能源技術服務業 專業人員訓練課程 熱泵熱水節能技術
簡報大綱 一 熱泵熱水節能系統簡介 二 慈濟使用熱泵系統現況說明 三 ESCO 能源服務案例說明 四 熱泵節能系統量測與驗證 (M&V)
一 熱泵熱水節能系統簡介
熱泵系統簡介 熱泵機是吸收大自然空氣中的熱能或空調系統之廢熱進行熱交換使其成為日常生活所需的溫熱水
熱泵系統原理圖 輸入電能 We 1 2 低壓 低溫 氣態 高壓 高溫 氣態 壓縮機 空氣 冷空氣 QL 吸收熱能 蒸發器 熱泵機是利用冷氣機原理, 將排放的熱氣回收, 加以轉換成熱水供應 以機器 " 能量平衡 " 原理, 加入熱水的能量 QH, 等於由空氣中或水中吸取的熱量 QL, 與壓縮機的輸入電量 We 之和, 即 QH=QL+We 冷凝器 排放熱能 QH 60 熱水出 15 冷水入 低壓 低溫 液態 高壓 中溫 液態 4 膨脹閥 3 QH = QL + We > We
熱泵效益及優點 各種熱水器之單位能源熱能力 設備種類 熱值 熱效率 單位熱產能 柴油鍋爐熱水器 8,816 仟卡 / 公升 燃燒效率 75% = 6,612 仟卡 / 公升 電熱水器 860 仟卡 / 度 燃燒效率 90% = 774 仟卡 / 度 液化瓦斯熱水器 12,000 仟卡 / 公斤 燃燒效率 75% = 9,000 仟卡 / 度 天然瓦斯熱水器 8,942 仟卡 / 度 燃燒效率 75% = 6,707 仟卡 / 度 熱泵熱水器 860 仟卡 / 度 熱放大係數 360%(COP) = 3,096 仟卡 / 度 各種熱源燃料費 (1,000 公升冷水由 21 加熱至 58 成為熱水, 需要 37,000 仟卡 ) 設備種類 熱量需求 單位熱產能 耗能 能源單價 能源費用 柴油鍋爐熱水器 37,000 仟卡 6,612 仟卡 / 公升 = 5.6 公升 20 元 / 公升 = 112 元 電熱水器 37,000 仟卡 774 仟卡 / 度 = 47.8 度 2.0 元 / 度 = 95.6 元 液化瓦斯熱水器 37,000 仟卡 9,000 仟卡 / 公斤 = 4.1 公斤 19 元 / 公斤 = 78 元 天然瓦斯熱水器 37,000 仟卡 6,707 仟卡 / 度 = 5.5 度 13.5 元 / 度 = 74.5 元 熱泵熱水器 37,000 仟卡 3,096 仟卡 / 度 = 12 度 2.0 元 / 度 = 24 元
熱泵效益及優點 ( 續 ) 100% 100% 85% 80% 70% 66% 60% 40% 21% 20% 0% 柴油鍋爐電熱水器液化瓦斯天然瓦斯熱泵熱水器
熱泵節能系統之優點 節約能源 耗電量小, 節省 4/5 的柴油費 節省 3/4 的電熱費 節省 2/3 瓦斯鍋爐費 環保只利用大自然中的熱能, 不產生二氧化碳 不排放廢熱 氣 無空氣污染, 不破壞臭氧層, 減少溫室效應 安全性高 取代傳統鍋爐設備, 無燃燒, 不產生廢氣, 免除鍋爐爆炸或瓦斯中毒之危險性, 具安全裝置免漏電之虞 燃油和瓦斯鍋爐因使用不當而引起的氣爆 中毒等安全事故時有發生, 如 : 亞歷山大一氧化碳中毒事件
一 空氣對水熱泵系統 : 低溫冷風 空氣中熱源 熱水儲槽 熱泵主機 空氣對水熱泵機 : 自空氣中汲取並轉移熱能至熱水儲 槽中, 主機運轉同時排出冷氣, 若以風管設施導引至 室內可降低部分空調負荷, 充分發揮熱泵機效益
二 水對水熱泵系統 : 冰水主機 熱泵主機 熱水儲槽 冰水回水 12 冰水供水 7 A/C CHR(12 ) LOAD ( 空調負載 CHS(7 ) ) 水對水型式之熱泵機 : 與空調系統作結合, 除供應熱 能外更能提供部分冷能, 分擔部分冰水主機負荷
二 慈濟使用熱泵現況說明
慈濟使用熱泵案例說明 項次 安裝地點 熱泵系統 數量 使用人 數 床數 1 花蓮慈濟技術學院 ( 學生宿舍 ) ( 空氣對水 ) 9 台 1000 人 2 花蓮慈濟中學 ( 宿舍 ) ( 空氣對水 ) 9 台 700 人 3 花蓮慈濟大學 ( 學生宿舍 ) ( 空氣對水 ) 12 台 1000 人 4 花蓮慈濟精舍 ( 空氣對水 ) 1 台 100 人 5 花蓮慈濟中學 ( 新宿舍 ) ( 空氣對水 ) 7 台 1000 人 6 慈濟高雄靜思堂 ( 空氣對水 ) 2 台 200 人 7 慈濟桃園靜思堂 ( 空氣對水 ) 2 台 200 人 8 花蓮全球慈濟人寮房 ( 空氣對水 ) 2 台 200 人 9 花蓮玉里慈濟醫院 ( 空氣對水 ) 1 台 80 床 10 花蓮慈濟醫院 ( 水對水 ) 2 台 300 床 11 台北縣新店慈濟醫院 ( 水對水 ) 10 台 1000 床 節能效益 % 63% 78% 12 花蓮慈濟急診大樓 ( 水對水 ) 5 台 500 床 13 嘉義大林慈濟醫院 ( 空氣對水 ) 12 台 1000 床
慈濟使用熱泵之節能效益 萬 1,200 800 $970 萬 每年平均節省約 635 萬元 400 $335 萬 0 原鍋爐 熱泵 安裝熱泵機後預估十年可節省燃料費用約 6,350 多萬元 ( 不包含燃料費用每年漲幅, 電價漲幅不大 )
三 ESCO 能源服案例說明
ESCO 能源服務案例說明 ( 二 ) 台北實踐大學 學生宿舍 :910 人原使用系統 : 柴油鍋爐系統原有熱水儲槽 :50,000 公升一座柴油費用 : 平均每年約 1,065,326 元 / 年, 扣除寒暑假以 9 個月平均, 平均每月約 118,360 元 / 月
改善後之系統 新增熱泵系統 : 空氣對水 SAHP-030 2 台 為滿足集中大量用水, 以全量儲水方式設計, 新增設 10 噸熱水儲槽 2 座, 與即有系統串接使用, 供應宿舍淋浴用熱水
實踐大學熱泵系統 能源服務方法 設備及系統工程由能源服務公司提供 能源服務公司提供的設備必須保證滿足校方住宿學生 910 人, 每人每日 50 70 公升之熱水使用量 (PM16:00~AM12:00) 校方依熱泵運轉所耗之電費與原鍋爐用柴油費用比較, 依每月實際所節省之費用支付給能源服務公司, 分 10 年支付, 服期間共計 10 年, 廠商需負全責保固之責 驗證方式 : 掛錶量測 (Option B) 採用微電腦控制器記錄熱泵耗電量和運轉記錄
實踐大學熱泵系統 能源服務方法 ( 續 ) 掛錶記錄熱泵在各用電時段之耗電量
實踐大學熱泵系統 能源服務方法 ( 續 ) 每月熱泵耗電量抄錶記錄
實踐大學節能效益 使用日期 (94 年 ) 平均柴油蒸汽鍋爐費用 ( 元 / 月 ) 熱泵主機耗電 費用 ( 元 / 月 ) 運轉費用差額 ( 元 / 月 ) 1 月 2 月 3 月 4 月 5 月 6 月 7 月 118,360 寒假 118,360 118,360 118,360 118,360 暑假 23,736-30,670 21,495 17,148 14,073-94,624-87,690 96,865 101,212 104,287-8 月 暑假 - - 9 月 118,360 18,892 99,468 10 月 118,360 17,114 101,246 11 月 118,360 27,277 91,083 12 月 118,360 40,935 77,425 改善後每月平均節能源費用 ( 元 ) 94,870 全年節省能源費用 ( 元 ) 853,830 未改善前全年合計 1,065,240 改善後 211,340
預估未來十年節能效益 萬 原鍋爐系統 熱泵系統 300 250 200 150 100 50 0 1 年 2 年 3 年 4 年 油價以毎年 10% 調整, 電價以毎年 2% 調整, 尚未加計設備重置費用 5 年 6 年 7 年 8 年 9 年 10 年 安裝熱泵機後預估十年可節燃料費用約 1,450 萬元
ESCO 能源服務案例說明 ( 三 ) 花蓮基督教門諾醫院 仁愛樓 : 病床數 144 床, 原有熱水儲槽二座共 6,000 升 恩慈樓 : 病床數 238 床, 原有熱水儲槽二座共 9,500 升 平安樓 : 病床數 443 床, 原有熱水儲槽三座共 9,000 升 原系統 : 柴油蒸氣鍋爐 2 台, 交替運轉 柴油費用 : 平均每月約 420,000 元
改善後之系統 新增熱泵系統 : 仁愛樓 : 空氣對水 SAHP-010 一台恩慈樓 : 空氣對水 SAHP-020 一台平安樓 : 水對水 SWHP-020 二台 空氣對水熱泵附加產生空調導入配電室 機房使用, 節省空調費用 水對水熱泵與原有冰水主機結合降低冰水主機負荷
門諾醫院熱泵系統 能源服務方法 設備及系統工程由能源服務公司提供 院方依熱泵運轉所耗之電費與原鍋爐用柴油費用比較, 以能源服務公司保證之 節能效益值 為依據, 院方依每季實際所節省之費用支付給能源服務公司, 按期支付 若低於 節能效益值 時, 院方則依節省費用, 按比例支付 驗證方式 : 掛錶量測 (Option B)
門諾醫院熱泵系統 能源服務方法 ( 續 ) 掛錶記錄熱泵在各用電時段之耗電量 耗油量與歷史資料比較表 熱泵耗電量記錄錶
基督教門諾醫院節能效益 期數 日期 柴油節省費用 A( 元 ) 熱泵運轉電費 B( 元 ) 總節省費用 C=A-B( 元 ) 第 1 期 94/02~94/04 719,810 141,263 578,547 第 2 期 94/05~94/07 798,480 91,683 706,797 第 3 期 94/08~94/10 896,805 110,681 786,124 第 4 期 94/11~95/01 936,195 134,295 801,900 全年節省能源費用 ( 元 ) 2,873,368
預估未來十年節能效益 萬 原鍋爐系統 熱泵系統 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1 年 2 年 3 年 4 年 油價以毎年 10% 調整, 電價以毎年 2% 調整, 尚未加計設備重置費用 5 年 6 年 7 年 8 年 9 年 10 年 安裝熱泵機後預估十年可節燃料費用約 4,800 多萬元
四 熱泵節能系統量測與驗證 (M&V)
IPMVP M&V 選項方案 M&V 選項 選項 A: 以測量設備的性能為主, 測量或約定操作的因素, 和每年驗證的 覆行的潛力 選項 B: 設備或系統在整個合約期間內, 定期或者連續的量測 選項 C: 以整個大樓或工廠的公用儀錶或分錶數據為主, 讚天氣和 / 或其它因素作為調整因子 選項 D: 以大樓或者製程的電腦摸擬計算為主, 用量測數據來校正摸擬計算 資料來源 : 台灣綠色生產力基金會 工程計算 節能效益計算 使用量測數據的工程計算 公用儀錶數據的分析 比較不同的模型
熱水槽 熱泵主機製熱能力量測儲熱泵性能量測與驗證 ( 選項 A: 以測量設備的性能為主 ) h a,o (DB o,wb o ) T w.o Q h 熱泵 h a,i (DB i,wb i ) W e T w.i ( T T ) Q h m w C p, w w, o w, i = & COP = Q W h e
現場量測實況 熱泵性能量測與驗證 ( 續 ) 超音波熱能計 保溫降低外界影響 溫度補償值測試 等溫測試完成
現場量測實況 ( 續 ) 啟動循環泵 熱泵進出水溫量測 待流量穩定後再次觀察進出水溫是否一致 流量計基本參數設定 起始溫度以及流量的量測 ( 啟動主機 ) 超音波流量探頭裝設以及管路厚度量測
掛錶量測 ( 選項 B: 定期或者連續的量測 ) 可經由掛錶記錄, 實際量測熱泵系統之耗電量 (kwh) 數值, 與改善前燃油費用加以比對, 計算實際節能效益 掛錶記錄熱泵在各用電時段之耗電量