冰水主機

冰水主機（chiller）是利用蒸氣壓縮製冷、吸附式製冷或吸收式製冷循環，將液態冷卻劑中的熱能移出的機器。液態冷卻劑之後可以流到換熱器來冷卻設備或是其他製程用到的物質（例如空氣或是處理水）。冷凍會產生廢熱，這是一定會有的副產物，廢熱需排到外界，或是用在加熱過程，以提昇效率^[1]。蒸氣壓縮冰水主機可能會用許多不同種類的壓縮機，現今最常見的是全閉渦卷式壓縮機、半閉式螺旋壓縮機，以及離心式壓縮機。冷水主機的冷凝端可以是空氣或是冷卻的水。冷水主機即使有水冷，還是會用引風或是強制送風的冷卻塔來冷卻。吸附式製冷和吸收式製冷都需要熱源才能運作^[2][3]。

York International的液冷冰水主機

冰水主機常用在中大型商用、工業用、基礎設施用的冷卻和除濕。水冷冰水主機可以是液冷（透過冷水主機）、空氣冷卻或是蒸發冷卻。水冷（或是液冷系統）在效率以及環境影響上，都比空氣冷卻要好^[4]。

空調上的應用

在中型商業大樓樓頂，乙二醇的冰水主機以及空冷的冷凝器

空氣調節系統中，冷卻劑是用冰水和乙二醇混合物組成，來自空調或是冷凍設備的冰水主機，分散到空氣處理器（英語：air handler）或其他終端處理設備的熱交換器或盤管（coil）中，以此冷卻周圍空間裡的空氣。水會迴流到冰水主機裡再冷卻。冷卻盤管會將空氣中的顯熱和潛熱傳送到冰水中，使空氣冷卻並且除濕。標準空調應用的冰水主機冷凍能力在50 kW（170 × 10³ BTU/h）到7 MW（24 × 10⁶ BTU/h）之間，至少有兩家廠商（York international和LG）可以生產冷凍能力高達21 MW（72 × 10⁶ BTU/h）的冰水主機^[5][6]。冰水溫度（離開冰水主機時）多半在1至7 °C（34至45 °F）的範圍，依應用需求而定。常見的冰水主機將會12°C（進入溫度）的冰水冷卻到7°C（離開溫度）^[7]。

若空調系統的冰水主機無法運作或是需要維修或更換，會用緊急冰水主機來提供冷卻水。租賃的冰水主機一般會安裝在拖車上，以便快速的進行佈署，會用大型的冰水軟管連接租用的冰水主機和空調系統^[8]。

工業應用

在工業應用中，會由冰水主機供應冰水或是其他冷卻劑，由泵輸送到其他製程設備或是實驗設備。工業冰水主機會用在許多產業中，用在產品、機構或是工廠機械的受控冷卻。工業冰水主機常用在塑膠產業、射出成形和吹塑成型、金屬加工的切削油、焊接設備、壓鑄和工具機、化工製程、製藥、食品和飲料製造、造紙和陶瓷加工、真空系統、X光繞射、電源和燃氣渦輪發電站、分析設備、半導體、壓縮空氣和氣體冷卻。工業冰水主機也用在冷卻高發熱的特殊設備，例如核磁共振儀以及雷射設備。

工業應用的冰水主機可以是集中式的，由一個冰水主機供應多個不同的冷卻需求，也可以是分散式的，每一個應用或是機器有其各自的冷水主機。兩種作法都各有其優缺點。也可能混合使用集中式和分散式的冰水主機，可能是不同區域的部份冷卻需求相同，但仍有些不同的情形。

冰水主機可以用在中大型商業、工業和機構（CII）建築的空氣調節。冰水主機可以是液冷、空冷或是蒸發冷卻。水冷或是液冷的冰水主機常配合冷卻塔，和空冷冰水主機相比，此作法可以提昇冰水主機的熱效率。其原因是因為熱可以在接近空氣濕球溫度的溫度排出，而不是在溫度較高的乾球溫度排出。蒸發冷卻的冰水主機效率比空氣冷卻要好，但仍低於液冷冰水主機。

液冷冰水主機一般會安裝在室內，由獨立的冷凝水管路冷卻，此管路中的冷凝水會在室外冷卻塔冷卻，將熱排到室外。

空冷或是蒸發冷卻冰水主機一般會安裝在室外，空冷冰水主機可以由周圍機械循環流動的空氣直接冷卻，熱從冰水主機的冷凝器盤管，直接排到大氣中。蒸發冷卻冰水主機也類似，但會在冷凝器盤管上施加一層水霧，以幫助冷凝器冷卻，使機器比傳統的風冷機器更有效率。這兩種冰水主機一般不會需要額外的冷卻塔。

冰水主機周圍若有現有的冷水水體可用，可以直接用來冷卻、取代冷卻塔，或是輔助冷卻塔的功能。像在加拿大多倫多的深水源冷卻（英語：deep water source cooling）系統就是一個例子。此系統用冷的湖水來冷卻冰水主機，而冰水主機透過區域冷氣（英語：district cooling）系統冷卻城市中的大樓。返回的水用來加熱城市中的飲用水處理系統，在天氣冷時會需要此功能。冰水主機除了本身的冷卻功能，其廢熱也可以利用，可以達到很高的熱效率。

蒸汽-壓縮冰水主機技術

蒸汽-壓縮冰水主機會使用以下壓縮機中的一種：往復式壓縮機、渦卷式壓縮機（英語：scroll compressor）、螺旋式壓縮機（英語：rotary screw compressor）或離心式壓縮機（英語：centrifugal compressor），這些壓縮可以用電動機、蒸汽渦輪發動機或燃氣渦輪發動機驅動。最常見的作法是用電動機在半密封（semi-hermetic）或全密封（hermetic）的組態驅動是，因為電動機可以高效運行，也很容易用冷卻劑冷卻，不需要額外的燃料供應，或考慮廢氣排放問題，因為電動機可以在冷卻劑中運行，不需要軸封，也減少了維修、洩漏相關的成本以及維修造成的停工時間，不過有時也會使用開放式的壓縮機。冰水主機發揮冷卻效果是透過逆朗肯循環，也稱為蒸汽-壓縮。配合蒸發冷卻（英語：evaporative cooling）的熱排出，其性能係數（COP）很高，可以到4.0甚至更高。

COP ${\displaystyle ={\frac {\text{Cooling power}}{\text{Input power}}}}$

以下是此系統的主要組件：

液冷冰水主機，其中有繪出蒸汽-壓縮冰水主機的各組件

離心型冰水機組外露的殼管式熱交換器。氣態的冷媒會從管內通過（後方可見的管道），和殼中循環的水交換熱量

冷凍壓縮機在本質上就是氣態冷媒的泵浦。壓縮機的額定（也是冰水機的冷凍能力）可以用千瓦輸入（kW）、馬力輸入（HP）或體積流率（m³/h, ft³/h）表示。壓縮氣態冷媒的機制會隨壓縮機種類而不同，每一種都有其適合的應用。壓縮機可以和電動機整合，也可以是開放型，透過機構和外部的電動機連接。

近年來，會在蒸汽-壓縮冰水主機中使用變頻器（VSD）來驅動，可以提昇效率。最早變頻器是在1970年代末期用在離心型壓縮機上，隨著能源成本的昇，這也成為主流。目前變頻器也用在渦卷式壓縮機和螺旋式壓縮機上。

凝結器可以是氣冷、液冷或是蒸發式的。凝結器本身是熱交換器，讓熱從冷媒氣體傳到水或是空氣中。氣冷凝結器是用銅管（供冷媒流動）和鋁散熱鰭片（讓氣流流過）製成。每一種凝結器有不同的材料成本，在效率上也有不同。若配合蒸發冷卻的冷凝器，其性能係數很高，可以到4.0甚至更高。氣冷凝結器會裝設在戶外，由周圍的空氣配合風扇強制冷卻。水冷或是液冷凝結器的冷卻水會接到冷卻塔，在冷卻塔中散熱。

膨脹裝置（熱力膨脹閥，TEV）或冷媒量測裝置（RMD）會限制液態冷媒流動，會產生壓力降，使一些冷媒氣化。冷媒氣化會從周圍的液態冷媒吸收能量。冷媒量測裝置會放在蒸發器前方，接近蒸發器處，因此蒸發器裡的冷氣體可以吸收水中的熱。冷媒量測裝置在蒸發器出口處有一個感測器，讓冷媒量測裝置可以依冰水主機設計需求而調整流量。

蒸發器可以是盤型或是殼管型。蒸發器也是熱交換器，可以讓熱從水蒸氣傳到冷媒氣體。在剩下的液態冷媒汽化的相變化中，冷媒可以吸收大量的熱，其溫度不會有明顯變化。

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