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第一章 緒論
1.1 研究動機與目的
我國自有能源貧乏，能源自產率占總能源供給尚不足 1%(經濟部能源局，
2010)。然而伴隨經濟成長與國民生活水準提升，我國能源消費量在過去 20 年間 成長快速。能源供給大量的仰賴國外能源進口造成我國能源價格頻繁波動，對居 民生活與產業發展亦造成莫大影響。為維持能源供給之穩定與安全，除發展再生 能源之外，提高能源終端使用效率亦為重要之手段。
我國自 89 年貣實施太陽能熱水系統推廣獎勵措施，其目的在於提高我國再 生能源使用率。截至目前國內總安裝面積為 178 萬帄方公尺，帄均每帄方公里國 土面積安裝集熱器 30.97 帄方公尺為世界第七位，推廣成效斐然。然而我國住宅 建築 47%為高樓式公寓，建築形式外觀及屋頂使用權(范馥婷，2000)等問題不利 太陽能熱水系統之裝設。對於如此高比例的區塊，如何提升住宅部門能源使用之 效率值得深入探討。
熱泵(heat pump)為一種「移熱」之機械裝置，依使用者需求可被整合成空 調、暖氣、熱水等設備。早期熱泵技術主要應用在冷凍空調之領域，近年來由於 國際能源價格不斷調漲，連帶影響燃燒化石燃料加熱之成本上升，熱泵系統作為 加熱設備的應用逐漸受到重視。熱泵具有低耗能、低碳排放等優點，根據歐盟 2009 年發佈之再生能源指令，定義熱泵系統所擷取之大氣熱能(aerothermal)、
水熱能(hydrothermal)以及地熱能(geothermal)為再生能源之選項，熱泵系統實 為兼具能源效率及再生能源利用之供熱及冷房設施。熱泵系統因其獨特之節能減 碳效果，在歐美先進國家備受重視，極力推廣，國外亦時有研究討論熱泵系統應 用之經濟與環境效益。
相較於國外熱泵技術的應用已相當成熟，我國熱泵產業正處萌芽之階段，熱
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泵相關的研究文獻也較為稀少。目前國內熱泵技術的應用主要在建築熱水系統方 面，實際安裝的案例則多屬於醫院、飯店、溫水泳池等大量熱水需求的建築類型。
參考綠基會 2006 年的統計資料推估，全台大型熱泵系統案件的實績約在一百件 左右。一般住宅方面，市場上雖有住宅用的熱泵產品，但礙於產品能見度不高，
民眾對熱泵系統之特性了解甚少以致缺乏購買信心。目前國內熱泵相關研究如高 志孙(2009)、李居芳(2008)研究有關熱泵系統效率的提升；宋炎明(2005)、王輔 仁(2010)等研究方向則以實際案例的量測與驗證為主。綜觀我國熱泵相關研究偏 向以單一案例作為研究標的，研究結果難以涵蓋熱泵應用廣泛的建築類型，熱泵 應用之成本效益分析也缺乏有系統的計算方式。
熱泵系統的使用在國內外是截然不同的情況，相關研究的數量也有極大落差。
如何完善國內熱泵系統成本效益的研究方法，並且分析熱泵系統於台灣住宅部門 之適用性，爰為本文之研究動機。
本研究主要透過成本效益分析方法，展現熱泵熱水系統於台灣住宅部門之適 用性主要研究目的有以下四項：
1. 建立系統化之熱泵熱水系統成本效益分析方法：參考國外成本效益計算之方 法手冊，並且分析熱泵系統以電能替代化石燃料之模式，建立適當的成本效 益計算方法，作為本研究分析之用。
2. 提供適當之工具評估熱泵熱水系統之成本與效益：目前國內研究以案例之績 效驗證為主，尚缺合理之方式評估熱泵熱水系統之效益。本研究從熱泵系統 之運作原理、能效表現、減排效果等逐步探討，並以此建立效益評估之方法。
3. 評估台灣各區應用熱泵熱水系統之適宜性：本研究參考翁志博(2009)之分區 方法，考量地區氣候條件影響熱泵之工作效率，以氣候資料作為主要劃分依 據。各分區內尚考慮行政區域的歸屬，彰顯各行政區域之能源價格差異影響 分區使用熱泵系統之效益。
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4. 提供熱泵熱水系統之成本效益分析結果：利用已建立之工具，計算台灣住宅 部門應用熱泵熱水系統之成本效益，並輔以各種背景假設之參數敏感度分析，
提供決策者執行熱泵推廣政策之參考。
1.2 研究方法
本文以「一家四口」之代表性家庭1的每月熱水熱值需求做為家庭能源使用 的參考計算基準，計算代表性家庭使用現有的電能熱水器、天然氣瓦斯熱水器、
液化石油氣瓦斯熱水器的每月能源耗用量。接續評估以熱泵熱水系統替代現有之 熱水器前、後的能源使用情況，以及替換所需支付的初始成本、維護成本等等作 為成本效益計算之考量。本研究所計算之成本效益檢定分為參與者檢定以及總資 源成本檢定兩部分，計算所需考量之因素如下：
參與者檢定各成本與效益項目的計算採用迴避成本法，計算時需要納入考量 之因素包括分區評估方式、節能估計方式、政府獎勵補助金額等等。檢定之結果 以淨現值(Net Present Value, NPV)、益本比(Benefit-Cost Ratio, BCR)以及 折現回收期(Discounted Payback period, DP)三種方式表現。
總資源成本檢定各成本與效益項目的計算採用迴避成本法以及願付價格法，
在計算時頇納入考量之因素為分區評估、節能估計及政府補助政策之執行成本。
另外由於能源使用產生之空汙排放所造成的外部性成本，則參考梁啟源(2005) 的空氣汙染社會外部成本研究結果，該研究以願付價格進行外部成本之估算。總 資源成本檢定之結果同樣以淨現值、益本比以及折現回收期表示。
排放的社會外部成本雖已納入總資源成本檢定之項目中計算，但本研究仍將 實際排放減量之數據獨立表示，以作為減碳政策目標之參考。
1 代表性家庭係以一對夫妻及兩名子女所組成之小家庭。
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1.3 研究範圍與限制
熱泵系統的種類及功能繁多，應用於不同之住宅類型時需考量不同的成本效 益計算方式。使用功能過於複雜之熱泵系統做為評估標的不僅模糊本研究之目的 同時也不能適用台灣一般家庭之使用情況。故本研究設定之研究範圍如以下所 列：
1. 本研究所評估之熱泵系統，為適用於一般公寓住宅家庭之空氣源式熱泵熱水 系統。
2. 本研究所評估之代表性家庭類型係指一家四口之小家庭。
3. 本研究以熱泵系統所替代之家庭現有熱水設備為電能熱水器、天然瓦斯熱水 器、液化石油氣瓦斯熱水器三類。
4. 本研究考量之政府獎勵補助方式均為直接獎勵金制度。
5. 總資源成本檢定之成本效益計算，係以一萬八千名受補助改採熱泵熱水系統 之家庭其效益項與成本項之總和作為計算依據，唯敏感度分析之項目七以市 場滲透率作為補助名額設定之參考。
6. 市場滲透率之敏感度分析不考慮因為產量或生產規模擴大而使熱泵設備生 產成本降低之效果。
由於目前資料取得之障礙，本研究之限制如下:
1. 本研究之電力使用數據以年帄均、月帄均資料作為計算依據，未能反映熱泵 系統每小時之電力使用情況。台電的資料部分亦未能統計至每小時之發電成 本，使得本研究計算之成本項目未能納入熱泵應用對電力負載之影響。
2. 本研究可取得之能源供給成本，未能反映各分區能源供給之不同成本，以致 TRC 檢定之結果未能精確反映各分區能源使用之差異性。
3. 由於外島區域尚缺乏廠商設立之服務據點，系統維護成本與本島地區差異較 大，故未納入外島區域於分區選項中。
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4. 熱泵系統能源效率數據係由業界廠商提供，唯本研究所蒐集之廠商數據份數 不足，用以計算之能源效率可能偏離市場產品之帄均表現。
5. 未能取得現有家用電熱水器、液化石油氣瓦斯熱水器的實際安裝使用數量等 資料，故市場滲透率之敏感度分析僅計算天然瓦斯熱水器替代部分。
以上研究之範圍及限制留待後續相關研究資料之取得，得以持續完善及補充。
1.4 研究流程與論文架構
本研究主要探討住宅熱泵系統之應用對於消費者、整體社會之經濟效益，以 及降低台灣空氣污染排放之效果。並使用各種情境背景假設下的敏感度分析，探 討熱泵系統獎勵補助政策之施行手段。研究流程可參見圖 1.1。
第一章為緒論，第一節先確立研究動機與目的，第二節簡述研究方法，第三 節說明研究範圍及研究限制，第四節為研究流程及論文架構。
第二章介紹熱泵系統及其發展現況，作為本研究之基礎背景知識。第一節概 述熱泵系統運作之原理、能源效率指標以及熱泵系統之應用類型，第二節簡介各 國熱泵系統發展之現況，第三節整理各先進國家熱泵推廣獎勵政策之措施以做參 考借鑒。
第三章為研究方法與文獻探討，以先前之研究為基礎作為本文研究之擴展方 向。第一節回顧熱泵系統效率改善之研究，第二節討論熱泵成本效益分析之研究，
第三節參考分區方式、節能計算公式、政府補助措施以及空氣汙染排放的資訊，
建構本研究之成本效益評估方法。
第四章為熱泵系統應用之成本效益分析，第一節詳述成本效益分析參與者檢 定、總資源成本檢定的計算方式，第二節介紹各敏感度分析之情境背景及參數設 定方式，以及敏感度分析之結果。第三節為熱泵應用之引申討論。
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第五章為結論與建議，第一節為結論，第二節為本研究之貢獻，第三節為後 續研究之方向與建議。
資料來源：本研究繪製
圖 1.1 研究流程
研究動機與目的 研究範圍與研究限制
研究動機與目的 研究範圍與研究限制