冰水主機原理、種類、配管方式完整說明

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冰水主機原理、種類、配管方式完整說明

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冰水主機（Chiller）是空調系統中關鍵的設備之一，廣泛應用於商業大樓、工廠、醫院等場所，用於製造冷卻水來降低建築內部的溫度。以下是冰水主機的原理、種類與配管方式的完整說明：

一、冰水主機的運作原理

冰水主機主要透過蒸氣壓縮式或吸收式製冷循環來產生冰水（冷卻水），其基本運作流程如下：

1.1 基本製冷循環（蒸氣壓縮式）：

  1. 蒸發器：冷媒在此蒸發，吸收冰水側的熱能，使冰水溫度下降。

  2. 壓縮機：將蒸發後的低壓冷媒壓縮成高壓氣體。

  3. 冷凝器：高壓冷媒與冷卻水（或空氣）交換熱能，冷媒冷凝為液態。

  4. 膨脹閥：高壓液態冷媒經膨脹閥降壓後再進入蒸發器，完成循環。

1.2 冰水主機的兩側循環

  • 冰水側（Secondary Loop）：冰水在蒸發器吸熱後送往風機盤管、空氣處理機（AHU）等末端設備，吸收室內熱量後再返回冰水主機。

  • 冷卻水側（Primary Loop）：冷凝器釋放的熱能透過冷卻水帶走，再送往冷卻塔排放到大氣中。

二、冰水主機的種類

2.1 依冷媒壓縮方式分類

類型特點適用情境
離心式（Centrifugal）高效率、大容量大型商辦、廠房
螺旋式（Screw Type）中等容量、效率高中大型商業空間
渦旋式（Scroll）小型設備、安靜小型建築、辦公室
活塞式（Reciprocating）結構簡單、維修方便小型空調或備用設備

2.2 依冷卻方式分類

類型冷卻方式特點
水冷式（Water-cooled）需搭配冷卻水塔效率高、需較多空間與水源
風冷式（Air-cooled）使用風扇散熱適用空間受限或缺水地區，效率略低

2.3 依驅動方式分類

類型能源來源範例
電動驅動（Electric）電能最常見
吸收式（Absorption）熱源（蒸汽、天然氣）工業廢熱利用、節能應用

三、冰水主機的配管方式

冰水主機的配管主要分為三個系統：

3.1 冰水系統（Chilled Water System）

  • 功能：傳遞冷卻能量至末端空調設備。

  • 流向：冰水主機 → 冰水泵 → 空調末端設備（如風機盤管、AHU）→ 回水 → 冰水主機。

  • 配管注意事項：

    • 需保溫以防凝結。

    • 配管坡度及排氣閥設計需妥當，避免氣阻。

3.2 冷卻水系統（Condenser Water System）

  • 功能：帶走冷凝器中的熱量。

  • 流向：冷凝器 → 冷卻水泵 → 冷卻塔 → 回到冷凝器。

  • 特性：

    • 開放式循環，需處理水質，防止水垢與腐蝕。

    • 須設置補水系統與排污管線。

3.3 冷媒循環系統（Refrigerant Loop）

  • 在主機內部循環，不需配管至外部。

  • 包含蒸發器、壓縮機、冷凝器及膨脹閥等。

四、冰水主機配管系統的設計方式

4.1 Primary Only（一次泵系統）

  • 單一冰水泵負責所有流量，適用於簡單或小型系統。

4.2 Primary/Secondary（二次泵系統）

  • 分開冰水主機與空調末端流量控制，提高系統穩定性。

  • 適用於大型或多樓層建築。

4.3 Variable Primary（變流量一次系統）

  • 使用變頻泵直接控制冰水流量，減少泵耗電。

  • 現代節能設計常用，需搭配精密流量控制。

五、系統示意圖（文字版）

冷卻塔 ↑ 冷卻水泵 ←→ 冷凝器（冰水主機） ←→ 蒸發器 ←→ 冰水泵 ↓ 空調末端設備

六、維護與節能建議

  • 定期清洗冷凝器與冷卻塔：防止水垢與熱交換效率下降。

  • 監控冷媒壓力與流量：確保系統運作穩定。

  • 使用變頻驅動（VFD）：降低部分負載時的能耗。

  • 水質處理：保持系統內部清潔，延長壽命。

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