海洋水資源在空調上的應用主要有兩種技術，其一為海水熱泵(Seawater Source Heat Pump, SWHP)系統，另一種為深水冷能(Deep Water Source Cooling, DWSC)系統，將不溫度分層的海水熱量或冷能吸收為空調利用。而一般的「海 水空調」(Deep Sea Water Air Conditioning, SWAC) 節能原理，係利用低溫的深 層海水，透過鈦金屬製的平板式熱交換器來冷卻淡水，這些低溫淡水再透過 管線輸送到需要冷卻的工廠或建築物提供穩定的低溫源，如圖 2.25 所示，系 統主要由海水汲取設備、熱交換器(Heat Exchanger)及 FCU (Fan Coil Unit)管線 迴路所構成。這種系統把海水作為冷源使用，可以部份或全部取代傳統機電 式中央空調系統之中的冰水機組，目前深層海水冷能利用已拓展至辦公大樓 以及觀光飯店室內空調系統使用。
圖 2.25、深層海水室內空調系統(SWAC)
(*圖片來源：http://makai.com/p-swac.htm)
2.4.1 海水空調的發展
1975 年美國能源部啟動一項名為「利用冷海水提供區域冷卻系統的可行 性」（Feasibility of a District Cooling System Utilizing Cold Seawater）的調查[33]，
其報告指出技術困難的因素主要在於取水管線被限制相當管徑，以及無法部 署至 1500 呎的深度。1980 年美軍進行以海水或湖水運用在海軍空調設施的評 估，工程首要考量的條件取決於水底到岸邊設施這一段取水管線的長度與其
水域溫梯度的分布狀況，評估加州與夏威夷珍珠港投入海水輔助空調系統的 建置成本和能源使用，若海軍設施採取「海水空調」系統將比傳統的機電空 調系統節省高達 80％的能源，但 SWAC 系統的興建成本相對提高 60％、運作 生命週期則減少 25％的時間[34]。
1986 年證明可以克服過去的技術困難，美國夏威夷科納海岸的「夏威夷 自然能源實驗室」（NELHA）另將研究成果成立了夏威夷海洋科學技術園區。
區內建置能汲取深層海水管線等基礎設施，能透過多台潛式水泵與 6284 英呎 長、40 英吋徑的高密度聚乙烯（HDPE）管，獲得 2000 英呎深、每秒 0.84 立 方米、穩定 6℃的深層海水。最初是做為溫差發電的試驗，現已能提供水產養 殖、低溫農作、微量元素萃取及可替代能源等研究的資源。二十餘年至今 NELHA 仍不斷改善海水攝入與供給系統的擴展設計，豐富園區內的分配與發 展，美國 Makai 公司已研發大管徑的 FRP(Fiber Glass Reinforced Plastics)深層 海水管準備擴充，以因應未來夏威夷地區廣泛用水的潛在需求。
圖 2.26、夏威夷海洋科學技術園區於科納海岸的取水管線
(*圖片來源：http://www1.eere.energy.gov/wip/update/images/02-08_feat_keahole.jpg)
1985 年日本政府展開「藍寶石計畫」（アクアマリン計画）進行海洋深層 水（Deep Ocean Water, DOW）資源有效利用技術的研究，1989 年於富山灣完 成離岸取水設施，並於高知縣室戶市成立海洋深層水研究所，以海洋深層水 的「低溫穩定性」、「清潔性」、「含豐富無機營養鹽」等三項特性為當地產業 做不同利用的研發。1993 年海洋深層水研究所在 20 平方米實驗室中，成功以 海岸邊 320 公尺深處取 13 ℃海水作放射式空調應用，隔年富山縣水產試驗場 的恆溫養殖大樓，也利用 4℃之深層海水做 230 平方米恆溫 20℃的對流式空 調應用。此二例中：深層海水釋冷的溫度不同，冷卻迴路、熱交換系統、除 濕系統等等，都必須搭配不同的模式做最適當設計。
1999 年美國康乃爾大學著名的「湖水冷卻方案」（Lake Source Cooling Project, LSCP），率先就近在卡尤加湖裝設 63 英吋管徑的取水管線水以供應校 園 2 萬噸的空調用水，這與一般 SWAC 用來冷卻機械式冰水主機（Chiller Unit）
的設計不同，這是完全取代危及臭氧的氟氯碳化物冷媒之替代方案。由一座 湖岸邊熱交換工作站（Heat Exchange Facility）除了抽取 250 英呎深的湖水 5
℃冷能外，同時也集中冷卻（Centralized Cooling）校園座落於丘高 450 英呎 各建築 16℃的空調回水。由於這樣的創新只有較簡單輸配水的迴路設計，兼 具環保意識與投資回收的經濟價值。
圖 2.27、美國康乃爾大學的「Lake Source Cooling」
(*圖片來源：http://www.utilities.cornell.edu/image/utl_coolingdiagram.jpg)
2005 年夏威夷的「檀香山市海水空調計劃」（Honolulu Seawater Air Condition Project, HSWAC）也以類似的方式在檀香山市歐胡島南方建造冷卻 站（Cooling Station）供應 2 萬 5 千噸的空調冰水給市區 65 棟辦公大樓及飯店 空調應用。然而熱帶海洋氣候的空調環境有顯著的差異，因此 HSWAC 仍是 以冷卻機械式空調機的方式運作，但該計劃是兩階段冷能利用，是將已與空 調回水換熱之溫升海水，再進入冷凝器與高壓端冷媒作第二次換熱，如此也 能取代一般冰水機的冷卻水塔（Air Cooling Tower），同時達到冰水機系統操 作在高排熱效率的節能效果。其計畫營運長雷達克（A. Rydaker）特別表示 HSWAC 不僅是一種環境友善（Environmentally Friendly）的永續方式，對於 當地社群來說也同時創造了 900 個工作機會，而成功的關鍵在於公、私部門 的合作。
圖 2.28 (A) 圖 2.28 (B) 傳統空調系統與深層海水冷卻空調系統之差異[11]
2002 年加拿大多倫多市的「深層湖水冷卻系統」（Deep Lake Water Cooling, DLWC）再創利用安大略湖的水資源搭配節能空調，完成中央冷卻多倫多市區 建築空調甚至擴及地鐵站廳。負責營運的 Enwave 能源公司於 1998 年完成 DLWC 環評，2002 年興建取 200 英呎深、41℉湖水的冷卻系統，至今日益增 長的客戶群有 60 座建築物連接、約 30 萬平方英呎空調的容量，每年能節約 85 萬千瓦時的電力，並減少溫室氣體排放量超過 8 萬噸。另外，DLWC 同時 支援城市的供水系統，沒有增溫之後的排水返回設計，因此不會將熱污染添 加到安大略湖邊。
圖 2.29、加拿大多倫多市的「Deep Lake Water Cooling」
(*圖片來源：http://esci-ksp.org/wp/wp-content/uploads/2012/05/EnwaveDeepLake.jpg)
2.4.2 海水運作於空調的評估
利用深層海水之穩定低溫、清淨安定的特性，規劃應用於搭配飯店大樓 既有的冰水主機式中央空調系統中，建置海水空調循環，不僅能豐富深層海 水資源之多元利用，更能獲取節能減碳等實質效益。至於深層海水空調最大 的特色，在於可以符合蒙特婁公約及京都議定書的管制，可完全不利用冷媒 系統，也就是不須壓縮機與 CFC、HCFC 及 HFC 等冷媒的使用，工作壓力較 低、完成節能減碳的目標等等。一般景點飯店、旅館之空調相關電力運作約 佔其總用電量之 40~45%，其中三分之二以上更為冰水主機與冷卻水塔所耗費，
反觀若能發展使用深層海水空調系統，其節能效益相對於傳統空調系統，節 能潛力將高達 80%[34]。
典型深層海水冷能利用空調系統之購置安裝成本會比傳統空調系統之初 置成本約高 60%，這與取水管線之長度有絕對的關係，包含海床深度、海水 溫度、海流與海岸到建築設置點距離等等之限制條件，都直接決定此一長度 是否具備相當的經濟效應，尤其是深層海水空調系統與海水接觸部分的核心 元件、管線、零件，如熱交換器之使用壽命較傳統空調系統短少約 25%[34]。
也就是說，雖然可能取得很低溫的冷海水，但是經過長距離運送的溫升與損 失，將造成空調容量降低，此時必須搭配如下圖 2.30 中央給水型的「Cooling Station」，以冰水機組輔助冷卻，進而維持較低的空調溫度，甚至還須安排較 頻繁的人工保養機制。
圖 2.30、配合取水工程的 Cooling Station
(*圖片來源:http://makai.com/p-swac.htm)
關於深層海水空調系統的容量設計，通常為最大負載設計，也就是切合 建築尖峰負載之需求，若旅遊淡季空調變動負載較小時，部分冷水可儲存在 桶槽中待負載增加實再釋出。另外，在國外海水空調系統應用的研究當中，
如圖 2.31，通常小於 1000 冷凍噸的空調系統，使用深層海水並無相當經濟規 模，飯店空調必須長時間接近滿載運轉，選取深層海水空調系統才具備較佳 的競爭力，而且深層海水空調系統的容量越大，投資回收年限越短。
圖 2.31、深層海水空調系統的投資價格比
(*資料來源:http://www.aloha.com/~craven/coolair.html)
2.4.3 海水做為空調利用的限制
深層海水空調系統其海水接觸冰水機冷凝器之方式可區分成直接接觸與 間接接觸兩種。直接接觸之冰水機其冷凝器需採用耐海水腐蝕之鈦合金板式 熱交換器(Titanium Plate Heat Exchanger)；間接接觸則以獨立之鈦合金板式熱 交換器將海水與冷卻水做換熱。雖然二者皆不再需要冷卻水塔，但鈦合金打 造之熱交換器，其熱傳導係數低於一般以銅、鋁材製的冰水機冷凝器，相對 熱阻提高，空調性能係數（Coefficient of Performance, COP）提升受限。
熱交換器是一種能源轉換裝置，舉凡石化煉油、紡織纖維、食品加工、
鋼鐵或金屬加工業、造紙業等均有此類裝置設備。選擇適合的熱交換設備以 節省能源，能提升設備的使用效率。由於深層海水俱腐蝕特性，相關研究均 指出需藉耐蝕性之鈦合金板式熱交換器將深層海水與冷卻水做冷能的熱交換，
進而為飯店室內空調之節能應用；而吸熱升溫後之深層海水除可排放至淺層 海域作為海域沃化用途之外，亦可運用於其他深層海水衍生相關產業，例如：
養殖、食品、化妝品等加工應用。
2011 年於臺東縣落成的深層海水低溫利用及多目標技術研發模廠，其研 究及空調示範棟應用深層海水冷能於室內空調，在熱交換器有限流量之控制
下，850CMD 的空調冰水溫度 13℃偏高，FCU 冷凝盤管其露點將無法從空調 空間中冷凝出水，因此需搭配使用輔助冰水機將研究棟冰水入口溫度再降低 至 9.85℃，如下圖 2.32 所示。
圖 2.32、知本深層海水模廠研究及空調示範棟之輔助冰水系統[11]
深層海水空調系統相較於傳統空調系統之應用，其主要差異在於增設深 層海水熱交換器，作為冷卻循環水的降溫用水，冷能回收須依溫度範圍而作 考量。針對深層海水溫度於 10℃以下之情況，深層海水直接對室內進行降溫，
室內 FCU 空調機採用對流式送風；若深層海水溫度達 10℃以上之情況，則採 用放射性方式送風，如此較既有空調運作模式節省能源。
室內 FCU 空調機採用對流式送風；若深層海水溫度達 10℃以上之情況，則採 用放射性方式送風，如此較既有空調運作模式節省能源。