大學校園再生能源設施管理機制之探討－以太陽能熱水系統效率驗證為例

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(1)國立高雄大學都市發展與建築研究所碩士論文. 大學校園再生能源設施管理機制之探討－以太陽能熱水系統效率驗證為例 A Study on the Management of Renewable Energy Facilities in University Campus－Based on the Solar Hot Water System. 指導教授：劉安平博士研究生：黃卓仁撰. 中華民國九十四年十二月.

(2) 摘. 要. 為減緩化石燃料使用後的環境污染問題，同時也減少對化石燃料的依賴，再生能源的技術開發與使用已成為世界各國科學家與環境學者關心的重要議題之一。在過去的十餘年，工業化國家對再生能源投資與應用已有非常可觀的成果，特別是太陽能的利用。目前已可量產而且符合市場需求的商品，包括太陽能熱水系統、太陽光電系統以及風力發電系統。國內在政府的補助與推廣之下，再生能源設施開始受到重視並被引進大學校園。學校所期待的再生能源的應用是可獲得環境教育與節省營運成本的效益。實際上，由於學校與承包商之間對品質管理認知的落差，造成學校無法掌控再生能源設施實質效率的無力感，使再生能源設施幾乎只是一種宣示大於實質功效的永續象徵。本研究的調查結果顯示，國內大學目前的再生能源設施管理，經常出現的問題包括：未建立制度化的文件驗收程序與保管措施、系統設備缺乏定期維護與保養的管理計畫、學校未進行能源監測與查核管理等。在高雄大學太陽能熱水系統的能源效益監測實務中便突顯上述的問題。本研究藉此探討其建構與管理的機制，彙整出可應用於其他再生能源設施的管理機制的模式。大學校園再生能源設施永續管理機制之關鍵作法如下： 1. 再生能源設施在規劃與設計階段應明確的決定系統的未來使用與管理模式，妥善保存相關的設計文件，做為在未來檢討系統運作效率之依據。 2. 學校應建立制度化的文件保管措施，明確的書面規定，釐清單位內部的權責，嚴格要求廠商必須交付完整而且正確的施工文件。 3. 與維修廠商發展伙伴關係，進行定期的設施維護與保養。 4. 開發營繕單位與系所的研究合作計畫，以學術研究或課程研習活動來配合或協助設施管理單位的能源監測與管理。 5. 利用定期的監測報告，持續的分析與查核來建立或確認或導正能源效率改善行動，達成能源效率最佳化的永續管理。綜言之，本研究是提供管理單位達成大學校園再生能源設施高績效運作與管理機制的模式。藉由能源監測與查核機制的執行來建立一種適時而且適用的管理政策或計畫，以持續改善方式來維持再生能源設施的最佳化效益。. 關鍵詞：再生能源、太陽能熱水系統、能源查核、適用性驗證. I.

(3) ABSTRACT To reduce the dependence of fossil fuels as well as the pollution caused after burning fossil fuels, renewable energy becomes a vital topic that has been deeply concerning by scientists and environmental researchers worldwide. In the past ten years, industrial countries have had a great deal of contribution on either technical development or implication of renewable energy, especially the use of solar energy. So far, lots of satisfied products have been created, such as solar hot water systems, PV, as well as wind electric systems. The facility in using renewable energy has been emphasized and recommended to the university owing to the spread and subsidization by the government. The academic expectation is to cultivate the environmental education and to save budget. However, the distinct standpoint and bad communication between the educational institution and the contractor have led to renewable facility being as a symbol of sustainability approximately. The survey shows some existent problems including, unsystematic file-certification and non-custodial measures, irregular maintenance of facilities, as well as the deficient operation of energy monitoring and budget audit. This study analyzes and generalizes the feasible management of renewable energy facilities with case-study of solar water system in the University of Kaohsiung. Some suggestions to achieve sustainable management of renewable energy facilities are summarized as below: 1. To conclude organized mode relative to future use and management in the process of design-and plan, as well as well-keeping all relative files, being as the basis for future-examination of facilities operation. 2. To establish the institutional code of file delivery and custodianship, not only defining the internal duty of organization, but also the correct and complete delivery files given by the contractors accurately. 3. To operate the regular facility maintenance with the contractors in the cooperative relationship of contract. 4. To cooperate with departments in the school to help administrator monitor and manage the facilities by academic research and courses. 5. To confirm or amend the advanced efficiency project by regularly analyzing and auditing the quantified data, which is monitored. Last but not least, this study has provided a high-performance model of operation and management of renewable energy facilities. Through energy monitoring and auditing, it is going to establish a proper policy or project to promote facilities of renewable energy to an optimization continuously. Key words: renewable energy, solar hot water system, energy audit, commissioning II.

(4) 謝. 誌. 本論文之完成，承蒙恩師劉安平教授的悉心指導，不論是對論文寫作上的字字斟酌，或是在專業領域上的認真態度，皆令學生受益良多。在此謹致由衷之謝意與感激。論文口試期間承蒙賴啟銘教授與柯佑沛教授的斧正與指教，所提供的寶貴意見使本論文更加充實與完整，在此深致謝枕。感謝所上每位師長的傳道、授業與解惑。感謝研究所同窗的誠摯友情與勉勵。感謝協助本研究實驗進行的學弟妹，以及辛勞的所辦行政助理。感謝鼓勵我繼續堅持下去的好朋友。感謝親愛家人對我的信任、關心與體諒。希望未來有一天，我的努力也能讓您們感到些許的驕傲！. 黃卓仁謹誌於 2005 年 12 月. III.

(5) 目錄. 目錄中文摘要 .........................................................................................................................Ⅰ 英文摘要 .........................................................................................................................Ⅱ 謝誌 .................................................................................................................................Ⅲ 目錄 .................................................................................................................................Ⅳ 圖目錄 .............................................................................................................................Ⅴ 表目錄 .............................................................................................................................Ⅶ. 第一章緒論 1.1 研究緣起與目的 .................................................................................................1-1 1.2 研究範圍與限制 .................................................................................................1-3 1.3 研究方法與流程 .................................................................................................1-4. 第二章文獻回顧 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5. 再生能源設施的轉換機制 .................................................................................2-1 太陽能熱水系統 .................................................................................................2-3 我國再生能源相關法令 .....................................................................................2-10 能源監測與查核管理 .........................................................................................2-19 適用性驗證 .........................................................................................................2-23. 第三章國內大學校園再生能源設施之管理作為 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5. 問卷調查內容 .....................................................................................................3-1 驗收交付調查結果分析 .....................................................................................3-4 使用現況調查結果分析 .....................................................................................3-7 管理措施調查結果分析 .....................................................................................3-12 小結 .....................................................................................................................3-17. 第四章高雄大學太陽能熱水系統之設計問題與監測 4.1 太陽能熱水系統的監測作法 .............................................................................4-1 4.2 太陽能熱水系統水溫影響因子 .........................................................................4-13 4.3 高雄大學太陽能熱水系統改善建議 .................................................................4-24. 第五章大學校園再生能源設施管理機制之建構 5.1 再生能源設施之績效管理 .................................................................................5-1 5.2 能源監測與查核管理機制實施之建議事項 .....................................................5-10. 第六章結論與建議 6.1 結論 .....................................................................................................................6-1 6.2 建議 .....................................................................................................................6-4 參考文獻附錄 Ⅰ 附錄 Ⅱ IV.

(6) 目錄. 圖目錄圖 1.3.1. 研究流程. 1-5. 圖 2.2.1. 自然循環方式的太陽能熱水系統示意圖. 2-3. 圖 2.2.2. 強制循環方式的太陽能熱水系統示意圖. 2-4. 圖 2.2.3a. 平板式集熱板. 2-5. 圖 2.2.3b. 平板式集熱板剖面構造示意圖. 2-5. 圖 2.2.4. 熱媒真空管式集熱板. 2-5. 圖 2.2.5a. 熱媒真空管剖面構造示意圖. 2-5. 圖 2.2.5b. 熱媒真空管熱交換方式說明. 2-5. 圖 2.2.6. 雙層玻璃真空管式集熱板. 2-6. 圖 2.2.7a. 雙層玻璃真空管剖面構造示意圖. 2-6. 圖 2.2.7b. 雙層玻璃真空管熱交換方式說明. 2-6. 圖 2.2.8. 雙重玻璃真空管內的冷熱循環示意圖. 2-7. 圖 2.2.9. 並聯集熱板的水溫變化. 2-8. 圖 2.2.10. 串-並聯集熱板的水溫變化. 2-9. 圖 2.5.1. 設施生命週期與適用性驗證之關聯. 2-26. 圖 4.1.1. 綜一宿舍太陽能熱水系統熱水迴路設計示意圖. 4-3. 圖 4.1.2a. 學一宿舍太陽能熱水系統熱水迴路設計示意圖. 4-6. 圖 4.1.2b. 學一宿舍太陽能熱水系統的供水樓層示意圖. 4-7. 圖 4.1.3. 學一宿舍系統 2 集熱板陣列模組間溫度監測點編號位置. 4-10. 圖 4.1.4. 熱水管壁導熱溫度校正試驗說明. 4-11. 圖 4.1.5. 不同管壁厚度之內外溫度變化曲線. 4-12. 圖 4.1.6. 熱水管壁量測溫度校正公式的曲線. 4-12. 圖 4.2.1. 房間電熱水器進水溫度之季節性變化. 4-13. 圖 4.2.2. 當日氣候對房間電熱水器進水溫度之影響. 4-14. 圖 4.2.3. 學一宿舍 12 片模組串聯之水溫度變化. 4-15. 圖 4.2.4. 集熱板上方的熱水彙流裝置. 4-15. 圖 4.2.5a. 綜一北側系統熱水管路. 4-15. 圖 4.2.5b. 學一系統 1 熱水管路. 4-15. 圖 4.2.6. 管路距離對綜一房間內進水溫度之影響. 4-16. 圖 4.2.7. 管路距離對學一房間內進水溫度之影響. 4-16. 圖 4.2.8. 綜一北側系統儲熱水槽的水溫變化. 4-17. 圖 4.2.9. 學一系統 1 循環之儲熱桶溫度變化. 4-18. 圖 4.2.10. 學一宿舍儲熱水桶出水溫度與循環泵用電量之比較. 4-19. 圖 4.2.11 熱水器耗能關係圖. 4-19. 圖 4.2.12. 4-20. 在一天期間熱水器進水溫度與用電量的關係 V.

(7) 目錄. 圖 4.2.13. 一次使用的進水溫度與電量量分布. 4-21. 圖 4.2.14. 單一房間總用電量與其電熱水器用電量比較. 4-22. 圖 4.2.15. 玻璃真空集熱管的爆管現象. 4-22. 圖 4.2.16. 爆管後大量的水外洩. 4-22. 圖 4.2.17. 暑假期間在集熱板上方覆蓋一層黑色防曬遮網. 4-23. 圖 4.2.18. 綜一宿舍熱水系統釋汽閥加裝手動閥門. 4-23. 圖 4.2.19. 學一宿舍熱水系統釋汽閥，未加裝手動閥門. 4-24. 圖 5.1.1. 再生能源設施的績效落差構成示意圖. 5-4. 圖 6.2.1. 校園再生能源設施高績效查核與管理機制的施作程序. 6-4. VI.

(8) 目錄. 表目錄表 2.2.1. 太陽能熱水系統之相關文獻. 2-7. 表 2.3.1. 太陽能熱水系統推廣獎勵的相關規定. 2-14. 表 2.3.2. 與太陽能熱水系統設置相關之法規. 2-16. 表 3.1.1. 太陽光電系統的第一階段訪談結果. 3-2. 表 3.1.2. 風力發電系統的第一階段訪談結果. 3-2. 表 3.1.3. 太陽能熱水系統的第一階段訪談結果. 3-2. 表 3.2.1. 太陽光電系統文件交付狀況統計. 3-5. 表 3.2.2. 風力發電系統文件交付狀況統計. 3-5. 表 3.2.3. 太陽能熱水系統文件交付狀況統計. 3-6. 表 3.3.1. 做為景觀照明應用之太陽光電系統模式調查表. 3-7. 表 3.3.2. 非夜間景觀照明應用之太陽光電系統模式調查表. 3-8. 表 3.3.3. 做為景觀照明應用之風力發電的系統模式調查表. 3-9. 表 3.3.4. 非夜間景觀照明應用之風力發電系統模式調查表. 3-10. 表 3.3.5. 太陽能熱水系統使用的集熱器種類. 3-11. 表 3.3.6. 太陽能熱水系統使用水質過濾設施的學校調查表. 3-11. 表 3.3.7. 太陽能熱水系統輔助加熱方式的統計. 3-12. 表 3.4.1. 太陽光電系統維護管理方式統計. 3-13. 表 3.4.2. 太陽光電系統能源監測與分析情況的統計. 3-14. 表 3.4.3. 風力發電系統維護管理方式統計. 3-15. 表 3.4.4. 風力發電系統能源監測與分析情況的統計. 3-15. 表 3.4.5. 太陽能熱水系統維護與管理方式狀況. 3-16. 表 3.4.6. 太陽能熱水系統能源監測與分析的狀況. 3-17. 表 4.1.1. 綜一宿舍太陽能熱水系統基本資料. 4-2. 表 4.1.2. 學一宿舍太陽能熱水系統基本資料. 4-5. 表 4.1.3. 綜一宿舍南北二系統的監測點. 4-9. 表 4.1.4. 學一宿舍各組熱水系統的監測點. 4-10. 表 4.2.1. 房間內電熱水器耗電量計算. 4-21. 表 4.3.1a. 綜一宿舍太陽能熱水系統評估（規劃與施工）. 4-25. 表 4.3.1b. 綜一宿舍太陽能熱水系統評估（系統設備）. 4-26. 表 4.3.1c. 綜一宿舍太陽能熱水系統評估（管理與維護）. 4-26. 表 4.3.2a. 學一宿舍太陽能熱水系統評估（規劃與施工）. 4-27. 表 4.3.2b. 學一宿舍太陽能熱水系統評估（系統設備）. 4-28. 表 4.3.2c. 學一宿舍太陽能熱水系統評估（管理與維護）. 4-28. VII.

(9) 第一章緒論. 第一章緒論 1.1 研究緣起與目的 1.1.1 研究緣起「能源」的使用是人類生命延續與文化進展的重要條件之一。綜觀人類歷史的演變，技術發展、產業類型或是社會思潮等因素都可能影響人類對能源使用的方式與態度。在第一波的人類文明，主要的經濟型態是農漁牧業，使用的能源是來自於人類或動物的肌肉力量，或取之於太陽、風或水。一般而言，在工業革命之後，技術的發展讓人類對能源使用的方式有著革命性的移轉。人類文明轉而依賴那些無法重複再使用的（non-renewable）化石燃料–石油、煤、天然氣，這種轉變就是人類噬食其賴以維生的自然環境成本的開始。更嚴重的問題是，在化石燃料的生產與被使用過程中產生的環境污染問題，例如空氣污染、地球溫暖化、酸雨、水污染等，已對地球環境造成相當程度的傷害。在 1980 年代的兩次石油危機，讓人類開始警覺到化石燃料有可能匱乏的危機，也導引出全球性的節約能源風潮。特別是在最近的一百餘年，自然資源被過度開發的結果，全球開始出現區域性的環境變化，一連串的大自然反撲現象無疑地是在給人類一些教訓：地球生態系與人的關係是一種生命共同體，對環境的保護關係著人類的未來生命與文化的延續。地球環境的「永續發展」議題已成為全球人類共同重視而且努力的目標。人們也意識到，單純的節約能源措施並不能徹底解決地球生態環境日益惡化的問題，世界各國的科學家持續地在找尋可替代化石燃料的替代能源使用或生產技術，再生能源的使用與技術開發被視為是一種理性的解答。聯合國教科文組織（UNESCO）曾於 1973 年提出「讓太陽為人類服務」的主張，就是藉由太陽來提供光、熱、動力與電。在過去的十餘年，工業化國家對於再生能源投資與應用的成長幅度非常大，特別是對太陽能的利用，目前已可量產而且符合市場需求的商品，包括太陽能熱水系統、太陽光電系統以及風力發電系統。我國政府為因應環境永續的全球趨勢，亦開始積極推展永續能源政策。在 2002 年提出「再生能源發展方案」，具體規劃我國再生能源之整體發展方向，涵蓋對象包含太 1–1.

(10) 第一章緒論. 陽熱能、太陽光電、風能、地熱、水力、生質能與廢棄物能等。透過相關的再生能源獎勵與補助政策，諸如：能源局的再生能源示範推廣計畫或者是教育部的永續校園改善補助計畫等，再生能源技術開始受到重視並被引進大學校園中。對學校而言，期待的是再生能源應用技術可達到環境教育與節省營運成本的效益。實際上，由於對品質管理與效率驗證的認知落差，造成管理單位無法掌握那些再生能源設施的實質效率與節能效益。在缺乏能源監測與驗證的管理機制下，更無法積極地配合學術研究或教學課程的操作，提出可量化的數據做為永續校園環境教育的示範教材，也就是說，再生能源設施只是一種宣示性質大於實質功效的永續象徵品。「永續校園」目標的真正落實在於建立師生對於環境保護的責任感以及設施的教育功能。再生能源設施對於校園永續行動的意義，除了可提供環境美化與能源節約的效益之外，更應該達成實質上做為永續行動教材的積極功能。換言之，再生能源設施從規劃設計至施工甚至是在設施壽期內的使用維護與修繕更新階段，都應符合綠色營建與能源效率的要求，並成為一種資源與能源有高績效運用和管理的最佳模範，以真正達到節約能源與對環境保護的理想。這些對環境友善的態度與成果也應轉化為一種示範教材，配合教學課程的內容，創造一種比較好的學習與教學的環境或條件。國內大學校園對於再生能源設施的設置通常是委託廠商來施作，但由於合約內容對本身需求和品質管理要求的不明確，因而經常發生任憑一些不合格承包商規劃與施工的失敗案例。其結果是再生能源設施的實質效益無法滿足學校單位的期望。對於再生能源設施的後續使用維護階段，受限於管理人力之不足，或者缺乏一種適當且有效的方法，因而是被動的受廠商能力的影響而無法即時修繕維護，也無法積極的檢討再生能源設施的效益以及建立配套的管理計畫。有鑑於此，探討再生能源運作機制與校園設施高績效管理的模式，提供再生能源設施管理單位具體可行的管理機制與方法的建議是本研究的主要動機。 1.1.2 研究目的基於前述，本研究是要提出適用於大學校園再生能源設施的永續管理與運作機制。研究目的包括： 1. 探討再生能源轉換機制與適用性驗證管理之內涵。 2. 檢討國內大學校園再生能源設施的管理與運作模式，以及其面臨的問題。. 1–2.

(11) 第一章緒論. 3. 以高雄大學學生宿舍的太陽能熱水系統為例，展示對效能的監測與驗證查核的過程，提出分析結果供校方參考。 4. 提出國內大學校園再生能源設施高績效管理的可行策略。. 1.2 研究範圍與限制 1.2.1 研究範圍一、調查對象本研究調查國內大學在再生能源設施方面的興建過程與管理維護作為，並訪談這些設施的管理單位或人員，瞭解再生能源設施之共通性問題，做為建立大學校園再生能源設施永續管理與運作機制之基本資訊。二、系統種類本研究的再生能源設施是以「太陽能熱水系統」為主，探討其建構與管理的機制，藉著效能監測之實務操作，彙整與分析其可應用於其他再生能源設施的管理模式。 1.2.2 研究限制由於研究人力、時間、量測儀器、氣候因素等的影響，構成監測與查核施作時的困難與限制，彙整並說明如下： 1. 太陽能熱水系統之供水溫度的變化，特別是在電熱水器進水側的水溫，其可能影響因子包括用水量的多寡、水流速度、尖峰時期用水時間長短。本研究暫不探討其影響的範圍。 2. 由於使用中的系統並非本研究的設計產物，其中存在著過多的屬於系統不良的不確定因素，可能導致某些量測結果是無法被合理的解讀與分析。若要提出具體的系統設計建議，還是必須在實驗室的環境內才能完成。 3. 系統設備的先天性缺陷、人為的檢查疏失等因素導致監測數據出現在部分時間點之資料遺漏。本研究提出之分析結果，其原始數據都是經由與整體的數據比對與確認之結果，足以代表或說明觀察結果的長期變化趨勢。. 1–3.

(12) 第一章緒論. 1.3 研究方法與流程 1.3.1 研究方法本研究的方法包括文獻回顧法、問卷調查法與實驗量測法三種。一、文獻回顧法 ˙介紹太陽能熱水系統之基本系統運作原理，並探討再生能源轉換裝置之意義與運作機制。 ˙整理國內目前再生能源補助與獎勵之相關法令或規定，包括建築法規的可能限制或推廣再生能源設施使用之規定。 ˙國內與國外文獻資料的內容是以適用性驗證管理的品質確保，以及與能源效率的監測與查核管理相關的知識與理論為主，做為後續研究之基礎。二、問卷調查法這是對國內大學之再生能源設施的管理單位進行問卷調查，整個調查是分兩階段來進行： ˙第一階段調查是對已使用再生能源設施之南部地區的學校進行隨機取樣。採用開放式訪談的方式來調查與瞭解其實務管理的作法與問題，彙整出再生能源設施在管理部分的實務缺失項目。 ˙第二階段調查方式是對全國大學院校寄發問卷。問卷內容是以在第一階段檢討時獲得之管理缺失項目為主。藉由問卷的結果來確認大學校園的再生能源設施在運作與管理實務上普遍存在的共通性問題。三、實驗量測法是以高雄大學學生宿舍太陽能熱水系統為對象，進行掛錶量測，長期收集數據。量測項目是以熱水溫度與設備耗電量為主。運用對各項數據資料的交叉比較，找出其效能變化的影響因子，提出能讓效益改善或提高的建議事項。. 1–4.

(13) 第一章緒論. 1.3.1 研究流程本研究的流程如下圖所示：研究緣起與目的. 研究範圍與限制. 文獻研究. 再生能源轉換裝置. 相關法令規定. 設備適用性驗證. 能源監測與查核. 國內大學校園再生能源設施之管理作為調查. 規劃與設計模式. 系統運作現況. 管理與維護方式. 高雄大學太陽能熱水系統效率監測實務操作. 建立校園再生能源設施管理機制. 監測與查核機制之建構. 設施效率之品質管理. 結論與建議圖 1.3.1 研究流程. 1–5.

(14) 第二章文獻回顧. 第二章文獻回顧本章彙整一些適用於再生能源設施管理之理論與實務。首先定義再生能源並說明再生能源設施將能源轉換運用的轉換機制。其次，回顧一些相對比較重要的太陽能熱水系統文獻、太陽能熱水系統推廣的相關法令或限制條件。最後，說明適用性驗證以及能源的監測與查核相關事項。. 2.1 再生能源設施的轉換機制一、基本定義（劉安平，2004） 1. 再生能源是指可以很快被重新補足或不會枯竭的能源，也就是可以被重複再使用的能源，包括太陽能、水力、風力、地熱、海洋能、生質能。 2. 非再生能源是指那些存量有限的，如果我們持續使用，到某一時間點就會被完全用盡的能源，例如化石燃料，包括石油、煤、天然氣等。 3. 初級能源又稱為一次能源或原始能源，是指未經轉化或轉變處理的能源，能以原始的狀態直接被使用。包含石油、煤、天然氣、核能、水力、丙烷、地熱、風力、太陽能、海洋能、生質能等。 4. 替代能源用來替代石油的各種能源均屬之。 5. 電力電力是現代生活中各種電氣工具或器材的驅動力。電力通常需要使用基本的（初級）能源，以技術方式來產生，因此電力電力是一種二次能源或衍生能源，並不歸屬於再生能源或者是非再生能源。煤、核能、水力、天然氣與燃油是最常被用來生產電的五種基本能源。二、再生能源轉換機制對地球而言，太陽是一切能量的來源。太陽能也是人類最早使用的再生能源。太陽輻射可以直接被利用，例如光、熱；在大自然中某些現象的發生也是因太陽輻射的影響而發生能量的移轉或變化，例如風、水流、或存在於植物與海洋中的熱含量。這些都可 2–1.

(15) 第二章文獻回顧. 以被歸類為間接的太陽能。對於再生能源設施的系統運作而言，若太陽為主要的能量來源，為了產生熱、動力或電，再生能源設施本身就是一種「轉換機制」（劉安平，2002）。讓能量由一種型式轉換成另一種型式。這種轉換機制（或轉換系統）的設計足以影響其產生衍生能源的效率。換言之，其有效或有用的輸出是永遠無法與輸入的能一樣多。損失的能通常是以熱的方式出現。若以太陽能為例，太陽能轉換為熱能或電力的方式通常有二種（劉安平，2002）。（一）技術性的生產方式（直接利用太陽光） 1. 熱力學轉換過程（1）太陽輻射⇒ 熱 ⇒ ⇒ 熱 ⇒. （2）陽光. ⇒. （3）太陽輻射能量來源. ⇒ 電. 渦輪發電機. 化學燃料 ⇒ 發電機 ⇒ 電 └燃料電池 ⇒ 熱能（太陽能熱水系統）. 吸熱集熱板轉換機制. 衍生能源. 2. 光伏作用轉換過程陽光（光子） ⇒ 半導體（電子） ⇒ 電能量來源. 轉換機制. （太陽光電系統）. 衍生能源. （二）自然的能量轉換方式（間接的太陽能） 1. 風力. ⇒ 機械能 ⇒ 發電機. ⇒ 電. 2. 水力. ⇒ 位能 ⇒ 發電機. ⇒ 電. 3. 生質能. ⇒ 化學能 ⇒ 發電機. ⇒ 電. 4. 海水溫差. ⇒ 熱能 ⇒ 發電機. ⇒ 電. 能量來源. 轉換機制. （風力發電系統）. 衍生能源. 基於上述，校園常見的太陽光電系統、風力發電系統或太陽能熱水系統都屬於一種再生能源的轉換裝置。這些設施是以不同的轉換模式來產生電或熱或動力以供使用。例如，太陽能熱水系統屬於熱力學轉換的一種，能量是太陽輻射熱；太陽光電系統是利用光子能量進行光伏作用轉換的過程；風力發電系統是一種間接的太陽能轉換，因葉片的轉動而產生機械能或電力。. 2–2.

(16) 第二章文獻回顧. 由於能源轉換裝置是無法避免效率衰減的問題，對於學校的設施管理單位而言，再生能源設施的運作似乎就是一種「黑箱」的過程。如果學校對再生能源設施的認知不足，通無法瞭解轉換機制中效率影響因子的問題，必然會產生對再生能源設施效率失望的認知落差。. 2.2 太陽能熱水系統在目前的太陽能利用方法中，太陽能熱水系統是最廣泛而且普遍的應用技術。一、太陽能熱水系統介紹（一）運作原理太陽能熱水系統運作的基本原理是利用集熱板來吸收太陽熱能，以這些被吸收的熱來加熱水，熱水被收集於儲熱水桶內，在需用熱水時提供使用。水在儲熱水桶與集熱板之間被不斷的循環加熱，依據水被循環加熱的方式可分為自然循環方式與強制循環方式。（1）自然循環方式自然循環方式是利用自然的熱對流原理，在太陽能集熱板內的水，持續的吸收太陽的輻射熱，會因溫度升高，密度變小而往上升至儲熱水桶內；在儲熱水桶內溫度比較低的水會水往下流至集熱板補入水量。這種水由集熱板流向儲熱水桶，在流向集熱板的不斷加溫方式，能熱桶內水溫度持續升高。由於是一種熱虹吸原理的自然流動方式，所以儲熱水桶的位置比需在集熱板的上方。此系統不需額外動力及控制裝置，構造簡單，維護容易，適合一般家庭使用。儲熱水桶提供使用的熱水. 集熱板熱水. 自來水補注. 冷水. 圖 2.2.1 自然循環方式的太陽能熱水系統示意圖 [圖片來源：工研院能資所，太陽能熱水系統介紹]. 2–3.

(17) 第二章文獻回顧. （2）強制循環方式強制循環方式是利用泵浦來讓水被強制流動。通常是藉著溫差設定來控制水循環運轉時間以及水流量。換言之，當儲熱桶水溫低於集熱板的水溫度，而且其溫差值是在設定範圍內時，泵浦開始啟動，將低溫的水強制注入集熱板，讓高溫的水被送至儲熱桶內。水是在集熱板與儲熱水桶之間被強制循環流動，經由集熱板吸收太陽輻射熱。此系統可獲得比自然循環方式高的集熱效率，但其循環泵浦需耗費電力，而溫差設定值的範圍是影響效率與耗能的關鍵。強制循環方式的儲熱水桶位置可以低於集熱板的高度，減少在裝設上的限制。適於宿舍、醫院等大型的熱水供應系統使用。提供使用的熱水. 集熱板熱水. 儲熱水桶. 泵浦冷水. 自來水補注. 圖 2.2.2 強制循環方式的太陽能熱水系統示意圖 [圖片來源：工研院能資所，太陽能熱水系統介紹]. （二）集熱板種類集熱板的構造通常可以區可分為三種：平版式、熱媒真空管式、雙層玻璃真空管。 1. 平板式平板式集熱板之構造包括銅板銅管、銅鰭片銅管、不銹鋼板管、非金屬板管（一種高分子化合物，通常是 EPDM）。可依用途、操作溫度及設置成本的不同考慮來選用。為降低在集熱板表面與其表面空氣之間的熱對流損失（通常是風的影響）以及在板面的熱傳導損失，在集熱板上方會加透明的玻璃面蓋，使集熱板與大氣隔離。但並非必要的構件，因而又分為有面蓋式及無面蓋式集熱板二種。. 2–4.

(18) 第二章文獻回顧. 透明面蓋冷水. 熱水. 保溫材料集熱板（鍍吸收膜）. 圖 2.2.3a 平板式集熱板. 圖 2.2.3b 平板式集熱板剖面構造示意圖. [圖片來源：工研院能資所，太陽能熱水系統介紹]. 2. 熱媒真空管式熱媒真空管式集熱板的構造包括玻璃管、銅鰭片銅管、銅管、熱媒等。在其金屬集熱片的周圍，是以透明的玻璃管材料包覆，並將內部抽成真空狀態，降低內部空氣可能造成之傳導熱損失。由於真空管的四周均為透明的玻璃，有些產品會配合使用聚光型反射板，將太陽有效的反射光集. 圖 2.2.4 熱媒真空管式集熱板. 中在集熱管的下端，提高熱媒的集熱能力。這種方式是以熱媒做為被加熱的流體，加上銅板銅管導熱快，因此集熱效率比較高，集熱板耐用年限高，但成本也是相對的昂貴。在整套系統中如有一支損壞時，也不妨礙全系統的運轉，可節省管理成本。通過的銅管水流因熱傳導而間接加溫. 選擇性鍍膜集熱面板熱媒流體內銅管外銅管真空處理玻璃. 真空管內的熱媒吸收太陽輻射熱. 管直徑12 6mm. 圖 2.2.5a 熱媒真空管剖面構造示意圖 3. 雙層玻璃真空管式. 2–5. 圖 2.2.5b 熱媒真空管熱交換方式說明.

(19) 第二章文獻回顧. 此類型集熱板是以直接加熱在內層玻璃管中的水來進行熱的傳遞，內層的玻璃管之外圍再以一層玻璃管包覆，並將夾層抽成真空狀態。由於在玻璃管內常會有水垢沉積，或者因管內冷熱水分層的衝突，造成水流停滯，導致加熱效率降低。真空管與彙流管之. 圖 2.2.6 雙層玻璃真空管式集熱板. 接合通常是採用矽利康橡皮墊圈，不耐高壓，經常會因熱脹冷縮而漏水。真空玻璃管容易碎裂，稱為「爆管」。若系統中有一支損壞時，則水會大量的流失，導致水費與管理成本增加的問題。保溫泡棉. 加溫的熱水. 熱水管路. 吸熱膜. 冷水直接從熱水管路流進集熱管內加熱. 水. 普通玻璃. 內層玻璃（鍍吸熱膜）. 外層玻璃（真空）. 真空. 圖 2.2.7b 雙層玻璃真空管熱交換方式說明. 圖 2.2.7a 雙層玻璃真空管剖面構造示意圖二、太陽能熱水系統相關文獻. 與太陽能熱水系統設備效率與節能控制策略相關之研究文獻。整理如表 2.2.1。. 2–6.

(20) 第二章文獻回顧. 表 2.2.1 太陽能熱水系統之相關文獻說明事項. 雙層玻璃真空管集熱器內的熱循環. 資料來源. Morrison, G. L.; "Measurement and simulation of flow rate in a water-in-glass evacuated tube solar water heater"; Solar Energy 78; 2004 說明雙層玻璃真空管內部的冷熱水流情形。真空管內的水受輻射加熱之後，會因密度變大而自然上升，此時水平彙流管內的冷水會下降進入真空管內下層，形成冷熱的自然對流。對流的速度與管內的溫度分佈有關。當管內的溫度分佈不均時，有可能產生冷熱水流互相衝突而導致水滯留的現象。目前對於可能影響管內溫度分佈的原因仍缺乏比較明確的研究結果。. 內容摘要圖 2.2.8 雙重玻璃真空管內的冷熱循環示意圖關連性. 高雄大學太陽能熱水系統也採用雙層玻璃真空管集熱板。（續下頁）. 2–7.

(21) 第二章文獻回顧. 說明事項. 集熱板連接方式與水溫變化的比較. 資料來源. Keisling, Bill; "The Homeowner’s Handbook of Solar Water Heating Systems: How to Build or Buy Systems to Heat Your Water, Your Swimming Pool, Hot Tub or SPA"; Rodale Press, Inc.; Emmaus, PA; 1983 R. V. Dunkle 與 E. T. Davey 由理論及實驗來說明集熱板的水流量與集熱板熱水溫度之間的關係。在不同集熱板連接方式的情況下。水溫變化說明如下： 1. 以並聯連接之集熱板陣列 12 片集熱板以並聯方式連接。在不同的水流速下，量測通過各集熱板的水溫變化。出口入口. 70. 高流率 60. 低流率. 溫度(°C). 內容摘要. 50. 40. 中流率 30. 20. 圖 2.2.9 並聯集熱板的水溫變化實驗結果：（1）比較三種不同水流率之模組水溫度變化。不論水流速率的大小，並聯的集熱板大約是從第八片之後，其水溫會開始急速的下降。（2）比較在集熱板陣列進、出水口端的溫差。可發現水流速比較大時，從集熱板獲得的ΔT 比較少。反之，水流速比較小時，能獲得比較大的ΔT，其集熱效能比較好。（3）集熱板的並聯連接片數會影響集熱板之出水溫度。若將過多的集熱板並聯在一起，不但不能增加集熱效能，反而會降低集熱效能。（續下頁）. 2–8.

(22) 第二章文獻回顧. 2. 以串並聯連接之集熱板的水溫變化 12 片集熱板以每四片並聯之後再串聯的方式連接起來。在不同水流速下，量測通過各集熱板的水溫變化。出口. 溫度( °F) 溫度（°F）. 入口. 內容摘要. 160 160 150 150 140 140 130 130 120 120 110 110. 30G/HRΔT=6° 30G/HRΔt=6° 60G/HRΔT=4° 60G/HRΔt=4° 120G/HRΔT=6° 120G/HR Δt=6° 圖 2.2.10 串-並聯集熱板的水溫變化. 實驗結果：（1）不論水流率的大小，流經各集熱板的水溫分佈相對的是比較均勻，獲得的ΔT 也非常接近。（2）將集熱板以適當的串並聯方式連接在一起，可以讓工作流體獲得比較平均的流動，個別的集熱板溫度分佈也會比較均勻。由 R. V. Dunkle 及 E. T. Davey 的研究結果，建議的連接方式如下：（1）當 24 片集熱板連接時，可以並聯方式連接，對自然或強制循環的效果都有良好效果。如果多於 24 片時，最多以 16 片並聯為上限。（2）流量控制在 0.75~1gal/hr-ft²，可獲得到良好的上升水溫。（3）集熱板的吸熱管會產生壓力，因此上端彙流裝置應足夠大以免產生水滯留現象。同時吸熱管伸進彙流裝置的深度不可太深。. 關連性. R. V. Dunkle 與 E. T. Davey 是以平版式集熱板進行測試。對於玻璃真空管集熱板之連接方式與數量具有啟發的意義。（續下頁）. 2–9.

(23) 第二章文獻回顧. 說明事項資料來源. 太陽能熱水器輔助電熱器之耗電影響黃秉鈞（2001），"太陽能熱水器之輔助電熱器問題探討". 內容摘要. 以全天效率公式模擬電熱器的耗電量，並以氣象資料計算各月份的用電量及用電成本。提出串聯式的太陽能熱水器是比較理想的型態。因為直接裝在儲熱水槽的輔助加熱器可能會導致無法有效使用太陽能，建議將設定溫度調到較低的溫度，並減少熱水使用量。另一方面，必須避免在加熱時段使用熱水，防止熱殘留。本文也對「正確加熱時段」提出能被進一步探討之建議。. 關連性. 在本研究中，是以實際監測的方式來比較電加熱器的耗電與總用電量之比例關係。. 2.3 我國再生能源相關法令 2.3.1 再生能源政策之發展自工業革命後，人類對煤炭、石油等化石燃料的使用需求，已經遠超過地球所能供應之平衡狀態。已有研究指出，如果世界各國不採取有效的節約能源措施，維持人類生活所需的主要能源－石油，其平均存量將無法供應至西元 2045 年。其次，世界各國為管制過渡的能源耗用所排放的溫室效應氣體，以及降低對地球環境污染的程度，已共同提出「全球氣候變化綱要公約」和「京都議定書」，依循對地球環境永續發展的承諾，相繼進行相關的研究與實踐。我國的能源供應幾乎都是依賴國外進口，政府為因應全球的能源供應局勢之變化，已在積極的推展永續能源政策。例如，民國 87 年召開的「全國能源會議」，擬定了我國未來的能源政策以及政府應加強推動再生能源之決議。在衡量當時的國內技術水準、經濟能力與天然條件的限制，之後認為再生能源只能做為石油、煤炭、天然氣以及核能的補助能源，初步規劃在民國 109 年時再生能源占全國能源總供給量 3％的目標。經濟部能源委員會在「全國能源會議」之後，成立新能源及淨潔能源研究開發推動小組，於民國 88 年 3 月提出「新能源及淨潔能源研究開發規劃」報告。定義之再生能源項目包括：太陽熱能、太陽光電、風能、地熱、水力、生質能與廢棄物能（沼氣、生. 2–10.

(24) 第二章文獻回顧. 質汽柴油、廢棄物轉化為固態、液態或氣態之衍生燃料）等。該報告也將各項技術之發展區分為四個階段：研發階段、示範（或導入）階段、推廣階段以及普及階段。目前除了海洋能技術尚待研發之外，其餘的風能、地熱、太陽光電、酒精汽油、生質柴油、沼氣發電、廢棄物氣化發電及廢棄物熱利用都處於獎勵示範階段，小水力、廢棄物焚化發電由環保署繼續推廣、太陽熱能已進入獎勵推廣階段。經濟部能源委員會在民國 89 年實施「再生能源 5 年示範推廣計畫」，包括太陽能熱水系統、太陽光電及風力發電。其中的「太陽能熱水系統推廣獎勵辦法」對購置者補助購置費用 15~20％，「風力發電示範系統設置補助辦法」及「太陽光電發電示範系統設置補助要點」對設置者提供設置費用 50％之高額補助。此外，「促進產業升級條例」對購置再生能源設備者，也有獎勵優惠之規定。例如，投資抵減營利事業所得稅 10~20％、加速折舊以及低利融資等。目前推行再生能源之相關法令與其執行情況說明如下： 1. 太陽能熱水系統推廣獎勵辦法對設置太陽能熱水系統的補助，依產品型式及設置地區，每平方公尺補助新台幣 1000 元至 3000 元。截至民國 92 年 12 月止，台灣地區安裝太陽能熱水系統之累計總面積超過 120 萬平方公尺，安裝用戶估計超過 30 萬戶，普及率為 3.7％，是世界第十大安裝利用國家，安裝密度更達到世界第三大利用國。（唐震宸，2003） 2. 風力發電示範系統設置補助辦法獎勵設置風力發電示範系統的補助金額可達設置成本之 50％。 3. 太陽光電發電示範系統設置補助要點獎勵設置太陽光電發電示範系統的補助金額最高可達設置成本之 50%。截至民國 95 年 1 月底止，太陽光電示範系統已有 110 處示範案件，核准設置容量已達 1821 峰瓩。行政院於民國 91 年 1 月 17 日頒行「再生能源發展方案」，加強示範推廣以及技術與產品的研發。經濟部能源委員會參考國外的成功案例，彙集國內各界專家的意見，在兼顧環境保護、能源安全、經濟發展之三贏策略考量下，民國 91 年 1 月提出「再生能源發展條例」，希望能建立穩定獎勵的措施，充分反映綠色能源的整體效益，使再生能源具投資效益，加速再生能源開發利用。將我國的再生能源依各類再生能源技術的發展成熟度，分為短、中、長三階段推動。預計至民國 109 年，再生能源發電容量將占總發 2–11.

(25) 第二章文獻回顧. 電裝置容量的 10％以上。其次，推動各級政府機關、學校及公營事業率先評估其設置再生能源利用設備之可行性，並編列預算，逐步設置，希望能經由政府單位的示範作用，激勵民間的跟進設置。「再生能源發展條例」於民國 91 年 6 月由經濟部陳報行政院審議。後來卻因立法院屆期不續審法案的緣故，因此目前並尚完成正式立法的程序。行政院於民國 91 年提出「挑戰 2008：國家發展重點計畫」，不只是積極的推動再生能源立法，進行再生能源的研發與推廣應用外，更提出三項示範推廣計畫，計畫發展的重點分別是： •陽光電城（期程：92-96 年）：加強推廣太陽光發電系統的裝設，並配合綠建築標章之規範，以發展太陽光發電示範社區。除了可減輕化石能源的污染負擔外，並可帶動太陽光電科技產業之發展。 •風力電場（期程：92-96 年）：在適當的地點規劃風力發電的運用及展示，以建造一個兼具發電、觀光等效益之示範系統，並藉此帶動相關產業之發展。 •地熱公園（期程：91-96 年）：藉由地熱之多目標利用，發展一結合發電、觀光及休閒之示範園區。進而帶動地方相關資源與產業發展及示範推廣之功能。 2.3.2 太陽能熱水系統設置的相關規定在民國 62 年發生第一次石油危機，國內廠商開始自行研製或引進國外太陽能熱水器。民國 68 年的第二次石油危機，太陽能產品已受到世界各國重視。由於台灣在當時對太陽能產業的認識不足，相關廠商缺乏成熟的技術與配套的推銷方法，以致於未能被民眾廣泛的接受。民國 68 年經濟部成立能源委員會，配合工研院能資所開始進行一系列的太陽能應用研發與推廣工作，國內的太陽能產業因而成形。經濟部能委會在民國 74 年就太陽能熱水器使用情形、廠商營運狀況以及未來發展的可行性進行全面性調查，結果顯示，太陽能熱水系統在當時無法普及的原因有三（楊建裕，1999）： 1. 價格太高。 2. 民眾對系統的認識及信心不足。 3. 缺乏安裝及技術人員。針對以上的結果，經濟部能委會訂定推廣措施來逐步的推廣太陽能應用。在當時推動的相關措施如下：. 2–12.

(26) 第二章文獻回顧. 1. 技術研究委託工研院能資所及台灣大學等學術機構，從事太陽能系統的設計改良，訂定產品標準，並舉辦技術人員講習，提高產品的品質以及廠商的技術能力。 2. 系統示範及教育宣導獎助公共機構設置示範系統，並透過大眾傳播與產品展覽的方式，宣導並教育民眾，加強對太陽能的認識。 3. 施行「太陽能熱水系統推廣獎勵辦法」依裝置的集熱器種類，每平方公尺有效集熱面積給予一至二千元之獎勵補助，提高用戶裝置意願。 2.3.3 太陽能熱水系統推廣獎勵辦法「太陽能熱水系統推廣獎勵辦法」自民國 75 年 1 月開始實施，至民國 81 年 6 月止，已使國內太陽能熱水器的年裝置面積由獎勵前的每年五至七千平方公尺，提高至民國 81 年之八萬平方公尺，成長十倍以上。這是第一階段獎勵補助期間。民國 88 年經濟部能委會再度針對太陽能熱水系統的推廣政策進行評估，並於民國 89 年 1 月完成「太陽能熱水系統推廣獎勵辦法」，至民國 93 年 12 月屬於第二階段之太陽能熱水系統獎勵補助。此項獎勵措施的主要目的為： 1. 達到在 2020 年時太陽能熱水系統的使用普及率 12%以上的目標。 2. 經由補助優良產品的方式，扶植優良廠商，淘汰或改善不健全廠商，提升太陽能產業規模。 3. 持續宣導民眾瞭解太陽能優點，正確的使用方式以及合理之經濟效益。 4. 基於使用者付費原則，對低污染能源之使用者，由政府代付環境成本。 5. 顯現政府推動再生能源之決心，達成抑制溫室效應氣體排放之目的。目前適用之「太陽能熱水系統獎勵補助推廣辦法」於民國 92 年改為「太陽能熱水系統推廣獎勵要點」代替，民國 93 年 12 月修訂。由經濟部能源局委託成大研究發展基金會辦理獎勵補助的申請作業，並由工研院能資所成立的「太陽能技術服務隊」提供相關技術的支援以及進行宣導教育的推廣工作。依據「太陽能熱水系統推廣獎勵要點」的規定：凡新購置經認可之合格產品的用戶均可申請補助，補助金額是依據集熱器有效集熱面積來計算，每平方公尺為 1000~3000 元不等，視集熱器的種類以及離島地區而定。. 2–13.

(27) 第二章文獻回顧. 其中也規範合格銷售及製造廠商的資格認可、合格產品標準認可、專業技術人員資格審查。「太陽能熱水系統獎勵補助推廣辦法」以及相關規定的內容整理如表 2.3.1。表 2.3.1 太陽能熱水系統推廣獎勵的相關規定對象. 廠商. 使用人. (註:指製造供應商及安裝銷售廠商). 法令類別. 太陽能熱水系統推廣獎勵辦法. •系統產品性能與規格應符合主 •台灣本島補助基準：管機關訂定之標準 1.面蓋式平板集熱器：NT1500/ ㎡ •太陽能集熱器由通過國際標準 2.真空管式集熱器：NT1500/㎡規範 ISO9001、ISO9002 或相當 3.無面蓋式平板集熱器：品質之製造供應廠商生產。 NT1000/㎡ •受補助之系統產品無法正常使 4.其他形式集熱器：另由經濟部用時，安裝銷售商應負責修核定復；安裝銷售商不為或不能修 •離島地區：復時，其製造供應廠商應承擔上述金額每㎡加 1500 元。該產品修復之義務。 •用戶之申請補助案經審核通過者，應於核定期限內與執行單位簽訂補助契約，並依約履行設置太陽能熱水系統產品及各項契約義務。竣工後應填送完工報告書及有關文件，向執行單位申請撥款。. 購買太陽能熱水系統申請補助及審查作業. •申請補助金額在新台幣十萬元以下之系統，完工後由承辦機構以抽查方式派員至各裝設現場，針對申請書及完工報告書內容進行現場查驗；被抽查之申請用戶須配合承辦機構在通知之期限完成現場查驗。. •由安裝銷售廠商申請認可之產品，限由該安裝銷售廠商售予用戶並安裝，始得申請補助款；如係申請廠商以外之其他安裝銷售廠商安裝者，不得申請補助款。. •申請補助金額超過新台幣十萬元之系統完工後由承辦機構以抽查方式派員至各裝設現場，針對申請書及完工報告書內容進行現場查驗；申請用戶須配合承辦機構在通知之期限完成現場查驗。（續下頁） 2–14.

(28) 第二章文獻回顧. 太陽能熱水系統技術人員及合格廠商申請認可作業. •施工技術手冊應包含： 1.應用原理 2.系統設計原則 3.集熱器設計 4.管路配備 5.控制系統 •系統設計規劃書應包含： 1.負載需求 2.集熱器性能 3.氣象資料 4.能量平衡計算 5.系統效率評估 •經執行單位委託之太陽能熱水系統專業技術人員講習訓練機構訓練合格之技術人員，由訓練機構發給合格證書及合格編號。. 太陽能熱水系統合格產品申請認可作業. •合格產品在每片集熱器的外框右側下端或左側上端應明確標示認可編號、安裝銷售及製造供應廠商名稱及服務電話。 •執行單位得委託承辦機構針對已認可之產品進行實測檢定之抽驗。抽驗不合格者須於二個月內改善並複測。. 太陽能熱水系統合格廠商及合格產品廢止及撤銷認可作業. •用戶之補助產品無法正常使用時，經聯絡安裝銷售廠商協助維修未獲改善且確實屬該廠商應擔負之責任者，得向承辦機構提出申訴。. •補助產品經用戶申訴反應後，安裝銷售廠商於合理期限內無正當理由未能修復者，該產品將轉由其製造供應廠商負責修復。 •安裝廠商有下列任一情形時，廢止廠商合格認可，且一年內不得再申請。 1.申請補助案件經審核發現謊報或其填寫內容不實。 2.完工報告書上所黏貼照片與現場不符合。 3.經審核後未依規定黏貼合格產品認可編號，或未給予用戶產品服務資訊。. 2–15.

(29) 第二章文獻回顧. 2.3.4 建築相關法規「再生能源發展方案」雖已明文規定增列太陽能熱水系統(含保溫管線)以及太陽光電設備為綠建築標章之評分項目，但在目前的建築相關法規中，尚未明確的納入太陽能系統的設備設置相關規範。也就是因為缺乏明確法令規範與許可下，導致有意願裝設的用戶因擔心影響屋頂結構、漏水或破壞建築外觀，甚至侵犯他人權益等顧慮而做罷。其他可能會影響太陽能熱水系統應用普遍性的因素還包括：壁體內熱水管未保溫、屋頂未預留熱水管路、公寓屋頂使用權不明等。（楊建裕，1999）在現行建築法規中，與太陽能熱水系統架設與構造有關的法規條文整理如表 2.3.2。表 2.3.2 與太陽能熱水系統設置相關之法規. 法規名稱. 條文規定. •照明系統節能計算綠建築評估手冊 (2005 年版). 第 25 條. 避雷設備之安裝規定 •避雷導線須與電燈電力線、電話線、瓦斯管離開一公尺以上，但避雷導線與電燈電線、電話線、瓦斯管間有靜電隔離者，不在此限。 •距離避雷導線在一公尺以內之金屬落水管、鐵樓梯、自來水管等應用十四平方公厘以上之銅線予以接地。. 給水管線保護措施. 建築技術規則設備篇. 其中的 Rr 為太陽光電板發電、太陽能熱水器、汽電共生、風力發電等再生能源設備之節約電量佔該類建築總耗電之比例係數。若使用再生能源設施時，在「其他類總系統節能技術效率」計算將以 10.0×Rr 的優惠得分，做為推廣再生能源的獎勵。. 獎勵再生能源設備的使用. 日常節能指標 •空調系統節能評估計算. 相關性. （續下頁）. 2–16.

(30) 第二章文獻回顧. 給水排水管路之配置，規定 •不得影響建築物安全，並不受腐蝕、變形、沉陷、震動或載重影響，而產生滲漏。 •埋入地下或構造體內之管路，應有預防腐蝕之措施。 •不得配置於昇降機道內。. 建築技術規則設備篇第 29 條. •自備水源之給水管路，不得與公共給水管路相連接。 •貫穿防火區劃牆之管路，於貫穿處二側各一公尺範圍之內，應為不燃材料製作之管類。但配置於管道間內者，不在此限。 •下列設備之出水口，應用間接排水，並應保持五公分以上之空隙： 1.冰箱、冰櫃、洗滌槽、蒸氣櫃等有關食品飲料貯存或加工之設備。. 給水管線材質與配置. •露明管路應依照國家標準規定，塗漆明顯標誌。. 2.給水水池及水箱之溢、排水管。 3.蒸餾器、消毒器等消毒設備。 4.洗碗機。 5.安全閥、蒸氣管及溫度超過攝氏六十度之熱水管。. 第 30 條. 建築技術規則設備篇. 熱水器之構造及安裝，應依左列規定： 1.應裝有安全閥及逆止閥，其誤差不得超過標定洩放壓之百分之十五。. 第 90 條. 2.應安裝在防火構造或以不燃材料建造之樓地板或牆壁上。. 電熱水器裝設. 第 89 條. 家庭用電氣或燃氣熱水器，應為符合中國國家標準之製品或經中央主管檢驗機關檢驗合格之製品，並應依本節規定。. 電熱水器品質. 建築技術規則設備篇. 給水進水管之大小，應能足量供應該建築物內及其基地各種設備所需水量，但不得小於十九公厘。水量應以設備種類，數量及同時使用率兩類因素決定之。. 給水管徑. 建築技術規則設備篇. （續下頁）. 2–17.

(31) 第二章文獻回顧. 第1條. 2.水塔、水箱、女兒牆、防火牆。 3.露天機電設備、煙囪、避雷針、風向器、旗竿、無線電桿及屋脊裝飾物。. 第 68 條. 第 99 條. •屋頂避難平臺應設置於五層以上之樓層，其面積合計不得小於該棟建築物五層以上最大樓地板面積二分之一。 •屋頂避難平臺面積範圍內不得建造或設置妨礙避難使用之工作物或設施，且通達特別安全梯之最小寬度不得小於四公尺。. 熱水管裝置. 自來水用戶用水設備標準連接熱水器、洗衣機或洗碗機之水管，應裝設（民國 92 年 8 月水閥；必要時，應裝設逆止閥。修正版）. 架設面積限制. 建築技術規則設計施工篇. 高度在三公尺以上或裝置在屋頂上之廣告牌（塔），裝飾物（塔）及類似之工作物，其主要部分應使用不燃材料。. 水塔材質. 4.其他經中央主管建築機關認可者。建築技術規則設計施工篇. 高度限制. 建築技術規則設計施工篇（民國 94 年 1 月修正版）. 屋頂突出物：突出於屋面之附屬建築物及雜項工作物： 1.樓梯間、昇降機間、無線電塔、機械房及不妨礙避難逃生之三分之一以上透空遮牆。. 第 12 條. 第 25 條自來水用戶用水設備標準第 26 條. 用水設備之安裝，不得損及建築物之安全；裝設於六樓以上建築物結構體內之水管，應設置專用管道。用水設備不得與電線、電纜、煤氣管及油管相接觸，並不得置於可能使其被污染之物質或液體中。. 2–18. 自來水管配置. 自來水用戶用水設備標準.

(32) 第二章文獻回顧. 2.4 能源監測與查核管理一、能源監測能源查核的執行是為了能客觀的取得各項評估所需的數據資料，因此，查核管理的機制是以監測為基礎。能源監測是利用正確而且可信賴的儀器，經由合適的量測程度取得設備的耗能數據。對這些數據進行系統化的分析有助於檢視耗能模式的改變，耗能基準的設定，並提供合是的節能建議。. 二、能源查核依據澳洲的 Government Energy Services（1999），定義能源查核為：「經由對耗能系統的調查、耗能情形的分析以及能源預算來檢查目前的耗能情形」能源查核最初目的是為了減少工業部門的能源成本支出。目前在地球環保被重視的情況下，能源查核的執行是為了達成有效的能源利用模式，或減少溫室氣體的排放。三、能源查核的種類（一）依查核程度區分 1. 初步的探索性查核這是一種簡易的對能源節約潛力評估的作法，是以收集相關資料的方式來分析其可能性。成本是相對最便宜的。初步查核的分析結果可提供後續計畫在擬定方向與策略時的參考。 2. 特定項目的查核若在初步盤查中發現系統有特定的潛在機會或影響因素時，就必須實施進一步的詳細盤查與分析。這種查核類型適用於有限人力的情況，可收到相當高的效益，但也可能缺乏對全系統的整合性效益的考量。 3. 全面盤查全面盤查是對系統所有的主要或可能的耗能因素進行詳細的評估。這種查核方式能提供最精確的耗能或節能數據，並且考量在不同系統間的互動關係或影響。通常是輔以精確的電腦模擬來估算，提供業主最詳細的與比較可信賴的能源節約效益分析結果。（二）依查核範圍區分. 2–19.

(33) 第二章文獻回顧. 1. 走動式查核走動式查核是以目視方式來檢視建築物或設施的狀況，包括管理方式、操作功能以及保養，藉以發現是否有節約能源的機會，或者是對設備是否有進一步維修的必要性提出建議。 2. 簡易查核簡易查核是以簡單的量測儀器來監測各項設備的能源使用量，做為分析其效率，或評估其改善計畫的經濟效益。 3. 進階查核進階查核是比簡易查核更為深入而且詳細。通常是配合電腦分析軟體來評估不同的能源使用模式或估算全年的能源需求。四、能源查核工具能源查核工具，廣義言之，可包括各種與能源查核相關的支援文件與應用工具，其目的是讓查核工作具有最低的成本以及最高的品質（徐宗琦，1993）。工具能以不同的形式出現，包括指導方針或手冊、小冊子、檢核表、計算法或電腦軟體等。工具的選擇除考慮成本與便利性之外，也必須配合能源查核的類別來選用，使之能協助查核工作的技術性事務，解決特殊困難，並滿足在特定環境內的需要。換言之，是先辨識問題，再找出需要的工具。（一）常見的查核工具： 1. 技術文件在此類文件的內容通常會說明查核的執行方式、程序與應注意的事項。這些都是能源查核計畫的最核心部份，也可做為訓練課程的基本教材。包含查核手冊或能源管理手冊或能源查核準則，都是人員在進行初步查核時的輔助工具。 2. 記錄文件包含各式表格、清單以及檢核表等文件資料。記錄的良好與否足以影響後續的分析評估程序之可信度。完整的檢核表也可確保查核人員在進行查核時，能夠擁有良好的作業品質與速度。 3. 分析軟體做為計算分析用的軟體在能源查核計畫中是相當重要的部份。其功能是將 2–20.

(34) 第二章文獻回顧. 節能的潛力以及投資報酬率等資具體的以數量化方式呈現。大部分的能源查核行動目前還是採用「由實做中學習」的方法。例如，當查核計劃開始時，並沒有太多的數據資料，順著查核計劃的發展，查核人員會逐步的辨識出那些已存在的缺口，然後選擇工具來適應計劃的需要，讓查核工作能夠有系統的進行。（二）常用的監測工具包括 1. 監測裝置為取得各項設施的實際耗能數據，必須在目標設備或系統上裝設監測儀器，定時的取得數據。不同形式的設備以及不同的查核目標，有可能需要不同的量測儀器，例如，熱電偶、超音波流量計、電流勾錶、電壓錶、紅外熱像攝影機等。 2. 數據資料庫一般而言，資料庫包括系統的耗能調查、耗能分析以及對能源預算檢討的結果等資訊或數據。善用資料庫能持續的監控設施的操作現況，並對其數據加以比較和評估。完成分析之後可以找出能源使用的可能模式與發展趨勢，若有異常情形發生，亦可迅速的發現並加以解決。在能源管理或查核計劃中，監測與評估是很重要的執行程序，也就是說，為了讓金錢與資源能夠被適當的分配給不同的計劃與方案，來自監測與評估結果的回饋是相當重要的。監測與評估是相互關聯的。評估的品質是依據監測的內涵與品質而定；如果沒有監測，或監測品質很差，評估可能是毫無價值的。評估行動可以在計劃的有效壽限內以定期方式執行。評估可委託第三者公證團體執行，對計劃的影響與效用提供一種客觀的衡量，確認計劃是否已成功。本質上，監測是一種持續的與重複的活動，在專案的有效壽限內可與其他的活動並行。五、能源監測管理能源監測管理是一種電腦化的自動管理技術，通常包含了「監測」與「控制」兩種機制。是經由持續的監督在設施內部的不同設備之能源使用，並以適當的調整設定來控制和減少建築物或系統的能源耗用量。例如，能源管理控制系統能自動監督與調整室內空氣溫度，設定風扇速度，開啟或關閉空氣調節機的節氣閥，以及控制照明系統。讓能源使用是符合成本效益的。 2–21.

(35) 第二章文獻回顧. 能源監測管理的功能如下：（1）耗能資料的收集由於建築設施的能源負載是隨著時間而在持續的改變，藉助能源監測儀器的資料收集，可以掌握即時的設施耗能情形。（2）設備故障的警示功能由建築設施的預防維護觀點，即時察覺設備的異常狀態並進行必要的修護，對提昇設備的使用效率以及能源成本的節約是重要的。因此，若設備有不正常的監測數值（溫度、壓力、冷媒量等）出現，表示設備可能出現效率降低或故障問題。監控系統能以警報方式迅速通知管理人員即時的解決。（3）資料查詢的功能如果所有經過統計和分析的資料都已回存至資料庫，經由程式設計的查詢功能，能讓管理人員對負載變動的因應或實施必要的管制措施更為容易，而且發揮即時的功效。六、再生能源設施的能源查核步驟對於再生能源設施，若要實施能源查核，可區分為四步驟（CIPEC，2002）。（一）查核的發起 ˙決定實施查核的再生能源設施之種類。 ˙依用途來決定監測的項目。 ˙訓練查核的執行人員。 ˙查核執行的說明手冊。 ˙是否與校內相關系所合作。（二）查核的準備 ˙確定數據資料庫的範圍。 ˙走動式查核/簡易查核/進階查核。 ˙成立專職的查核小組。 ˙架設監測儀器。 ˙確認數據可正常取得。 ˙準備查核計畫。 ˙提供檢核表與工作文件。（三）查核的執行 ˙建立團隊合作的榮譽感。 ˙依計畫實施查核。 ˙定期下載監測數據。 ˙確認數據無異常情況。 ˙數據檢討與分析。 2–22.

(36) 第二章文獻回顧. ˙分析耗能分佈狀況。 ˙找出設施耗能因子的重要因素。（四）查核的報告 ˙進一步確認耗能因子的影響程度。 ˙以監測數據要求廠商進行效率改善。 ˙藉由耗能分析來確定能源效率改善的可能方向與目標 ˙建立能源效率改善的分期執行計畫 ˙執行能源效率改善計畫. 2.5 適用性驗證適用性驗證（commissioning）相關的理論與作法，「永續建築品質保證的關鍵－建築物適用性驗證」（劉安平，2004）一文已有完整的說明與整理。本節摘錄其要點，藉以說明再生能源設施的品質管理實務的可能性。一、適用性驗證的定義適用性驗證是一種以品質為導向的過程，需要某些品質保證與品質控制的程序被執行。提供已被明確記載的驗證數據做為證據，用以證明規劃、設計與施工的品質是優良的，包括系統與設備的功能是與合約文件所設定的基準一致，能滿足業主或使用人對空間使用、環境品質或能源效率的要求。二、適用性驗證的過程適用性驗證的過程是為了達成、確認與記載建築物（或設施）的績效符合設計原意。不但適用於一般的建築專案或特殊的工廠與發電設施，也適用於基地內的再生能源系統。 1. 適用性驗證過程的基本目標（1）建立一種程序來確認設施的組件與其系統的績效，並保存這些文件，強調所有圖說、測試資料必須被文件化的要求。（2）運用有記錄的數據或資料來加強在整個專案所有階段的溝通與決策。要求所有的評估都必須有書面證據做為不同意見對話、方案討論與選定，基準直設定的基礎資料。（3）確認並報告系統的績效能滿足原設計意向。重視最後審查結果與其程序的可信度，讓業主與使用人能瞭解完工系統或設備的基本效益。一般而言，適用性驗證的計畫內容包括時間配當表、責任、文件需求、溝通與報告. 2–23.

(37) 第二章文獻回顧. 的管道以及評估的程序與必備要件。評估包括設計的審查與確認、合約文件的審查與確認、以及試驗的程序與確認。必須以生命週期為觀點，強調整合的規劃、設計、施工以及維護使用，鼓勵在不同團隊之間的溝通，以及在過程中能及早解決問題的基本態度。 2. 適用性驗證的主要步驟（1）設定期望的結果，包括系統運作方式，使用者需求與標準，以及客觀評估的設備驗證成本。（2）檢視系統與設備的設計方案，確認其能正確的發揮作用，符合使用要求。（3）量度或預測同類型設施或建築設備（暖氣、冷房、照明）的能源效率基準值，或熱/環境的績效參考值。（4）依據調查結果決定是否有必要對現有設計圖進行更新與修改，以符合業主和使用人的需求。（5）確認操作人員已接受適當的訓練。（6）提供使用與維護手冊給操作與維護管理人員，讓設施能持續可靠的操作，獲得期望的效益。（7）建立系統化的文件管理制度以保存適用性驗證的成果文件與資料。三、適用性驗證管理的基本要項 1. 文件化為了確認設施的品質績效與品質控制可以達成，必須提供已被明確記載的證據。因此，合約文件的內容與資料就成為一種效率改善目標的準則或方式，能源效益改善行動的執行就是為了達成文件所提供的效率基準值，另外也可以做為在未來效率測試時的證據，以保障能源效率的表現是可滿足業主或使用人的需求。 2. 能源監測與查核適用性驗證是一種循序漸進的改善方式，必須建立一種審核的方法或行，來確認所有系統的設計基準在每一階段都已經被協調和適當的完成。藉由能源監測來取得具有可信度的系統或設施效率數據，並以量化分析來呈現系統整體的效能趨勢，可確認效益改善目標是否已達成或需要被調整。四、適用性驗證與設施生命週期. 2–24.

(38) 第二章文獻回顧. 對設施進行品質管理的目的是要讓設施有最佳化的效能。若由設施的生命週期成本觀之，建立在規劃設計階段的標準值或可行的預期目標具有決定性的影響力，但在設施生命週期其他階段的審核或驗證作業也是不可被忽視的事項，必須確認所有事項都已經協調以及被適當的完成，能符合最佳化的要求或是在可接受的範圍內。依據設施的生命週期區分，適用性驗證過程可蓋分為五階段，每個階段的意義與要點如下： 1. 計畫階段功能性的、操作的與使用的需求必須被定義。也就是發展規劃施工的時程與預算以及專案管理計劃，擬訂初步的設計說明書與基本的適用性驗證規劃。在這一階段中應達成三項適用性驗證目的，包括： •設定適用性驗證的範圍。 •確定適用性驗證的責任與文件需求。 •紀錄計畫書的資料與數據，並由其來發展設計基礎與效率基準值，做為確認最終系統績效的依據。 2. 設計階段完成所有的系統設計，包括施工圖與規範。完成適用性驗證的計劃與規範。在設計階段期間，適用性驗證應滿足下列目的： •確定設計過程與結果已被清楚的紀錄（設計目標文件）。 •提出被適用性驗證重視的確認項目（設計文件的審核）。 •確定適用性驗證在施工期間能被適當的反應在合約文件中（適用性驗證規範）。 3. 施工階段依設計圖施工，回應系統與設備的改變，修正適用性驗證計劃，如果有。在施工期間，適用性驗證應達成下述目的： •提出系統或設備績效的測試確認。 •提出所有要求的操作與維護文件已被編撰和產生。 •確定設施的操作與維護人員已被適當的訓練。 4. 驗收階段. 2–25.

(39) 第二章文獻回顧. 執行績效測試，找出需測試、調整的設備或系統，確定系統績效。系統操作與維護文件的審查與核定，實施維護人員的訓練。 5. 使用階段持續的績效測試，特別注意在正常工作時間外發生的動態改變，包括季節性的變化。在使用維護階段應注意： •後續的功能測試與校正。 •系統績效的審查 •效率調整與改善。在過程的各階段必須進行有效的驗證或檢討改善。這種過程必須一直延續到施工完成，甚是是在驗收使用後的第一年期間。圖 2.5.1 說明在設施生命週期中，實施適用性驗證進行確認的時機與項目。. 使用需求. G. 使用. A 規劃. F. 測試. B E. 設計 C. 完工驗收. D. A B C D E F G. 適用性驗證過程適用性驗證計畫設計確認變更設計確認品管確認機能確認績效確認使用者確認. 施工. 圖 2.5.1 設施生命週期與適用性驗證之關聯（周志承，2005）. 2–26.

(40) 第三章國內大學校園再生能源設施之管理作為. 第三章國內大學校園再生能源設施之管理作為本章探討國內大學對於校園再生能源相關設施的使用與維護管理作法。再生能源設施的調查項目是各大學在申請永續校園改善計畫補助或能源局再生能源輔導計畫時，經常提出的再生能源設備，包括太陽光電、風力發電、以及太陽能熱水系統。. 3.1 問卷調查內容對於再生能源相關設施之調查，分為二個階段。一、第一階段：關鍵問題彙整此階段之目的是先提出可能的問題，再對調查結果進行彙整分析，歸納出一些再生能源設施在經營管理實務上的共通性問題，發展第二階段的普查問卷內容。國內大學目前的再生能源設施，其建設主要是採用政府對再生能源應用技術推廣的補助計畫，很少是基於對環境的關懷。受限於學校客觀環境的限制，爭取推廣應用補助的學校仍屬少數。本階段的調查對象主要是已使用再生能源設施之南部地區學校，另外再選擇在其他地區有再生能源實驗與示範教學之學校，例如遠東技術學院、中華大學。訪談的對象是這些設施的學校管理單位的負責人員。再生能源設施的受訪學校如下： ˙太陽光電系統：立德管理學院、台南藝術學院、遠東技術學院 ˙風力發電系統：立德管理學院、中華大學、遠東技術學院 ˙太陽能熱水系統：成功大學、高雄第一科技大學、實踐大學（高雄校區）訪談內容的主題區分為三部分：「規劃與設置」、「管理與維護計畫」、「能源監測與查核」。重點是以管理單位對再生能源設施的經營或管理在實務上面臨的問題為主。訪談結果彙整如表 3.1.1、3.1.2 與 3.1.3。. 3–1.

(41) 第三章國內大學校園再生能源設施之管理作為. 表 3.1.1 太陽光電系統的第一階段訪談結果類別. 調查項目. 規劃與設置. 太陽光電系統. 受訪學校. 內容. 管理與維護計畫能源查核與監控. 立德管理學院台南藝術學院遠東技術學院. 系統模式. 獨立系統. 市電併聯（無電池）. 市電併聯（有電池）. 驗收文件. 完整. 不完整. 完整. 管理模式/ 管理單位. 走動式營建系. 走動式營繕組. 走動式能源中心. 維護方式. 叫修. 叫修. 定期保養. 能源監控. 有. 無. 有. 查核分析. 無. 無. 有. 表 3.1.2 風力發電系統的第一階段訪談結果類別. 風力發電系統. 調查項目. 內容. 規劃與設置. 管理與維護計畫能源查核與監控. 受訪學校立德管理學院. 中華大學. 遠東技術學院. 系統模式. 獨立系統. 市電併聯（有電池）. 市電併聯（有電池）. 驗收文件. 完整. 完整. 完整. 管理模式/ 管理單位. 走動式營建系. 走動式建都所. 走動式能源中心. 維護方式. 叫修. 叫修. 定期保養. 能源監控. 有. 有. 有. 查核分析. 無. 無. 有. 表 3.1.3 太陽能熱水系統的第一階段訪談結果受訪學校類別. 太陽能熱水系統. 調查項目. 規劃與設置. 管理與維護計畫能源查核與監控. 內容. 系統模式. 成功大學. 高雄第一科技大學. 熱媒真空管式金屬平板式有水質過濾器無水質過濾器儲熱槽輔助加熱儲熱槽輔助加熱. 實踐大學（高雄分校）熱媒真空管式有水質過濾器儲熱槽輔助加熱. 驗收文件. 不完整. 不完整. 不完整. 管理模式/ 管理單位. 走動式營繕組. 走動式營繕組. 走動式營繕組. 維護方式. 叫修. 叫修. 叫修. 能源監控. 無. 無. 無. 查核分析. 無. 無. 無. 3–2.