太陽能熱水系統水溫影響因子

對太陽能熱水系統而言，其藉由太陽熱能而將水溫提高之「能源轉換方式」有其先 天的限制。這些限制，例如自然環境、座向、材料與構造、系統設計、施工品質、操作 維護作為都足以影響其本身產生的水溫，因而無法達到系統最佳化之理想，這種能源轉 換裝置效能的良窳更將影響學校對再生能源設施投資的決定。

影響太陽能熱水系統效能的因素有很多，除了因集熱板本身構造不同的影響之外，

還包括集熱板的裝設（角度、方位）、儲熱水槽構造、熱水迴路構成（管徑、長度、材 質）、隔熱處理。有關於影響太陽能熱水系統水溫變化因子的探討，本研究是以監測數 據來說明其影響程度。若要進一步分析單元設備或特定因素對水溫影響之程度，例如，

集熱板角度對集熱效率之影響、水流速對水加熱溫度之影響的研究，就必須在實驗室的 環境內完成，才能提供明確的證明。

一、基地環境－太陽日射量之變化

太陽能熱水系統的加熱源是來自太陽。因此，太陽日射量之多寡直接影響集熱板之 效率以及供水溫度。外在環境條件的影響，在此是以季節與天候變化來說明。

（一）季節性影響

圖 4.2.1 為綜一宿舍房間內電熱水器進水側水溫度的變化趨勢。平緩曲線部分代 表未使用熱水時，房間熱水管線內的平均水溫。在夏季約 27.5℃，相當於室內溫 度；在冬季時管內平均水溫在 26℃左右，略高於在 11 月的室溫，這是因為水管 線在天花板內，不易受室內或室外氣溫的影響。圖中的波峰溫度表示由太陽能熱 水系統提供的熱水進入電熱水器。在夏季，電熱水器進水的最高溫度可達 45℃以 上。冬季的電熱水器進水最高溫度約 35℃。

房間季節溫度變化⁽以R422為例)

35 40 45 50

溫 度︵

夏季 2005/06/12~13

（二）氣候變化之影響

觀察圖 4.2.2，在夏季天氣晴朗的日子，熱水系統從儲熱水槽出水端供應至各房間 使用的熱水溫度，在一天之中，除了清晨至隔天中午之前的這段期間，皆已達到 系統設計時預期的供水溫度 50℃。但在陰天時，很明顯的，集熱板的效益有很大 的差異，在一天的大部分時間都無法達到預期的供水溫度。雨天時情況更糟，集 熱板幾乎是沒有很大的作用，水溫變化平緩並無特別高溫之處。

儲熱水槽出水溫度變化（綜一北側系統）

25 30 35 40 45 50 55 60

16:01 19:01 22:01 01:01 04:01 07:01 10:01 13:01 16:01 時間

溫 度

晴天 陰天 雨天

圖 4.2.2 當日氣候對房間電熱水器進水溫度之影響 二、集熱板組合模式－集熱板模組串聯之數量

對學一宿舍 12 片集熱板陣列的水溫監測結果如圖 4.2.3 所示。觀察在下午 2:30 的實 測曲線，其溫度變化說明如下：

1. 集熱板的加熱作用可以使第一片模組的水溫由 30℃升高至 70℃。

2. 通過集熱板陣列的水，經加熱後的溫度最高可達 85℃（發生於第 10 片）。 3. 水通過第 2 片集熱板模組之後，溫度已達 70℃；但由第 2 片至第 10 片的溫度變

化是由 70℃至 85℃；在第 11 片以後的水溫度下降至 70℃，最後的出水溫度是 80℃。

由整個陣列來觀察水溫的變化，水溫度並非會隨集熱板的數量增加而增溫，有時會 出現降低的現象。其次是在第 10 片出現最高溫度之後的下降情形。因此，最佳化的配 置數量與整體投資效益是有必要被再評估與驗證的。

學一宿舍12片模組串聯之水溫變化（94/04/17）

1. 綜一宿舍

16:01 20:01 00:01 04:01 08:01 12:01 16:01

時 間

16:01 20:01 00:01 04:01 08:01 12:01 16:01

時 間

2005/5/14(晴)

四、設備材質與構造－熱水保溫狀態

16:01 20:01 00:01 04:01 08:01 12:01 16:01 時間

圖 4.2.9 顯示學一宿舍系統 1 之儲熱水桶保溫狀態。由圖可知，在白天（早上 08：

16:01 20:01 00:01 04:01 08:01 12:01 16:01 時間

熱 水 器 耗 能 圖

16:01 20:01 00:01 04:01 08:01 12:01 16:01

時間

宿舍內的電熱水器因為其設定的溫度值為 60℃，導致已符合人體適用溫度的水必

16:01 20:01 00:01 04:01 08:01 12:01 16:01 時間（94/5/14）

基於監測資料完整性之考量，是以綜一宿舍 322 房為例來估算電熱水器的用電量。圖

= 2.75×220=605W-hr = 0.605kW-hr

= 0.605kWh（度） ⇒12 分鐘的電熱水器作功，共使用 0.605 度電。

19:31 19:41 19:51 20:01 20:11 20:21 20:31 時間

圖 4.2.14 為有紀錄用電量的房間其夏季用電情形之比較。「人」的因素不在本研究探

33.35 32.34

23.97 23.20

0

1. 當確定會長時間不使用由太陽能熱水系統提供的熱水時（例如，寒假或暑假期 間），就在集熱板陣列的表面舖上一片黑色的防曬網或不織布之類的遮蓋物，

降低直射陽光的輻射量，讓真空管集熱板的吸熱效率降低。但必須注意真空集 熱管表面與防曬遮網之間的通風問題，才可以在真空管集熱板的表面保持比較 低的溫度。

圖 4.2.17 暑假期間在集熱板上方覆蓋一層黑色防曬遮網

2. 廠商也在原有綜一宿舍的自動釋汽閥附近另外加裝手動的啟閉式閥門（類似排 汽閥），做為一種雙重的保障。在長假時，將手動閥門完全的打開，利用熱動 力學原理，讓熱量由管路中自然排除。

圖 4.2.18 綜一宿舍熱水系統釋汽閥加裝手動閥門

3. 學一宿舍並未無加裝手動閥門的裝置，其爆管現象更為頻繁而且嚴重。主要是 在白天發生停水或停電的期間。若管內無水，強烈的陽光又持續照射時，玻璃 管壁溫度會升高。當低溫的自來水突然進入時，玻璃管無法承受瞬間的冷縮，

管壁就會龜裂或爆裂。因此，在寒暑假期間，學一宿舍的對策是切斷自來水的

圖 4.2.19 學一宿舍熱水系統釋汽閥，未加裝手動閥門

一般而言，太陽能熱水系統之設置地點經常是位於屋頂等人員比較少到達之地 點，特別是在長期放假或無人使用的期間，太陽能熱水系統的檢查更是不能被忽 視的。不管是採用防曬遮網或手動閥門或其他的方法，都需要人力來管理或以便 有效掌控集熱板內的水溫變化，適時的調整，才能維護與保障真空管集熱板的使 用壽命。

建立能源監測與查核機制除了可幫助學校進行系統性能的監測與效益評估之外，也 可藉由成果驗證來推動相關的能源改善措施。當監測數據出現異常時，可做為一種警 告，讓管理人員進行必要的設備維修與檢查，減少不必要的能源浪費與管理人力。