太陽能溫水游泳池設計整合
4.3 加熱系統設計整合
4.3.1 加熱系統方案設計
游泳池太陽能熱水系統是以太陽輻射能量來讓池水加熱，提供特定的熱水使用 需求。若考慮用水量和使用時段的差異，通常會先以儲熱水箱來將熱水儲存。並搭 配輔助加熱設備，如電、天然氣、燃油加熱器或熱泵等，以便在夜間、陰雨天或冬 季無法利用太陽能來提供充足熱水時的輔助加熱，以適時的供應足量而且適溫的熱 水。游泳池太陽加熱系統的規劃通常是藝術設計多於科學根據。因為在設計或計算 太陽能加熱系統時，有些資料必須由設計者來判斷與選擇，包括：
˙ 池面風速的決定
在池水表面的風速，影響蒸發與對流的熱損失甚大。此二部分是構成總熱損 失的最主要部分。熱損失則決定加熱設備的熱負荷。加熱設備的熱負荷必須
滿足微氣候條件、建築物的位置，而且季節性氣候變化的不一致性讓選擇適 宜的風速資料變得更困難，因而讓設計者難以正確的計算系統正確的加熱負 荷。
˙ 集熱器效能
對於游泳池加熱系統的集熱板，平均空氣溫度最好是 27.2℃、平均集熱板溫 度最好是 35℃、平均日射量最好是 1600 Btu/ft2day。因為，無玻璃面蓋的集 熱器效能會因吹過集熱板表面的冷風而被大幅降低，但一般的效能公式、圖 表或低溫分級方法都不考慮此因素，因為在計算程式採用的風速低於 3mph。
˙ 集熱板陣列被陰影遮蔽的影響
對於在上午 8 時～下午 4 時，入射陽光未被遮蔽的游泳池，經由陽光照射池 水面的直接吸收，但在有遮陽設施的游泳池，這種熱獲得量會減少 30～
40%。因此，在評估預期的集熱板陣列的熱輸出量時，計算值具有不確定性，
所以系統設計人員必須具備必要的專業知識以判斷這些影響的程度。
一、 加熱系統方案設計項目
太陽能溫水游泳池加熱系統方案設計項目，參考圖 4.3.1。
圖 4.3.1 太陽能溫水游泳池加熱系統方案設計項目
表 4.3.2 各類型游泳池的補充水量
（二）環境位置條件
瞭解游泳池所在位置的氣候條件、氣象資料、環境溫度、安裝地點的緯度、
日照時間、月均日輻照量等。
（三）冷水供應條件
瞭解游泳池所在位置的冷水供水情況、水壓及水溫，尤其在夏季枯水季節時 的水壓。通常冷水系統的供水壓力是以頂層為最不利點為考量。而太陽能熱 水器最佳的安裝位置是在建築的屋頂上，所以需要的水壓至少比一般的系統 高出 2～3m，如果水壓不足會引起太陽能熱水系統不能運作或者儲熱水箱中 熱水無法流出的問題。
（四）輔助熱源條件
瞭解游泳池所在位置電力、天然氣及油料供給的方便性、價格等，輔助加熱 設備擺放位置也必須事先規劃好。
三、 太陽能加熱系統
依據上述的游泳池熱水設計條件、使用時間要求、熱水需求量及出水位置的分 佈，結合輔助熱源的使用，合理選擇太陽能加熱系統，繪製系統流程配置圖。
太陽能熱水系統應用於室內或室外溫水游泳池時，一般都採用強制循環方式。
強制循環式太陽能熱水系統是利用水泵，讓水在集熱板與儲熱水箱之間循環。當集 熱板的水溫高於儲熱水箱內的水溫設定溫度時，控制裝置啟動水泵使水流動。在水 泵出口處與集熱板之間裝設逆止閥，防止在夜間水由集熱板逆流，造成熱損失。如 圖 4.3.2。
泵 過濾器
溫度 感知器 自動控制器 逆止閥
三向閥
游泳池 釋氣閥 集熱板
圖 4.3.2 強制循環式太陽能熱水系統示意圖
（一）加熱系統循環迴路設計
強制循環式太陽能溫水游泳池的池水加熱系統是利用水泵以強制方式讓水流 過集熱器。水經過加熱之後，再流回游泳池的配管系統或在熱交換器處將熱 傳遞給池水。不同的系統迴路設計，會產生不一樣的加熱效果。游泳池一般 常用的強制循環式系統迴路設計有下列四種：
1. 直接強制循環系統/開放式迴路系統
讓游泳池的水直接經由集熱器來循環加溫，參考圖 4.3.3。
強制循環系統構件
集熱 板 釋 氣閥
關閉，用以限制或完全阻撓水流，強迫水向上流經集熱板。此時，在太陽
4.3.6。
馬達
過濾 器 加 熱器
流至 泳池
流 至 集 熱板
溫 度 感 知器
圖 4.3.6 高壓降強制循環集熱系統 [資料來源：FSEC]
（二）太陽能加熱系統
游泳池池水的加熱可採用直接式或間接式循環加熱方式。直接式循環加熱因 為會產生噪音，且有水溫不易均勻的缺點，所以多採用間接式循環加熱方式，
先將水加熱到預定溫度後再送入池中，參考圖 4.3.7。
太陽能熱水系統除了初始的安裝費用外，並不須要負擔運轉期間的燃料費 用，除非是在其熱水供應上加裝輔助加熱設備，其次則是水循環泵的耗電量。
1. 系統的優缺點說明如下：
（1）優點
˙ 除了系統建置的費用以外，不需要燃料費用。
˙ 以太陽能做為能源，不會污染環境。
（2）缺點
˙ 安裝集熱板需要大面積的有效空地或屋頂，所以須在游泳池規劃 設計時預先考量其設置位置及安裝面積。
˙ 在沒有陽光的陰雨天或冬季，集熱效果較差，若要維持穩定的熱 水供應量，則須加裝輔助加熱設備。
2. 說明
以台灣地區的氣候條件，運用太陽能做為加熱能源，是符合能源使用績效 的，且具有經濟價值的溫水游泳池加熱方式。若考慮在可能沒有太陽的陰 雨天或冬季時也能使用游泳池的情況，可以搭配其他的合適的輔助能源加 熱設備。
集熱 板 釋氣 閥
過濾器
漏放
逆止閥控制 閥 除毛器
泵
送水管路 回水管路
游 泳池
圖 4.3.7 游泳池太陽能加熱系統示意圖
四、 輔助加熱系統
掌握游泳池所在位置電力、天然氣及油料供給的方便性、價格等，選擇適合的 輔助能源設備與太陽能加熱系統結合，繪製系統流程配置圖。
（一）單一輔助加熱設備 1. 熱泵加熱設備
（1）熱泵加熱設備所使用的電力能源成本，每 1000 Btu 熱量所需之燃料
費用約為 0.09～0.19 元。
（2）設備的優缺點說明如下：
A. 優點
熱泵的冷與熱兩部分的功能都可以被充分的利用。換言之，在供 應游泳池熱水的同時，也能提供在鄰近的室內空間冷氣或除濕的 空調效益。
B. 缺點
˙ 若與其他輔助能源加熱設備比較，其加熱速度較慢。
˙ 由於其熱源是來自空氣，在較冷的天氣，加熱效率會降低，
導致池水溫度上升是相對的較慢。
˙ 提供冷氣的風管系統之架設需花費額外的成本。
（3）說明
此次調查中有 2 座案例採用熱泵做為游泳池的輔助能源加熱設備。
因其加熱速率較慢，可以提高熱泵加熱噸數來克服。若考量冬季其 風扇處會結霜而降低運轉效率，可將熱泵設置在通風良好的室內，
參考圖 4.3.8。
游泳 池 逆 止 閥
過 濾 器 除 毛器
泵
圖 4.3.8 游泳池熱泵加熱系統示意圖
2. 天然氣加熱設備
（1）天然氣能源成本，每 1000 Btu 熱量所需的燃料費用約為 0.35 元。
（2）設備的優缺點說明如下：
A. 優點
˙ 加熱效率高。
˙ 系統安裝容易。
˙ 燃料價格便宜。
B. 缺點
游泳池附近要有都市天然瓦斯系統的供氣外線管路的埋設。
（3）說明
此次調查中有 3 座案例採用天然氣做為游泳池的輔助能源加熱設 備。由能源成本角度分析，天然氣加熱設備是較為可行的方式之一，
參考圖 4.3.9。
過濾器
天然氣 加熱設備 逆止閥控 制閥
除毛 器
泵
游泳池
天然氣
圖 4.3.9 游泳池天然氣加熱系統示意圖
3. 液態天然氣加熱設備
液態天然氣能源成本，每 1000 Btu 熱量所需的燃料費用約為 1.11 元。
（1）設備的優缺點說明如下：
A. 優點
˙ 加熱效率高。
˙ 系統安裝容易。
B. 缺點
˙ 需要設置儲氣槽，其設置位置、安全與美觀都必須被考量。
˙ 燃料的價格較高。
（2）說明
此次調查中有 3 座案例採用液態天然氣做為游泳池的輔助能源加熱 設備。能源成本過高，而且儲氣槽的設置需要耗費較高的費用，若 採用一般的桶裝瓦斯，其容量與安全都須考量。因此不建議做為游 泳池輔助加熱設備的能源，參考圖 4.3.10。
過濾 器
液態丙烷氣 丙烷( )加熱設備 逆止閥控制 閥
除毛 器
泵
游泳池
液態丙烷氣 丙烷( )
圖 4.3.10 游泳池液態天然氣加熱系統示意圖
4. 燃油加熱設備
（1）柴油能源成本，每 1000 Btu 熱量所需的燃料費用約為 0.71 元。
（2）設備的優缺點說明如下：
A. 優點
˙ 加熱效率高。
˙ 系統安裝容易。
˙ 燃料價格中等。
B. 缺點
˙ 需要設置儲油槽，其安全與美觀都必須被特別考慮。
˙ 燃油會造成空氣污染問題。
（3）說明
此次調查中有 1 座案例採用柴油做為游泳池的輔助能源加熱設備。
由能源成本的角度來分析，燃油加熱設備是在所分析的五種傳統燃 料中，燃料費用屬於中等，但由於燃油會造成空氣污染，因此不建 議採用，參考圖 4.3.11。
過濾器
燃油加熱設 備 逆止閥控制閥
除毛器
泵
游泳池
燃油
圖 4.3.11 游泳池燃油加熱系統示意圖
5. 電加熱設備
（1）電力能源成本，每 1000 Btu 熱量所需的費用約為 0.76 元。
（2）設備的優缺點說明如下：
A. 優點
˙ 加熱效率高。
˙ 系統安裝容易。
˙ 不會有環境污染的問題。
B. 缺點
若以現在和未來的燃料成本結構觀之，電力在包含天然氣、液態
天然氣和柴油等傳統的燃料能源中，其燃料成本是最高的。
（3）說明
此次調查中有 3 座案例採用電力做為游泳池的輔助能源加熱設備。
若從能源節約的角度分析，電力的能源成本過高。因此，以電力加 熱設備，顯然不符合能源績效需求，參考圖 4.3.12。
過 濾器
電力加 熱設備 逆止閥控 制閥
除 毛器
泵
游泳池
圖 4.3.12 游泳池電加熱系統示意圖
（二）複合輔助加熱設備
（二）複合輔助加熱設備