知其道、用其妙 论 超高温双效热泵

1. 知其道、用其妙论 超高温双效热泵 方煒 台灣大學 生物產業機電工程學系教授 2008 10. 20 中國農業大學 / 中國農科院 2008 10. 23 江西省上饒縣德興市

4. 冷通、暖通 太极拳、血液循环、气机导引 生物机电之密闭式回路系统我在冷冻空调系统研发上的学思历程 2005/01/25 宁波市，浙江省，中国

5. 进入二十一世纪之后 • 我们不断面临各种挑战： • 油价居高不下、恐怖主义威胁不减、 • 全球暖化持续加温、物价涨声不停、 • 全球人口激增、物种严重灭绝， • 海啸、洪水、干旱等自然灾难频传， • 黑心食品、有毒蔬果等内外销纠纷频传， • 金融失序、世界失控的程度超乎我们的想象与理解， • 从大自然、宗教、种族、国家、经济及个人生存的每一个面向，都布满危机。

6. 危机就是转机 • 能源议题 • 环保议题 • 安全议题 • 维护问题 • 其它

7. 能源议题 • ”据南方日报报道，中国建筑业协会建筑节能专家委员会会长、首席专家涂逢祥曾在一份关于建筑耗能的分析报告中提出，“目前我国已建房屋有近400亿平方米属于高耗能建筑，新建房屋有95％以上是高耗能建筑，而且不合乎节能要求的类似建筑在我国的农村和城市遍地都是”。 • 国家建设部科技司副司长武涌认为，“仅到2000年末，我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤，占全社会终端能耗总量的27.6％。”令武涌感到担忧的是，“根据发达国家的经验，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，这个比例最终还将上升至35％左右。

8. 传统的热水产生系统 • 瓦斯热水器，锅炉 • 产生二氧化碳(温室气体) • 产生ㄧ氧化碳(危害安全) • 锅炉 • 操作安全顾虑 • 维护费时费工 • 耗能 • 电热水器，电热炉 (统称电热器) • 高耗电

9. 环保议题 • 在绿色和平组织的「焚毁未来」报告中指出，经济合作暨发展组织虽然要求在未来二十五年，每年使用燃媒的生产比例不得超过百分之零点三，但亚洲的中国、南亚与东亚的成长比例都远高于此。 • 而亚洲燃媒最主要的供应国家为中国与澳洲，澳洲是全球第四大燃媒生产国，同时也是全球最大的燃媒出口国，中国则是全球最大的燃媒生产国；而在进口燃媒的国家中，日本、南韩与台湾分别是最主要的燃媒进口国，显见亚洲国家对燃媒的高依赖程度。 • 各国政府目前正在加拿大蒙特娄集会，准备就京都议定书再行讨论，绿色和平组织也呼吁各国政府重视气侯变化问题，减少使用传统能源。

10. 环保议题--空污 • 太原市今年（2005）新增700万平方米供热能力，全市实际供热面积达2700多万平方米，集中供热面积列全国“三甲”；全年还拆除208台燃煤锅炉，更新改造锅炉362台，新建成了8平方公里的无燃煤区。

11. 安全议题 • 北京一家足疗中心的锅炉昨日发生爆炸，造成1人死亡。 • 内地传媒报道，爆炸的足疗中心位于通州区。报道又引述目击者表示，消防队员赶到时，三十平方米的锅炉房内，锅炉已经破损，流出柴油，火势在扑灭后，锅炉房内发现一具尸体。

12. 安全议题 • 据一工人介绍，起火大约在昨日下午2时许，当时起火的锅炉正在炼铁，锅炉内燃烧的柴油发生泄漏，遇上高温着火。 南方日报2005/11/22

13. 维护问题 • 晚8点，王景余与两名工人来到锅炉房检查原因。烧炉工说，他当时按操作程序先放气，打开锅炉填煤铁门。刚准备关上填煤铁门，炉内突然喷出一直径一米多的大火球，三人被火球喷倒在地，爬出锅炉房后发现头发全被烧光。三人立即被送往304医院救治。

14. 维护问题 • 昨日（2005/11/9）9时30分许，沙河口区星月街4号楼，一名烧锅炉的工人钻进居民楼的烟囱清理烟道时，被上方掉落的煤灰埋住，不幸死亡。 • 新华网2005/11/10

15. 1990年各型加热系统之效能 摘自 Albright, 1990 (Chap7)

17. 各种加热系统之比较 1 4 1.8 3.5 2.1 搭配大型保溫熱水槽，使用離峰電力 (0.8NT$/度)，可進一步節能 1 4 5.4 10.5 6.3

18. 環保與安全的熱泵 • 没有燃燒，不排放二氧化碳與一氧化碳 • 吸取環境熱能，有助於減緩全球暖化 • 不使用燃料，不會有燃料外泄的安全疑慮 • 不使用鍋爐，不擔心氣爆問題

20. 熱泵節能減碳效能大

21. 知其道用其妙 Part 1: 基礎篇

22. HP 低溫 高溫 水泵與熱泵(Heat Pump)的異同 水泵產生位能差 將水由低水位送至高水位 熱泵產生温度差 將能量由低溫區送至高溫區

24. 3 1 4 暖气机就是气源热泵 用電效率遠高於電暖與電熱設備

25. 鰭管式熱 交換器 冷排側 C 熱排側 鰭管式熱 交換器 氣冷的分離式空調 提供冷氣 室外側 室內側 對環境排放熱氣

26. 鰭管式熱 交換器 冷排側 C 熱排側 鰭管式熱 交換器 P 冷卻水塔 水冷的分離式空調 提供冷氣 室外側 室內側 對環境排放熱氣

27. 使用水塔/熱排對室外散熱就是熱能的浪費

28. 新水 冷水槽 消耗 P 板式熱 交換器 冷排側 C 熱排側 鰭管式熱 交換器 單效冰水機 水氣型熱泵 製冷水 冷水也可用來提供冷氣與製程所需之預冷 對環境排放熱氣

29. 鰭管式熱 交換器 冷排側 C 熱排側 板式熱 交換器 P 新水 熱水槽 消耗 單效熱水機 水氣型熱泵 製熱水 對環境提供/排放冷氣 熱水提供暖氣、生活/消毒熱水與製程所需之預熱

30. 什麼是雙效熱泵 • 低溫區溫度夠低溫，允許其他應用 • 高溫區溫度夠高溫，允許其他應用 • 低溫區與高溫區允許同時應用 • 低溫區與高溫區允許儲存兩者或任一者以待後續之應用 一般的熱泵 60~65oC為上限 -15 oC 45 oC 50 oC 70 oC 80 oC 10 oC 0 oC 超高溫熱泵

31. 溫度20度的水 溫度10度的水 溫度10度的水 溫度30度的水 溫度30度的水 溫度30度的水 溫度70度的水 溫度50度的水 溫度20度的水 什麼是雙效熱泵 熱泵主機 熱量被熱泵由左側的水中，搬移到右側的水中，左側的水愈來愈冷，右側的水愈來愈熱。

32. 知其道用其妙 Part 1: 在地應用的構想

33. 構想 1 鄱陽湖常溫湖水 雙效熱泵 高溫湖水 提供高溫魚種 養殖 低溫湖水 提供低溫魚種 養殖 常溫水流回

34. 構想 2 高溫湖水 提供高溫魚種 養殖 常溫水流回 鄱陽湖深層低溫湖水 6 ~12 oC 17 ~ 23 oC 能量採集 11 ~ 17 oC 換熱器 P 12~16 oC 單效熱泵 製冷 能量釋放 能量提升 提供附近城市鄉鎮 製冷需求 17~21 oC P 12 ~ 16 oC 7 ~ 11 oC 密閉式潔淨水 蓄水池 P P

35. 構想 3 低溫湖水 提供低溫魚種 養殖 常溫水流回 表層常溫 湖 / 河水 能量採集 換熱器 P 單效熱泵 製熱 能量釋放 能量提升 提供附近城市鄉鎮 製熱需求 P 密閉式潔淨水 蓄水池 P P

36. 構想 4 常溫水流回 鄱陽湖常溫湖水 換熱器+ 雙效熱泵 P 能量採集與提升 提供鄉鎮市區 生活熱水 冷水提供 鄉鎮市區冷氣 能量釋放 密閉式潔淨水 蓄水池 能量釋放 排放

37. 知其道用其妙 Part 2: 進階篇

38. 熱泵的種類 • 依熱源分類 • 气源热泵 • 地源热泵 • 水源热泵

39. 暖气机就是气源热泵 环境温度太低 会吸不到热量

40. 气源热泵系统 • 传统气源热泵 • 气温低于15oC以下的地区不适合使用 • 和韋產出的气源热泵 • 气温低于4 oC以下的地区不适合使用 • 气源热泵不适合的高纬度地区可改用 • 地源或水源热泵系统。

41. 地源热泵系统冷/熱能來源 • 表層土壤受到陽光照射 (用於間接製熱) • 中/深層土壤全年溫度穩定 (用於製熱或散熱) • 深層岩層溫度高 (用於間接製熱，以水為工作介質) • 深層地下水溫度低 (用於間接製冷) • 淺/中層地下水溫度適中 (用於間接製熱或散熱)

43. 地埋管地源热泵系统 地下水地源热泵系统

44. 地埋管地源热泵系统 10 ~ 100 m或更深

45. 封闭式地源热泵系统 (水平安装)

46. 地源热泵系统 • 地下水地源热泵系統 • 吸热管多采取垂直立管方式 • 深度需达10~100 m 或以上 • 施工难度较高，成本较高 • 需选择适当地点 • 垂直式地埋管地源熱泵系統 (傳統方式) • 水平式地埋管地源熱泵系統 (江西和韦节能科技公司) • 吸热管采水平方式摆置 • 在大多数地区的安置深度在 2 m以内 • 最低温小于7度C以下的区域均适合使用 • 最低温不小于 7度C以下的区域仍可使用，但气源式热泵即可胜任

47. 水源热泵系统 • 由水體吸熱或散熱 • 开放式 • 管路由淡水的井、湖与河中抽水 • 水体多需另经过滤 • 管路送水至淡水的井、湖与河中 • 封闭式 • 管路流经大范围水体，进行吸热或散热 • 大范围水体： • 游泳池、池塘 • 深入地下水层的井 • 湖泊、河川、海洋

48. 封闭式水源热泵系统 湖 / 池 / 河

49. 开放式水源热泵系统 或地下水地源热泵系统

50. 地下水地源热泵系统 地下取熱以井水為工作介質 需要地底下有高溫岩層