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結合熱泵、儲熱裝置與分離式空調系統打造幾乎不排廢熱之空調系統

2018-09-22

李達生 特聘教授

台北科技大學 能源與冷凍空調工程系所


隨著全球平均溫度逐年提昇,2014年是有史以來最熱的一年,在夏日最高溫頻頻突破往年紀錄之時人們在室內享受空調帶來的舒適感的同時,是否也曾想過室外機排放的廢熱正在造成環境的破壞,進而導致室外溫度越來越高,產生的熱島效應讓酷熱環境更為難受。尤其在人口密集的都市,空調的使用率更是驚人;然而在這種情況下,空調猶如一把雙面刃,雖然可以使人們感受到室內舒適度卻也無形中破壞了室外環境。如何在使用空調系統時,同時利用室外機產生的廢熱,將會是在空調系統中必要的突破。

為了打造出幾乎不排廢熱的空調系統,結合熱泵以及儲能裝置將是目前最佳的解決方案,熱泵系統系統是一種利用電能驅動,採用蒸氣壓縮製熱循環,將低溫熱源的熱量轉換為高溫熱能而達到供熱效果的設備。由於熱泵主要有水對水及空氣對水等二種系統,可直接從空氣或水源吸收熱能,因此應用上可說是不受日夜與天候影響的高效率熱水供應設備,且冷熱能源效率比(COP)達9.3以上、節能率約60%,機組連續使用效率快、壽命長。進而取代傳統電熱、瓦斯、柴油熱水鍋爐等加熱系統,提升能源使用效率約50~75%左右,如圖1所示。

圖1 結合熱泵系統及儲熱裝置之空調系統-室外機廢熱回收以及吸收室外環境熱能的工作情況。

 

熱泵系統已在中低緯度國家實施多年,技術已是非常成熟。熱泵系統的應用不但節約能源,而且是一種將廢熱回收,讓地球更清涼的環保科技。但礙於台灣氣候變異不大導致早期推廣成效並不佳。但如今能源意識抬頭,政府主打節能以及減排的效益下,擁有高能源使用效率且利用廢熱回收的空調系統的重要性以及可瞻性也逐漸提升。

然而,結合熱泵系統及儲熱裝置之空調系統的關鍵技術是儲熱桶以及有效絕熱的技術,如何將收取到的廢熱有效的儲存將會是此系統的未來研究方向。以目前的技術來說,將收取到的廢熱搭配空調系統設計可以達到55~60度C的熱水加熱及儲存,未來有望在儲熱材料方面搭配空調系統作突破,達到更高效能的熱水儲存及加熱空間。而另一個需要突破的點在於,台灣屬於夏日時節長而冬日時節短的環境,如何將所製造的熱水作出多元化的使用也會成為此系統推廣重點,如何貼近人類生活需求將轉換出的熱水作最佳的使用,也會成為此熱泵暨空調系統的未來推廣重點。

結和人類生活水準以及環境保護所衍生出的熱泵暨空調系統,打造幾乎不排廢熱且兼顧綠色環境保護的空調系統將會在這波氣候環境變遷以及能源議題中造成巨大迴響。實務上的技術皆已成熟但如何得到消費者的青睞將會是熱泵暨空調系統的一大挑戰。