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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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變頻、還要更高效能 良峰空調以研發開創領先

文/魏茂國

變頻空調技術,是利用高效元件與運轉控制,以達到節能減碳的需求與過程。成立36年,長期致力於壓縮機研發生產的良峰塑膠機械公司,在自行創新的同時,也和工研院合作開發變頻空調機的系統控制技術,提高技術的自主,更能連結產業鏈,有效提升國內變頻技術水準。

每到炎炎夏日,如何消暑就成了不可免的議題,很多人採取的方法,就是躲在冷氣房裡,免得全身濕濕黏黏的很不舒服。然而,在溫度居高不下時,若是終日開著冷氣,最直接的影響大概就是電費的暴增,並對用電的供給產生極大的負荷;另一方面,為因應節能減碳的趨勢,開發兼具使用便利與節電效益的空調設備,也就成為家電廠商不可少的任務。

在家家戶戶幾乎都裝冷氣的今日,如果能夠多加選用效率更佳、設計更環保的機型,對於整體的節能減碳效益也能有顯著的幫助。像是近年來採用DC(Direct Current,直流)變頻壓縮機的冷氣、電冰箱、洗衣機等家電,由於具有更優異的運轉及節電效益,因而逐漸取代傳統上使用定頻壓縮機的家電用品,也帶動了包括空調產業在內的家電業變革。

持續投入空調技術

目前空調機的重要技術,多是由日本廠商執牛耳,所推出的產品也深受消費者的肯定。不過,國內對於空調機的著力開發,其實也不落人後,藉由關鍵零組件與控制技術的研發,已經顯現足以抗衡的能力。位於土城的良峰塑膠機械公司,便是與工研院合作,引進DC變頻空調機的完整系統控制技術,不只符合國家節能與環保標準,更能提高空調機產業的競爭力。

過去在經濟部能源局的支持下,工研院即進行不少空調機相關技術的研發,像是在壓縮機的機械製造上,就擁有業界領先的技術,後來為提升改善壓縮機的效率,更投入了直流變頻技術。在研發過程中,工研院也著重整合國內的供應鏈廠商,以達到技術自主,以及商品化和降低成本的目標,甚至可以成為國外廠商的零組件供應者,擴大產業效益。

工研院所開發的空調機關鍵技術,主要在於協助瑞智精密公司量產的DC變頻壓縮機,以及與新唐科技公司開發的變頻空調機控制器專用CPU晶片,再來就是與良峰公司合作的系統控制技術。產業上中下游的整合,使得國內廠商能夠完整掌控直流變頻空調機的技術,一起攻占國內外市場。

良峰塑膠機械公司董事長許蒼林表示,在國內的變頻空調市場中,過去多是日本品牌的天下,現在更有中國大陸挾著廣大生產規模的強烈競爭,國內更有許多業者不是轉移至國外生產,就是採用國外進口的零組件;但只有自行投入研發,才能真正達到技術自主的地步,尤其是具有前瞻性的領先技術。

1975年成立的良峰塑膠機械公司,原先是著重在塑膠與橡膠類產品的生產開發,例如電風扇與冷氣等各式風扇葉片,以及一般電風扇等,由於品質優良,還帶動不少日本空調機廠將扇葉由鐵、鋁等材質改為塑膠;後來更先後成立冷氣廠與馬達廠,投入冷氣的生產製造。

突破變頻空調偵測驅動

過去良峰公司在空調機的製造上,雖已達到自行設計的能力,但如壓縮機等關鍵零組件,仍取自Panasonic等國外廠商。經由工研院串連國內空調業者之後,則為完全國產化開啟重要的一道門;光是系統控制器的成本,可減少超過40%。

良峰公司與工研院合作的系統控制技術,是在直流變頻空調機上,進行各種偵測與控制,以達到最好的運轉效率與環境舒適度。工研院綠能與環境研究所副研究員黃致愷解釋,傳統空調機內的定頻馬達只有單一轉速,啟動後當溫度達到設定值,壓縮機就會暫停運轉,是屬於感應馬達的類型,效率相對也較低。

但變頻空調機所使用的永磁同步馬達,則是一種高效率的馬達,由於內部為高溫、高壓的環境,無法將感測零件放入並藉以驅動,因此只能改採無感測(sensorless)的驅動技術,利用電壓、電流等訊號來做估測。而每家廠商都擁有程度不一的估測技術,若是估測驅動技術做得愈好,變頻空調機的效率也就會愈高。

黃致愷表示,無感測驅動技術就好比是矇著眼睛開車,只能靠其它感官來分辨,因此也是變頻空調控制技術中,較難突破的一大關鍵。當變頻空調機透過改變壓縮機頻率的方式,在即將達到設定溫度時,就可降低壓縮機的轉速,減少冷氣輸出的能量,相對上耗電量也會降低,以獲得節能減碳的效果。

就整體變頻空調機而言,除了變頻壓縮機的偵測與驅動外,系統控制技術還針對了室內溫度、冷媒流量與溫度等方面進行偵測,並對風扇馬達、電子膨脹閥、四方閥等各主要元件進行驅動控制;例如冷媒的流量控制得愈精準,室內溫度也就能更加穩定舒適。換句話說,工研院所研發提供的,是整個變頻空調的total solution系統控制技術,甚至還包含了室內機板、遙控器訊號接收、顯示面板等開發;藉由所有元件的偵測與驅動,可提供最佳的運轉搭配及效能。

不斷提升空調效能

許蒼林指出,採用工研院系統控制技術的變頻空調機,也結合了良峰公司在市場上的經驗與觀點,於使用上還創造了兩大特質及優點。一是具有智慧型的自動恆溫功能,只要先設定想要的室內溫度,冷暖兩用的空調機就能根據環境溫度的偵測,判斷應進行冷氣或是暖氣的輸送行程;不像一般的空調機,需要由使用者來做切換,顯得更聰明且更符合使用需求。

另一項傑出的功能,則為因應變頻空調機是由晶片控制,不外乎有可能發生當機的情形;但是當配有工研院所開發的系統控制技術的空調機受到外部干擾,即將當機或已經當機時,空調機即可自動檢測並恢復至原來開機時設定的運轉狀況,也避免對機器本身產生衝擊。

良峰公司也在研發上不斷創新,像是全世界唯一採用90度專利的風道設計,將傳統窗型冷氣機在吸風後,急速轉彎出風並因此造成較大噪音的風阻設計,改為進出風口僅為90度角的機構,所產生的噪音僅約40分貝,比同等級的分離式空調機種更安靜,打破過去窗機噪音較大的印象,而且效率也更好。

許蒼林表示,中國大陸的空調技術源於日本,並且一下子就踏進分離式空調機的市場,缺乏製造窗機的經驗與技術;但是在台灣、菲律賓、香港等地,以及歐美的DIY市場,都還有窗機空調的需求,加上良峰具有獨特的技術,也是他力排眾議,決定重新生產窗機的原因。

以國家所訂定冷氣機EER(Energy Efficiency Ratio,能源效率比)值於民國100年需提高15%,加上同一時間必須改用R401A環保冷媒等要求,都對國內空調業者產生極大的挑戰;但也看得出研發的重要性,更是解決問題、創造機會的契機。

創新研發才是根本

「沒有研發就沒有根,」許蒼林認為,雖然目前中國大陸可以說是最大的空調機生產地,並擁有來自日本的技術,但台灣仍需要開發自主的直流變頻技術;而工研院也還需要有更突破性的做法,包括與企業合作、鼓勵工程師創業等,甚或是未來CO2高效能壓縮機的開發。

黃致愷也說,除了持續提升空調機的效率外,工研院還將投入更多智慧化控制的方法,達到更有效的能源調配,減低耗能較大的情形發生;另外也將利用網路與雲端科技,透過能源資通訊技術(Energy Information and Communication Technology,EICT),致力開發群體空調機的控制技術,讓具有多台空調機的區域,能夠達到更節能省碳的目標。



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