實驗設計

壹、實驗地點

本研究選擇位於彰化縣的衛生福利部中區老人之家為實驗操作樣本基地，地址為彰 化縣田中鎮中南路二段 210 號，基地位於八卦山脈西側，鄰近學校(達德商工)與部隊基 地，並與八卦山麓綠帶連接，週邊有多條登山步道；在大量的綠化與高地表透水率的影 響下，氣候比田中市區低約 1-2℃，下圖 3-1 為基地周邊航照圖。

圖 3-1 衛福部中區老人之家周邊航照圖 (資料來源：Google Map)

貳、熱泵設備系統

一、設備特性

熱泵的工作原理是把環境中的熱空氣吸進來燒熱水，而把製熱過程所產生的冷空氣 排出去，當天氣溫度越高，燒熱水速度越快，熱泵越省電。熱泵與冷氣的差別，其原理

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相同，用途相反，熱泵要製熱排冷，冷氣要製冷排熱。

本研究之熱泵系統設備，乃是先前申請「內政部建築節能與綠廳舍改善補助計畫」， 進行相關設備之改善，針對既有之電能熱水系統效率不佳、能源使用量大、運轉費用高 與無設備運作監控等問題進行改善，藉由增設高效率熱泵熱水系統，提高能源使用效率，

並建置建築節能管理系統(BEMS)，進行測試、調整、平衡(TAB)程序，希望能降低空調 耗電量，並同時達到舒適熱環境；一般而言，熱泵主機利用回收廢熱，進而產生熱水，

其效率為傳統電熱水器的 3 倍以上，整體能源效率約可提升 40%，而藉由建築能源管理 系統(BEMS)有效管理分析，亦可大幅提升運轉效率。

改善主要工作內容為將現有電熱鍋爐系統加以測量，提出相關測量資料，以供使用 單位做為熱泵系統之相關設備性能驗證參考用，另可分析系統缺失加以調整改善；本工 程主要項目為增設熱泵系統的節能改善工程，並將此熱泵系統併入新設的 BEMS 系統中；

在量測項目中之熱泵之製熱與製冷能力已經在具有 TAF 實驗室認證單位進行量測，並 且符合規範上之能力。另外，1000L 保溫桶之 24 小時保溫能力經過廠測，且符合規範 上之能力。

利用熱泵系統定溫裝置，當溫度低於設定值再行加熱，系統加熱後會產生熱水及冷 水，分別會匯入儲水塔，熱水供老人洗澡、盥洗用，冷水則提拱給冷氣做為冷源使用，

一方面可節省傳統機具運轉的能源消耗，另一方面，突破機具單一用途的限制。

二、耗能改善效果

在施作前量測調查中了解，梅園當時有近 60 位自費老人居住，共同使用 20 台電熱 水器，因此挑選蘭軒 2 號房電熱水器為量測前的單一基準點(為一人居住使用一台電熱 水器)；2015/05/15 至 2015/05/22 共七日的電熱水器耗電量為 11.6 千瓦小時，所以平均 每人每天的耗電量為 1.67 千瓦小時/天，若 60 人 x1.67≒100 千瓦小時/天。

增設改善後經過的七日 2015/07/14 至 2015/07/21 掛表量測記錄得知，除了 07/14 當 天熱泵製熱時間消耗比較多時間(連續約 3 小時)，其餘天數運轉不超過 2 小時，以本熱 泵消耗功率為 27.8KW x 3 小時= 83.4 千瓦小時/天的耗電量，小於電熱水器耗電量。

此外，BEMS 的運轉資料可供業主運轉參考使用，運轉資訊完整，建議機關長期觀 察系統運轉特性，並歸納回歸分析，以便得出系統最佳運轉及參數設定。

第三章 實驗建構與儀器實測

49 基礎座板模架設

系統配管

圖 3-2 衛福部中區老人之家熱泵設備施工過程 (資料來源：本研究拍攝)

圖 3-3 衛福部中區老人之家熱泵設備 (資料來源：本研究拍攝)

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圖 3-4 衛福部中區老人之家熱泵設備昇位圖 (資料來源：本研究整理)

第三章 實驗建構與儀器實測

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叁、實驗儀器與監控項目

一、戶外環境監控儀器

以戶外小型氣象站搭配表面溫度計與資料記錄器，收集戶外氣候資料參數與建物壁 體、地面溫度等數據，監控項目包含：1.溫度、2.相對溼度、3.風向、4.風速、5.氣壓、

6.黑球溫度、7.日射量、8.室內混凝土牆表面溫度、9.戶外水泥地表面溫度、10.戶外混凝 土牆表面溫度與 11.戶外草地表面溫度等。

圖 3-5 衛福部中區老人之家熱泵設備系統圖 (資料來源：本研究整理)

第二階段室內熱環境 監控：個人居住單元

熱泵設備 熱水貯水槽 第一階段室內熱環

境監控：公共餐廳

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戶外小型氣象站 表面溫度計

圖 3-6 戶外環境監控儀器 (資料來源：本研究整理)

二、室內熱環境監控儀器

採用室內熱舒適監控儀器，監控項目包含：1.溫度、2.黑球溫度、3.相對溼度、4.

風速、5.風量、6.PMV 值與 7.PPD 值等。

圖 3-7 室內熱環境監控儀器 (資料來源：本研究整理)

第三章 實驗建構與儀器實測

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三、熱泵設備監控系統

建置建築能源管理系統(BEMS)目標為：

1. 集中空調主機、水路系統之運轉狀況，具有設備異常警示功能及資料庫自動記錄功 能。

2. 並可透過網路遠端連線操作，以有效管理或分析歷年運轉資料，進行系統診斷，評 估能源使用效率優劣，作為不斷調整最佳化節能管理之依據。

3. 控制電力負載狀況，防止尖峰用電超約罰款，並加強設備管理維護，維持機器設備 最佳運轉效率。

4. 高效率熱泵系統節能改善，空調系統節能策略導入節能改善：將熱泵系統所製造夏 季冰水及冬季熱水充分利用於空間舒適條件應用，減少夏季空調箱馬達運轉耗電，

及增設冬天輻射熱暖器設備，進行廢冷熱回收等節能運轉策略，以降低熱負荷等。

採用遠端監控，觀測項目包含三個部分，分別為：

1. 熱泵熱水系統參數

包含熱泵主機 COP、熱泵主機 Loading、熱泵冰水入水溫度、熱泵熱水出水溫度、

熱泵熱水入水溫度、加壓泵出水溫度、貯水桶槽入水溫度、貯水桶槽出水溫度、熱 泵熱水流量、加壓泵出水流量與熱泵冰水流量等。

2. 熱泵主機用電電錶

包含平均電壓、平均電流、用電需量、功率因素與用電度數等。

3. 空調用電電錶

包含平均電壓、平均電流、用電需量、功率因素與用電度數等。

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圖 3-8 衛福部中區老人之家實驗觀測系統架構 (資料來源：本研究整理)

超音波流量計 壓力表：量測管路壓力 多功能電表

溫度計：量測管路溫度 溫濕度與CO

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圖 3-9 熱泵設備監控系統 TAB 測量儀器 (資料來源：本研究整理)

第三章 實驗建構與儀器實測

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圖 3-10 熱泵設備遠端監控系統 (資料來源：本研究整理)

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