【正文】 水系統(tǒng)【12】(2)強(qiáng)制循環(huán)式 (forcecirculation) (圖447)這種熱水系統(tǒng)利用水泵使水在收集器與儲(chǔ)水箱之間循環(huán)，當(dāng)收集器頂端水溫高於儲(chǔ)水箱底部水溫若干度時(shí)，控制裝置啟動(dòng)水泵使水流動(dòng)，水泵入口處裝設(shè)止回閥(check valve)以防止夜間水由收集器逆流，引起熱損失；這種型式之熱水系統(tǒng)之流量已知(由水泵之流量可知)，容易預(yù)測(cè)性能，及若干時(shí)間內(nèi)之加熱水量，同時(shí)在同樣設(shè)計(jì)條件下，較自然循環(huán)式可得較高溫度之水；但是，因?yàn)楸仨毨盟?，而有水泵電力、維護(hù)(如漏水等)以及控制裝置啟停時(shí)容易損壞水泵等問(wèn)題存在，因此，除大型熱水系統(tǒng)或需要較高水溫時(shí)需利用強(qiáng)制循環(huán)型外，大多採(cǎi)用自然循環(huán)型熱水系統(tǒng)。圖447強(qiáng)制循環(huán)式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)示意圖【12】(補(bǔ)助熱源置於至負(fù)載之管路上)(3)儲(chǔ)置式 (batch或integrated) (圖448)這種太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)構(gòu)想都是最簡(jiǎn)單的，其特點(diǎn)在吸熱裝置與儲(chǔ)熱裝置是合為一體的。由於毋需儲(chǔ)熱桶的費(fèi)用，又無(wú)需設(shè)計(jì)傳熱管、鰭片的考慮，故製造成本會(huì)低得多。圖448儲(chǔ)置式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)【6】在日本，太陽(yáng)能熱水器的普及率是11 ％，而以色列更達(dá)到80 ％，相對(duì)於國(guó)內(nèi)的3 ％左右的使用率，實(shí)是相差甚遠(yuǎn)。因此，此產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)仍深具潛力，值得多加開(kāi)發(fā)。Q05：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)為何？A：：(1)用水量與水溫家用洗澡用水男生：每人50 ℃水50公升女生：每人50 ℃水80公升宿舍用水：每人50 ℃水80公升(2)容水量與太陽(yáng)能集熱面積之比值儲(chǔ)水桶容水量與太陽(yáng)能集熱面積之比值為 V/A=儲(chǔ)水桶容水量/太陽(yáng)能集熱面積 (公升/平方公尺)自然循環(huán)式V/A=50～80強(qiáng)制循環(huán)式V/A=70～100 由於安裝地點(diǎn)及使用集熱器效率的不同，上述V/A值將有所變化。(1)日照條件圖449所示為臺(tái)灣地區(qū)全天日射量分佈圖，由圖中可以看出臺(tái)灣地區(qū)的太陽(yáng)能日射量介於260~430 Langley/day，~。(單位: Langley /day)圖449 臺(tái)灣地區(qū)全天日射量分佈圖【15】(2)安裝要點(diǎn)：在臺(tái)灣，安裝時(shí)集熱器必須面向正南方。：強(qiáng)制式：全年使用 q =緯度 著重冬天使用 q =緯度+5 ~ 10度 自然循環(huán)式:q = 25 ~ 30度：不要被屋頂女兒牆、附近建築物及前排集熱器給遮蔭。，以避免氣堵。，若是從儲(chǔ)水桶頂端沖下來(lái)，必須用導(dǎo)管引到桶底。，往浴室的管路，必須要有保溫層及外覆材。外覆材，可以利用鋁皮、亞鉛皮或塑膠布。，每片集熱器之冷水管和熱水管長(zhǎng)度總和，必須相等，且熱水管愈短愈好。，排氣閥必須裝在每排集熱器最後一個(gè)熱水出口處和全系統(tǒng)最高處。，必須做好防水、防風(fēng)砂之措施，以免雨水、水氣、風(fēng)砂吃進(jìn)吸收板縮短壽命。安裝後，必須注意有無(wú)漏水。:(a)輔助加熱器若為電熱水器，或水槽電加熱器，則必須要有漏電斷路器和溫控器等裝置以免漏電或電熱器燒壞。(b)輔助加熱器若為鍋爐，則要注意太陽(yáng)能儲(chǔ)水槽到鍋爐的流量及太陽(yáng)能儲(chǔ)水槽補(bǔ)充水流量，必須各別足夠供應(yīng)鍋爐的用水流量，以免鍋爐發(fā)生爆炸。(c)施工時(shí)，必須告訴安裝的廠商，安裝地點(diǎn)的水壓情形，如果水壓不夠，要有補(bǔ)救措施。(d)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)宜遠(yuǎn)離冷水塔，以防冷卻水塔水噴到或被風(fēng)吹到集熱器，會(huì)造成玻璃鈣化不透明，集熱器框腐蝕，縮短使用年限。(3)水質(zhì)處理家用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)設(shè)置使用之前，對(duì)水質(zhì)成分進(jìn)行了解，對(duì)於地下水用戶或水質(zhì)差的地區(qū)；應(yīng)適當(dāng)選擇元件或適當(dāng)型式之太陽(yáng)能熱水器，即降低不良水質(zhì)造成之影響。(4)集熱器性能集熱器之性能曲線根據(jù)ASHREA 9377之標(biāo)準(zhǔn)，一片集熱器之性能曲線方程式為h=(FRta)(FRUL)(TiTa)/l式中FRta : 集熱器之吸收係數(shù)愈大，效率愈高FRUL： : 集熱器之散熱係數(shù)愈小，散熱愈小，相對(duì)地效 率愈高。Ti ：集熱器之進(jìn)口水溫，一般而言以當(dāng)?shù)氐乃疁貫檫M(jìn) 口水溫，一年平均比大氣溫度略高1~ 2 Ta ：大氣溫度l ：瞬間日射量若以h為縱座標(biāo)，以(TiTa)/ 為橫座標(biāo)，則可得集熱器之性能曲線，如下圖4410 集熱效率性能效率曲線圖4410熱傳效率性能效率曲線圖(5)強(qiáng)制系統(tǒng)溫差設(shè)定可分成溫差控制，補(bǔ)充冷水控制及補(bǔ)助電熱器控制。(a)溫差控制器：有二感溫器，一為高溫側(cè)，置於一排最後一片集熱器之上端吸熱板上或熱水出口處。另一為低溫側(cè)，至於除水桶下端內(nèi)或水桶底端之外側(cè)上，當(dāng)集熱器高溫側(cè)之溫度比低溫側(cè)之溫度高出設(shè)定溫度時(shí)(5~10 ℃)即啟動(dòng)泵浦。當(dāng)溫差低於設(shè)定溫度(通常為1 ℃)時(shí)，即停止泵浦之裝置。(b)補(bǔ)充冷水控制：分密閉式與開(kāi)放式。密閉式：藉補(bǔ)充冷水塔之壓力逼壓熱水出去。此等系統(tǒng)儲(chǔ)水槽之壁厚較厚，冷水塔不太高。開(kāi)放式：藉著雙浮球、三極水位計(jì)來(lái)控制進(jìn)水及停止進(jìn)水。亦有單浮球，隨水位高低而進(jìn)不同流量之水。(c) 補(bǔ)助電熱器強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)，都用於大型系統(tǒng)，儲(chǔ)水槽較大。當(dāng)水溫不夠時(shí)，一般是銜接至鍋爐(燃油鍋爐或瓦斯鍋爐)。Q06：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)如何保養(yǎng)維修？A：：應(yīng)定期至屋頂檢查系統(tǒng)外觀情形，如有漏水、玻璃面蓋破裂或面蓋發(fā)燙(表示有阻塞)，應(yīng)立即通知廠商檢修。定期(至少每月一次)清洗集熱器面蓋落塵，排放集熱器(金屬型)和儲(chǔ)熱桶底堆積雜質(zhì)與水垢。Q07：太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)操作使用注意事項(xiàng)如何？A：，表示儲(chǔ)熱桶溫度已經(jīng)到達(dá)很高或管路阻塞，應(yīng)檢查儲(chǔ)熱桶水溫是已否達(dá)60℃~70℃，如未達(dá)此溫度，應(yīng)檢修管路。，如能源使用量不合理的增加，需檢查輔助加熱器動(dòng)作時(shí)間及設(shè)定溫度；大型系統(tǒng)檢查泵浦及控制開(kāi)關(guān)是否正常運(yùn)作。Q08：太陽(yáng)能實(shí)際應(yīng)用情形如何？A：各級(jí)學(xué)校太陽(yáng)能實(shí)際應(yīng)用主要為供應(yīng)教職員及學(xué)生宿舍熱水，已有各各級(jí)學(xué)校已先後裝設(shè)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。Q09：熱泵熱水系統(tǒng)原理及性能如何？A：熱泵這個(gè)名詞，對(duì)於一般民眾而言，較為生疏，其實(shí)它就是我們經(jīng)常使用的冷氣機(jī)，主要的差別，冷氣機(jī)的需求端是冷能，而熱泵的需求端是熱能。冷氣機(jī)可以說(shuō)是一部移熱裝置,把熱能從一個(gè)地方(冷氣房)移到另一個(gè)地方(大氣),當(dāng)然這個(gè)移動(dòng)熱能的作用,一通電後,會(huì)將水從一個(gè)地方(一樓自來(lái)水池)送到另一個(gè)地方(樓頂水塔),所以冷氣機(jī)的學(xué)名又稱為熱泵,.移動(dòng)的熱能可以是以熱氣來(lái)傳遞,也可以是以熱水來(lái)傳遞.。冷氣機(jī)主要是由壓縮機(jī)及一些熱交換器組成,使空氣降溫,由自然界的能量不滅原理,這些熱氣的能量(Q3),會(huì)等於輸入冷氣機(jī)的電能(Q2)加上從冷氣房所吸取的熱量(Q1),即Q3=Q1+(Q3)會(huì)高於輸入電力(Q2)的好幾倍(約二到四倍).。,在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)為氣體,吸收大量的熱,將通過(guò)蒸發(fā)器之空氣降溫,。經(jīng)由冷凝器之作用,會(huì)將室溫冷水（21176。 C）加熱到 60176。 C熱水（QH）,此熱水之能量係由原來(lái)蒸發(fā)器取自空氣中之熱量（QL）以及壓縮機(jī)（We）,因?yàn)榻?jīng)過(guò)蒸發(fā)器之空氣能量被取走,。圖4411熱泵系統(tǒng)示意圖【7】熱泵的能源使用效率以熱泵成績(jī)係數(shù)(.)表示，其定義為熱泵成績(jī)係數(shù)(.)= 熱氣能量(QH)/ 電能(We)熱泵的分類，以其使用介質(zhì)的不同，可分為水對(duì)水、水對(duì)空氣、空氣對(duì)空氣、空氣對(duì)水等四種類型。Q10：熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法如何？A：：熱泵熱水器受限於壓縮機(jī)吐出口溫度的限制，因此其所能供應(yīng)的熱水溫度並無(wú)法加熱到太高的溫度，除非採(cǎi)用特殊的壓縮機(jī)，一般熱泵所能供應(yīng)的溫度上限約為70～80 ℃。如需求溫度較高時(shí)，可利用熱泵做為預(yù)熱，再以其他輔助加熱器加熱到所需的溫度。：熱泵能源效率值以下式表示：熱泵成績(jī)係數(shù)(.)=熱氣能量(QH)TH電能(We)THTLTH表示冷凝器溫度(對(duì)應(yīng)於熱源需求溫度)TL表示蒸發(fā)器溫度(對(duì)應(yīng)於外界環(huán)境溫度)當(dāng)熱源需求溫度愈高時(shí)，能源使用效率愈低；外界環(huán)境溫度愈低時(shí)，能源使用效率降低。因此，有效的將蒸發(fā)器所產(chǎn)生的冷能帶走，將可促進(jìn)系統(tǒng)能源使用效率的提升。熱泵一端提供熱能，一端提供冷能，如能結(jié)合此種特性配合適當(dāng)?shù)膽?yīng)用場(chǎng)所，其能源效益，將可發(fā)揮到最高。例如：有一個(gè)房間需要冷氣的供應(yīng)，而有一個(gè)房間需要暖氣的供應(yīng)，將熱泵的熱源供應(yīng)端置於暖氣房，吸熱端置於冷氣房，則可達(dá)雙重效益。Q11：熱泵系統(tǒng)保養(yǎng)維修如何？A：熱泵其組成元件為壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器及膨脹閥，即為冷氣機(jī)，其保養(yǎng)維修與冷氣機(jī)相似，主要的項(xiàng)目為蒸發(fā)器、冷凝器的清洗及冷媒的填充。Q12：熱泵熱水操作使用注意事項(xiàng)如何？A：(吸熱端)：熱泵熱水器於使用時(shí)必須注意蒸發(fā)器側(cè)必須保持空氣或水的流通，如空氣或水未流通，將造成能源使用效率降低，更甚者，將會(huì)造成蒸發(fā)器結(jié)冰現(xiàn)象。(供熱端)：有效的增進(jìn)供熱端的空氣或者水的流動(dòng)，將可加速能量的取得，輔助加熱裝置如設(shè)於供熱端的儲(chǔ)水槽內(nèi)時(shí)，其設(shè)定溫度不宜過(guò)高，否則熱泵冷凝器溫度過(guò)高，除降低能源效率外，更甚者高壓保護(hù)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，熱泵將會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。Q13：熱泵實(shí)際應(yīng)用情形如何？A：各級(jí)學(xué)校熱泵實(shí)際應(yīng)用主要為供應(yīng)教職員及學(xué)生宿舍熱水、室內(nèi)游泳池?zé)崴翱照{(diào)。Q01：空調(diào)系統(tǒng)為何？A：空調(diào)系統(tǒng)依其構(gòu)造可分為中央空調(diào)、獨(dú)立式空調(diào)與儲(chǔ)冰式空調(diào)等，隨著其系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)概略可分冷媒循環(huán)系統(tǒng)、冰水循環(huán)系統(tǒng)與冷凝水循環(huán)系統(tǒng)。冷媒系統(tǒng)可分為壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器與節(jié)流閥等四大元件，其主要原理如圖451冷媒在蒸發(fā)器中吸收熱量汽化為低壓過(guò)熱蒸汽(BC’)經(jīng)由壓縮機(jī)壓縮為高溫高壓蒸汽(C’D’)，壓縮機(jī)吐出後的冷媒被送至冷凝器冷凝降溫為常溫液態(tài)冷媒(D’A)並經(jīng)由節(jié)流閥降壓(AB)後送至蒸發(fā)器吸熱即完成一個(gè)冷凍循環(huán)。圖451冷媒循環(huán)圖【8】(1)壓縮機(jī)壓縮機(jī)依壓縮型式可分為往復(fù)式、渦捲式與離心式等，其中往復(fù)式和螺旋式屬於正排量式(reciprocating displacement)壓縮機(jī)，冷媒蒸汽藉由壓縮的機(jī)械元件達(dá)成壓縮目的。在往復(fù)式壓縮機(jī)中壓縮的機(jī)械元件是指活塞(piston)；而在迴轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中，壓縮的機(jī)械元件可能為轉(zhuǎn)子(roller)、螺紋與渦卷(scroll)所構(gòu)成。而離心式壓縮機(jī)藉由高速旋轉(zhuǎn)的葉輪(impeller)提供離心力進(jìn)而造成壓縮效果。三種不同型式的壓縮機(jī)在其應(yīng)用的領(lǐng)域上各有其優(yōu)點(diǎn)，依系統(tǒng)大小和特性及冷媒的種類來(lái)選擇不同的壓縮機(jī)。(2)蒸發(fā)器蒸發(fā)器是一種熱交換器，冷媒液體在其上蒸發(fā)，而把熱從冷房或冰水中移走，蒸發(fā)器有三種主要的構(gòu)造(a)裸管式(b)平板式(c)鰭片式。裸管式及平板式有時(shí)被歸類為原始表面蒸發(fā)器，因其表面均與冷媒接觸，在鰭片式蒸發(fā)器中，冷媒管是原始表面且鰭片不與冷媒接觸，為二次熱交換面，將空氣或水中的熱量傳至冷媒中。(3)冷凝器冷凝器與蒸發(fā)器一般，係一熱傳表面，熱由熱冷媒蒸汽經(jīng)由經(jīng)由冷凝器壁面?zhèn)髦了蚩諝獾葻醾髅浇?，冷媒蒸汽先冷卻至飽和狀態(tài)後凝結(jié)成液態(tài)。冷凝器一般分為三種(a)氣冷式(aircooled)(b)水冷式(watercooled)(c)蒸發(fā)式(evaporative)。氣冷式冷凝器以空氣當(dāng)作冷凝媒介，而水冷式冷凝器以冷卻水當(dāng)作冷凝媒介。無(wú)論水冷式或氣冷式冷凝器，熱皆由凝結(jié)之冷媒傳出，使作為冷凝媒介的水或空氣溫度上升。蒸發(fā)式冷凝器同時(shí)使用空氣與水，雖然空氣流經(jīng)冷凝器時(shí)，其溫度略增，但冷凝氣內(nèi)之冷媒之凝結(jié)主要的原因乃是由噴灑在冷凝器上之水蒸發(fā)吸熱所致。空氣的作用為帶走由蒸發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生之水汽，提高蒸發(fā)率。(4)節(jié)流器節(jié)流器又稱冷媒流量控制器可分為(a)手動(dòng)膨脹閥(b)自動(dòng)膨脹閥(c)感溫式膨脹閥(d)毛細(xì)管(e)低壓浮球閥(f)高壓浮求閥等六種基本型態(tài)。無(wú)論是哪種冷媒流量控制設(shè)備，其功能為(a)調(diào)整冷媒進(jìn)入蒸發(fā)器之流量，使進(jìn)入蒸發(fā)器的冷媒流體流量等於冷媒液體在蒸發(fā)器蒸發(fā)的量。(b)維持系統(tǒng)高低壓側(cè)壓差，即達(dá)到冷媒液體在蒸發(fā)器蒸發(fā)所需要低壓壓力，以及冷媒在冷凝器所需要的高壓壓力。　利用泵浦驅(qū)動(dòng)冰水管路中之工作流體，使工作流體流經(jīng)冰水機(jī)降溫後，再將其輸送至各個(gè)空調(diào)箱或者風(fēng)盤管提供冷能完成熱交換，系統(tǒng)包含泵浦、管路以及各類管件，各種控制閥、平衡閥等。在大型空調(diào)系統(tǒng)，常使用一次側(cè)/二次側(cè)冰水循環(huán)系統(tǒng)，如圖452所示，它是由一次側(cè)泵浦及二次側(cè)泵浦結(jié)合而成，一次側(cè)泵浦主要提供冰水主機(jī)側(cè)之循環(huán)水量，二次側(cè)泵浦則提供終端裝置側(cè)(空調(diào)箱)之循環(huán)水量，一次側(cè)與二次側(cè)間以共通管聯(lián)結(jié)，其雖聯(lián)結(jié)但一次側(cè)及二次側(cè)循環(huán)系統(tǒng)是完全獨(dú)立的，共通管設(shè)計(jì)配置優(yōu)劣，會(huì)影響一次側(cè)及二次側(cè)循環(huán)系統(tǒng)是否能完全獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)互不干擾，所以需非常注意，其要訣就是共通管越短越好，越大越佳，將共通管壓損降至最低，共通管上面不得有任何閥或逆止閥，如此我們可將共通管視為零壓降，那一次側(cè)及二次側(cè)循環(huán)系統(tǒng)就可視為完全獨(dú)立。一次側(cè)/二次側(cè)冰水循環(huán)系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：(1)依負(fù)載需求，調(diào)整並提供二次側(cè)不同水溫之水。(2)因一次側(cè)及二次側(cè)循環(huán)系統(tǒng)完全獨(dú)立，在大型系統(tǒng)之操作、控制及分析上，較為容易，系統(tǒng)完全獨(dú)立，也可以避免一次側(cè)及二次側(cè)泵浦串並聯(lián)發(fā)生。一次側(cè)及二次側(cè)冰水循環(huán)系統(tǒng)，可設(shè)計(jì)為完全不同的水流特性，例如二次側(cè)冰水循環(huán)系統(tǒng)可設(shè)計(jì)成比例二通閥控制之變流量，以節(jié)省能源且較易控制，一次側(cè)設(shè)計(jì)成定流量系統(tǒng)，以防止冰水器結(jié)冰。452 一次側(cè)/二次側(cè)冰水循環(huán)系統(tǒng)【9】冷卻水循環(huán)主要利用泵浦驅(qū)動(dòng)冷卻水至冰水機(jī)帶走冷凝器的熱量，並藉由冷卻水將熱量帶至冷卻水塔，應(yīng)用空氣帶走水塔中冷凝水的熱量達(dá)到散熱的效果。Q02：空調(diào)系統(tǒng)負(fù)載分析方法為何？A：臺(tái)灣地屬於海島型亞熱帶氣候區(qū)，氣候熱且濕，學(xué)校為求得環(huán)境之舒適性，空調(diào)用電日益增加。圖453為臺(tái)灣北、中、南各地區(qū)之每月平均氣溫。圖453 臺(tái)灣地區(qū)91年每月氣溫分佈【10】分佈圖，圖中可見(jiàn)夏季8月北部平均氣溫較南部高，但在冬季時(shí)南部氣溫皆比北部地區(qū)高。太陽(yáng)日照亦會(huì)影響空調(diào)耗能，直接射入室內(nèi)之輻射會(huì)造成空調(diào)負(fù)荷，陽(yáng)光照到