熱泵熱水系統依桶槽儲熱模式分類

圖 2-12 典型密閉式補水之熱泵熱水系統工程圖 (資料來源:本研究計畫整理)

3. 熱泵熱水系統依桶槽儲熱模式分類

為了盡量利用離峰時段之低廉電價以運轉熱泵熱水系統，以多桶槽（Multiple-tank）

式儲熱製熱之設計最為適合。此種設計方式，採 N+1 之方式設計儲水槽。當實際需儲 水容量需要 N 桶時，刻意多增設 1 桶，以做為回水儲存緩衝之用，而形成一個循環，

進水與出水分居兩端之水路設計，一舉去除回水混水之困擾。

此種先進之水路系統設計，於儲冰水式空調系統中已有無數的成功設計案例，為 極成熟之設計手法。

如下舉出一典型設計案例，作以說明。某大型醫院建置熱泵熱水系統，主要用途 包含供應 蒸汽、殺菌鍋爐所需之預熱與一般洗浴用熱水，一天熱水需求量約為 4 噸。

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由於有蒸汽需求，本熱泵系統設計以高溫熱泵主機為首選；同時，設計儲熱水槽 5 桶，單桶儲水容量為 1 噸。如圖 2-13 所示。

此系統設計理念為於白天時段，供熱來源先以儲水槽為主，直熱式熱泵主機運轉 為輔；待至晚上離峰時段，利用熱泵主機運轉製熱，使儲熱自 5 號桶逐步往前推進直 至 1 號桶，完成所有桶槽製熱儲熱工作，以備隔日熱水供應之需求。

此種桶槽儲熱供熱之模式，具有穩定供熱溫度之特點。不過，缺點為使用單位必 須具有足夠的裝設場地，以及評估較高的桶槽成本費用，如前所述。

圖 2-13 多桶槽式儲熱設計之熱泵熱水系統工程圖 (資料來源:本研究計畫整理)

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另一種熱泵系統儲熱運轉模式，謂之溫度分層桶槽設計（Temperature Stratification Tank）。當未有熱水需求時，桶槽溫度若未達溫度設定值 50℃，則由循環式熱泵製熱 儲存於專屬桶槽。如圖 2-14 所示，AHP-1 及 AHP-2 設備製熱提供 STh02 與 STh01 兩 桶槽儲存；而 AHP-3 設備製熱則供 STh04 與 STh03 兩桶槽儲熱。在圖上會發現，桶 槽間溫度狀態不同，較靠近熱泵製熱供熱的桶槽溫度高於另一槽，且近供水使用端之 儲槽 STh03 與 STh04，也比 STh01 與 STh02，來得高溫。如此情況，形同一個大桶槽 有溫度分層般。此種水路系統設計，於儲冰水式空調系統中亦已有無數的成功設計案 例，為極成熟之設計手法。日本之 NHK 本部大樓即採此種設計方式。

當淋浴使用時，儲熱水桶供熱自 STh01→ STh04 循序補充供應；於此同時 STh01 因補水而使水溫下降。若低於設定值為 45℃，則啟動熱水循環泵，以及熱泵主機製熱，

且供熱至 STh02。

進一步地，若淋浴量甚大， AHP1 製熱速度不及，而使部分回到 AHP3 的水溫降 低。當低於設定值為 45℃時，那麼 AHP3 隨即投入運轉，供應 STh04 熱能，以確保穩 定供應之水溫。本設計以間隔 1 個儲槽容量，提供熱水用罄之緩衝時間，作為熱泵運 轉滿足供熱之機制。可利用離峰用電將熱水儲熱完畢，使水溫保持在 50℃。

完成以上現行熱泵熱水系統，依不同的熱源形式、補水方式、儲熱操作設計模式 與用電時段等之實務工程系統，詳加敘述說明。以下整理數個近年由建築節能與綠廳 舍改善補助計畫的單位，建置之熱泵熱水系統型態與種類，如表 2-1 所示。

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圖 2-14 溫度分層式儲熱設計之熱泵系統圖 (資料來源:本研究計畫整理)

熱泵熱水系統，依不同的熱源形式、補水方式、儲熱操作設計模式與運用離峰用 電時段等之實務工程規劃理念，可組合出千變萬化的系統設計手法，亦成為造成系統 運轉效率良劣之主因。以下整理近年由 BeeUp 補助計畫建置之熱泵熱水系統型態與種 類，如表 2-1 所示。並於下一章中，以之進行詳細而系統化之全此尺度實驗印證。

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表 2-1 近期補助建置熱泵熱水系統之型態與種類

(資料來源:本研究計畫整理)