國，無法正式簽署聯合國與環保相關公約如「蒙特婁議定書」及「氣候變化綱要公約」等，然為提昇我國政府重視環境保護之形象，對於國際間管制破壞臭氧層物質的消費量及限制二氧化碳等溫室氣體的排放均積極回應。

依據蒙特婁議定書的管制時程，自2004年（即民國93年）1月1日起HCFC的消費量要較目前減少35%。為符合蒙特婁議定書的管制時程，已有部份國家針對HCFC不同用途別訂立禁用時程。在發泡領域中，基於HCFC-141b的ODP值0.11為所有HCFC中屬最高者，美國環保署規定自2003年1月1日起禁止生產及進口HCFC-141b；歐洲聯盟也將自2003年1月1日起禁止使用HCFC於PU發泡，2004年起全面禁用HCFC；而日本政府規定自2004年1月1日起全面廢除HCFC-141b發泡劑。

而在冷媒部份，美國環保署規定自2010年1月1日起禁止生產及進口含HCFC-22的設備，但於2010年1月1日前製造的設備不受此限；歐洲聯盟也將自2001年1月1日起禁止使用HCFC於冷凍設備，2004年起全面禁用HCFC；而日本政府規定自2010年1月1日起全面廢除HCFC-22冷媒(新設備)。表9為我國HCFC預定管制時程，主要以清洗與發泡用途為優先停用對象，冷媒用途最快要至2010以後才會停用。

表9.我國HCFC預定管制時程

2. 替代冷媒特性　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

在空調應用中，HFC-134a自1992年起已應用於離心式冰水機中，目前更將用來取代其他的R-22空調設備，但必須對系統進行重新設計，例如加大熱交換器與壓縮機排氣量等。目前HFC-134a螺旋式壓縮機最小冷凍能力約為80 kW，未來將有更小的HFC-134a螺旋機出現。

R-407C（混合冷媒HFC-32/HFC-125/HFC-134a，23/25/52 % wt.）的熱力性質與R-22相近，可直接更換（drop-in）於現有的HCFC-22系統。儘管如此，要使R-407C的性能超越HCFC-22，還須克服其非共沸的特性。R-407C於絕對壓力1 bar時，有7.2K的滑落溫差，因此無法應用於滿液式蒸發器或低壓貯液器中，但可以採用逆向流熱交換器以增加熱傳效率。

如今R-407C於歐洲已大量使用在各式空調設備上，能力範圍由2 kW至250~300 kW，主要搭配迴轉式、渦卷式與往復式壓縮機。近兩年來，一些製造廠也供應R-404A的冰水機，性能亦與R-22 系統相近，其低臨界點特性（72 ℃）較適合水冷式系統。

美國與日本發展中的R- 410A（混合冷媒HFC-32/HFC-125，50/50 % wt.），其高壓比R-22高出約50%，系統必須經過較大的修改，無法直接drop-in原R-22系統。預料R- 410A將跟隨美日的腳步，應用於小型家用空調機中。

由於部分歐洲國家已於1998年1月1日起禁用HCFC於新設備，使得1998年的HFC空調設備增加10~15%，1999年亦明顯增加佔有比例。一些主要製造商已正式宣布選用HFC-134a與R-407C作為新產品的冷媒，根據IIR（國際冷凍學會）1998年的調查結果，歐洲已有超過50家以上的公司可提供技術純熟的HFC系統，特別是HFC-134a與R- 407C冷媒系統。

R- 407C(混合冷媒HFC-32/HFC-125/HFC-134a，23/25/52 % wt.)熱力性質與R-22相近，可直接更換(drop-in)於現有的HCFC-22系統，適合使用於中大型空調設備，能力範圍由5 kW至300 kW，世界各國已有許多全新的R- 407C系統上市，並已運轉五年以上。另外還有許多舊系統換裝R- 407C也相當成功。

在歐洲，R- 407C幾乎已全面替代R-22中大型空調機，氣冷式系統主要搭配迴轉式、渦卷式與往復式壓縮機，或水冷式系統搭配螺旋式壓縮機。

例如1994瑞典易利信公司Katrineholm的元件開發大樓採用230 kW R- 407C水冷式冰水機、義大利電信公司新建大樓使用226 kW R- 407C水冷式冰水機、開利歐洲公司自1993年起即開發新型R- 407C冰水機。

不可否認的，比起R-134a與R- 404A，R- 407C有更多值得深入研究的課題。原則上，利用其溫度滑差物質（glide substances）的特性，並避免不適當的安裝，應該可以得到很好的結果。

使用在板式熱交換器時，可利用其逆向流的優點，使其性能與R-22接近，若進行系統最佳化，性能將可再提升。

要計算直膨的空氣熱交換器一向要比液體熱交換器來得困難，對於溫度滑差冷媒而言，更需考慮一些額外的問題，例如空氣冷凝器（大部分為冷凝機組）冷媒分佈的平均與否，或熱負載的分布均勻度，這些都會影響主機性能。

殼管式冷凝器要留意的問題更多。由文獻資料顯示，R- 407C的冷凝溫度會增加3 ~ 5 K，對溫寒帶國家而言，並不會造成高壓過高的危險，但一定會使電費成本增加。目前有許多方法可改善冷凝壓力的上升問題，例如同時加快冷媒排出冷凝器的速度，與使用過冷器造成更多的過冷度，或者用其他方法使冷凝器上方的氣體能更快冷凝下來。

殼管式蒸發器如同板式熱交換器一樣，可算是良好的逆向流熱交換器。一般而言，相當適用於R- 407C，但必須注意防凍保護問題，因為在蒸發器入口處的溫度會比R-22低，可能會導致冰水結冰的現象發生，而影響冰水機的性能。

當液管視窗呈現完全無泡時，其實已有相當大的過冷度產生，也就是說冷凝器中單相的過冷熱交換面積增加，而雙相的冷凝面積減少，如此一來必定會造成冷凝溫度升高。

某些系統在長時間停止而再啟動時，冷凝器壓力會異常升高，造成壓力開關作動而停機，這是由於長時間停機造成冷凝器與蒸發器中的氣體成份變化，需要更高的壓力來冷凝。

此問題最常發生在小型水冷式冰水機中。這種冰水機在啟動時，為了要迅速建立正常高壓，通常會暫時關閉冷卻水閥，此提升操作壓力的動作在平時並無不妥，但對長時間停機的主機而言，會使壓力上升問題更形惡化。為避免此現象，可以於壓縮機啟動時，由操作人員強制冷卻水進入冷凝器，使冷凝壓力不致過高。有時此問題可藉由MOP閥（最大操作壓力閥）或吸氣壓力控制閥來降低蒸發壓力，以減低壓縮機啟動後進入冷凝器的冷媒量。

要減少系統的毛病，最重要的是要了解溫度滑差物質的特性，以便分析冷凍循環以及調整膨脹閥與冷媒充填量。同時必須以液態充填系統，否則系統將無法正常運轉。主機上必須安裝含有溫度滑差刻度的R- 407C專用壓力錶。

3. 效率與冷媒之選擇　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

(1).溫室氣體的分析工具 -- TEWI與LCCP

TEWI (Total Equivalent Warming Impact) 總等價暖化效應，是大家較為熟悉的名詞，它是一個溫室效應指標。它將整個系統的運轉年限中，化學品的直接洩漏量，加上能源使用間接造成的二氧化碳排放量，換算成CO2等價量，作為該系統對溫室效應影響程度的指標。TEWI愈大代表對溫室效應影響程度愈大。

由於冷媒的生產過程與其他的工業製程一樣都需要消耗能源，製程中也或多或少需排放一些副產品於大氣中，為了能更徹底的分析該化學物對環境的衝擊，於是有所謂的LCCP(Life Cycle Climate Performance)生命週期氣候性能分析，它除了將TEWI中的直接洩漏量與能源使用的間接排放量列入計算外，該化學品生產過程所耗費的能源(間接)，與副產品排放至大氣中(直接)所造成的溫室效應，也一併換算成CO2的等價量。表10為一些HCFC與HFC冷媒考慮LCCP之後的GWP值。

表10. HCFC與HFC冷媒考慮LCCP之後的GWP值

(2). 冰水機的替代冷媒技術

表11為冰水機的替代冷媒技術綜合整理，包括蒸氣壓縮式與吸收式兩大類，蒸氣壓縮式中再依冷凍能力與壓縮機型式加以分類。主要的替代冷媒為HFC-134a、R-407C、R-410A及HFC-245fa。HFC-245fa原來是用來替代HCFC-141b作為發泡劑之用，但由於HCFC-123仍具有臭氧層壞能力，且被ASHRAE標準34分類在具有毒性的B級，因此性質與其相近的HFC-245fa在未來很有可能會用來替代HCFC-123。

表11　冰水機的替代冷媒技術　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

表12為上述替代冷媒應用於冰水機的理想效率值，此結果是使用REFPROP冷媒熱力性質軟體所計算而得。其中HFC-245fa比HCFC-123低了2~3%，由於目前無實機驗證，估計HFC-245fa的部分負載效率(Integrated Part Load Value, IPLV)亦將比HCFC-123低3%。

另外由表中亦可發現R-410A的理論效率值比HCFC-22低了6%，但是由小型空調機的開發經驗得知，R-410A的實際效率比HCFC-22高5%，造成如此兩極化結論的原因在於R-410A的壓力與密度皆比HCFC-22高出甚多，且熱傳特性也較佳，提昇了冷媒側的熱傳係數。因此在大型的冰水機運用上R-410A的效率應可與HCFC-22相當。

表12. 替代冷媒應用於冰水機的理想效率值

圖3為不同效率的冰水機(IPLV：0.45~0.60 kW/ton)於美國亞特蘭大市的氣候條件運轉時，每冷凍噸每年運轉所需耗費的電力與CO2排放量，其計算基礎為：

• 每年操作2,125小時
• 設備壽命30年
• 發電廠發電每kWhr 的CO2排放量為0.65 kg

圖 3. 不同效率的冰水機於亞特蘭大市的耗電與CO2排放量情形

表13為根據圖3中每冷凍噸的計算基礎，推算1999年所能取得效率最高的350 RT與1000 RT冰水機的年平均運轉耗能比較。

表13. 1999年350 RT與1000 RT冰水機的效率水準與年平均運轉耗能

(3). LCCP分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　TOP　BOTTOM

上述的效率分析可用來作為LCCP分析中的間接排放的計算基礎。直接排放的部分則以表14來表示。表14為冰水機每年的冷媒洩漏量，根據美國目前的工業水準，每年的冷媒洩漏量應可控制在0.5%以下，但後文的LCCP分析仍然以1%洩漏作為計算基礎。

表14. 冰水機每年的冷媒洩漏量

經過上述一連串的計算分析，可以得到最後結果，即為1999年效率水準的350 RT與1,000 RT冰水機，於美國亞特蘭大市辦公大樓運轉30年後，直接與間接排放至大氣中等價的CO2量。由於計算方式相同，表15僅列出350 RT的分析結果。

由表15可看出，LCCP等價CO2排放量中，佔大多數比例的為間接的排放量，也就是能源使用間接造成的二氧化碳排放量，直接排放的部分僅佔3%以下。若離開亞特蘭大市到較冷或較熱的都市情況也差不多，因為對大型建築物而言，外氣天候變化，並不是唯一的空調負載，照明、辦公設備及電梯等機電設備、人員多寡等也佔有相當大的比例。

表15. 亞特蘭大市辦公大樓使用350 RT(1999年效率)冰水機之LCCP分析

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伍、結　語

1. 使用高效率冰水機不但可節約能源，更可節省使用者之運轉費用。
2. 採用高效率冰機所可能增加之少許初置成本，對整體空調系統所產生之影響不大，但可增進整體系統之表現。
3. 國產冰水機效率仍有很大的提升空間。
4. 效率提升可增加主機競爭力，亦對消費者有利。
5. 於我國即將實施冰水機效率管制之際，無論冰水機製造廠、進口商、使用業主及相關工程業皆應熟悉國內外冰水機標準的內容，以便客觀的分析冰水機的性能。
6. 製造商要提高主機部份負載IPLV值，則必須加強75%、50%之負載效率，主機之卸載控制策略亦與IPLV值有相當大的關係，值得加以研究。
7. 節能措施應考慮整體系統協調性，並需長期推動、點滴累積。
8. 新系統之選擇主要以選擇系統工作冷媒及能源效率作為指標。冷媒之選擇則一定要注意蒙特婁議定書及未來溫室效應管制之限制。
9. HCFC做為CFC替代的業者，宜密切注意國際間HCFC管制動向，以利及早因應，替代品HFC屬溫室氣體，其GWP值高，未來是否會限制使用，值得注意
10. 世界各國已有數以萬計的全新的R-407C氣冷式系統上市，許多舊系統換裝R-407C也相當成功。水冷式系統若善用其溫度滑差物質的特性，加以最佳化設計，亦可以得到很好的結果。

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陸、參考資料

1. "Replacing R22 in existing air conditioning and heat pump systems"， AC&R NEWS Vol. 15, No.8, May 1999, pp 53~54
2. Arthur D. Little, "Global Comparative Analysis of HFC Alternative Technologies for Refrigeration, Air Conditioning, Foam, Solvent, Aerosol Propellant, and Fire Protection Applications", Final Report to the Alliance for Responsible Atmospheric Policy, August 23, 1999.