热泵技术的应用.PDF

熱泵技術的應用 黃秉鈞 主持人 台灣大學 新能源中心 壹、熱泵原理 相信每一個人在夏天都吹過冷氣，那冷氣又是怎麼產生的呢? 冷氣機主要是由 壓縮機及一些熱交換器組成，其內充灌冷媒，如圖 1 所示。冷氣機通電後會從空 氣吸取熱量(在蒸發器中利用冷媒蒸發吸熱的原理) ，使空氣降溫，這便產生了冷 氣。冷氣機也會往外面排出熱氣(在冷凝器中利用冷媒冷凝釋熱原理) ，由能量不滅 原理，這些熱氣的能量(Q )會等於輸入冷媒蒸氣壓縮機的電能(W )加上從冷氣房所 H e 吸取的熱量(Q ) ，即Q =Q +W 。 L H L e 圖1 冷氣機可以說是一部「移熱裝置」，把熱能從一個地方 (冷氣房)移到另一個地方(大氣) 從另一個角度來看，冷氣機也可以說是一部移熱裝置，把熱能從一個地方(冷 氣房)移到另一個地方(大氣) ，當然這個移動熱能的作用需要借助電能才會發生(見 圖1 說明) 。就好像是我們家裡所用的水泵 ，一通電後 ，會將水從一個地方(一樓自 來水池)送到另一個地方(樓頂水塔)一樣。只是冷氣機所搬動的是熱能而已，所以 冷氣機的學名又稱為「熱泵」－利用壓縮機的熱力循環原理來產生移動熱能的作 1 用。 冷氣機在製造冷氣的過程中，往外面排出的熱氣能量(Q )會高於輸入電力(W ) H e 的好幾倍(約三到六倍) ，因此也就造成環境污染，這就好像 「把自己的舒適建立在 路人的痛苦上」一樣。 貳、熱泵熱水器 如果將冷氣機製造冷氣過程中，往外面排出的熱能(QH) ，排入一個水槽中， 製成熱水供使用，這樣就可回收原本要排放到屋外的熱氣，變成有用的資源。可 節省另外製造熱水的設備投資與能源費用 。因此，冷氣機除產生冷氣外，從製造 熱水的功能來看，它也可變成一部「熱泵熱水器」(圖2) ，冷氣與熱水通通有用。 而在製造冷氣過程中 ，也會產生除溼作用 ，因此 「熱泵熱水器」兼具熱水、冷氣、 除濕的多重功能，是典型的綠色環保器具。 圖2 「熱泵熱水器」兼具熱水、冷氣、除濕的多重功能，是 典型的綠色器具 參、大氣取熱式熱泵熱水器(太陽能熱泵) 在天氣涼爽，屋內不用冷氣時，冷氣機也可以設計成從大氣吸取熱能，排出 的熱氣能量(Q ) ，仍然導入水槽中，製成熱水，這就是「大氣取熱式熱泵熱水器」 H 2 (圖 3) 。那大氣的熱能又從哪兒來呢? 這很簡單，地球上的大氣層時時在吸收太陽 能，取之不盡用之不竭。所以這種「大氣取熱式熱泵熱水器」是太陽能應用的一 種，稱為「太陽能熱泵」也可以。 有些人可能使用過冷暖氣機(附暖氣功能的冷氣機) ，它是從大氣吸取熱能 ，然 後排入屋內取暖，這是大氣取熱式熱泵的一種。排入室內的暖氣能量(QH) ，約為輸 入電能(We)的二到三倍左右，也就是說輸入 1kW 電能，可以獲得2kW 到 3kW 的 暖房能力! 而市面上暢銷的電暖爐 ，輸入 1kW 電能 ，頂多也只能獲得1kW 的暖房 能力。因此，採用熱泵來取暖，可以節省電力約五到七成，是值得大力推廣的綠 色環保器具。一樣的道理，熱泵熱水器也可以節省電力約五到七成 ，如表 1 所列。 圖3 「大氣取熱式熱泵熱水器」 ( 「太陽能熱泵」) 表1