<冷氣篇>水氣冷式冷氣機高EER值的迷思

 

水氣冷式冷氣機高EER值的迷思
方煒 / 台大生物產業機電工程系暨研究所教授 
蕭瑋烔 / 台大生物產業機電工程研究所碩士,專任研究助理
                                 

在經濟成長的帶動下,台灣的電力需求量不斷提昇,但由於環保意識提高,電源開發遲緩,電力供應無法與經濟發展同步成長。另外由於國內產業型態改變與冷氣用電成長,以致尖離峰負載差距拉大。為滿足尖峰用電的高成長而倡議興建核電廠為過去政府的政策,標榜綠色執政的新政府雖不贊同,但仍然不得不執行。事實上,開源不是唯一的路,節流也應受到同等的重視。
 
由民國78年至87年,冷氣負載平均每年增加28.8萬千瓦。基於夏季能源供應日趨吃緊,而冷凍空調用電又佔夏季總用電量35%以上等因素之考量。經濟部除了透過國家標準要求廠商生產高EER值的節能機組外,亦有推動對於生產或購買高EER值的大型冷凍空調機組者給予適度的獎勵或補助,這是非常正確的方向。EER為能源轉換效率(energy efficiency ratio)的簡稱,一般作為判斷冷凍空調機組耗電程度的依據,EER值愈高的機組愈省電。目前,針對窗型氣冷式空調機組(家用冷氣機)而言,依冷氣能力大小,EER值的國家標準為2.07至2.27 千卡/瓦小時 (2070至2270千卡/度電);7.5 冷凍噸以下的水冷式空調機組EER值的國家標準則為2.88 千卡/瓦小時。民國九十一年的氣冷式與水冷式空調機組的國家標準將分別提昇至2.44與3.17 千卡/瓦小時。
 
日前在台北巿世貿二館舉辦第十三屆冷凍空調給水設備展,筆者相偕前往參加。一進入會場,即見五個偌大的字-"奇蹟冷氣機",旁邊較小的字寫著"EER值高達6.…"。這是多麼不可思議的數字啊!
 
目前水冷式空調機組之EER值沒有超過4以上,氣冷式空調機組的EER值甚至皆低於2.67。這個由甲公司所發表EER值高達6.532的水氣冷式"奇蹟冷氣機",的確使許多人產生了好奇與興趣,但對於我們而言,心中卻有數個抹不去的疑惑,這或許是來自背景知識而蘊發的直覺吧。經由該公司現場人員的說明,我們參觀了機組的實體,了解其運作的方式及工研院對該機組之測試數據。但我們心中的疑惑,卻在詢答之中,逐漸轉化成為該類型機組的缺失。為了証實我們的觀點,亦轉往乙公司的會場,該公司亦號稱EER高達3.8,雖經過該公司工作人員的說明,同樣的問題,亦無法獲得應有的答案。會場中另有丙公司的攤位亦展出獲得發明展獎牌的機型,同樣是高EER值機組,同樣是利用水為其散熱流體。筆者心中有了另一個疑惑:相同原理的類似設計,應該只有一家可以申請專利,可是目前至少有三家推出水氣冷式空調機組。希望日後的任何糾紛均不致影響消費者。
 
甲公司的廣告資料提及EER值6.532,與其他同級冷氣機平均2.08的EER值相較,約可以節省電力68.16%,亦宣稱由於熱排(冷凝器)出風口溫度低,所以可減緩溫室效應。乙公司的廣告資料提及EER超越國家標準67% (EER=3.8),比傳統冷氣省電40%。兩公司均宣稱全台灣如使用該公司產品可省下若干發電量,節省電費若干億元,減少幾座核四廠,提昇電力備用率若干百分比,減少二氧化碳排放多少公噸等。
 
拿水氣冷式空調機組與氣冷式空調機組來比較是不妥的。其與水冷式空調機組也不同,主要的差異在於散熱方式的不同。水氣冷式機組對熱排(即冷凝器)做間歇噴/洒水的動作,主要利用水的蒸發帶走潛熱,風扇的目的變得是把高溼空氣帶走為主。水冷式與氣冷式空調機組則分別透過水溫與氣溫變化(顯熱)散熱。一克的水變成同樣溫度的水蒸氣可以吸收539卡的熱量,一克的水升高一度C則只能吸收1卡的熱量,水氣冷式的散熱效果與EER值均優於水冷式是可以預期的。而水冷式空調機組的散熱效果與EER值也都優於氣冷式空調機組,那為何樣樣均居劣勢的氣冷式空調機組仍然佔有廣大的冷氣市場呢?原因很簡單,水冷式空調機組有其先天上的缺陷,水氣冷式空調機組亦然,兩者都處於「無水不能」的窘境。以下說明水氣冷式空調機組的現況。
 

一、只適用於冷氣機
與水冷式冷氣機組有相同的限制,兩者均只能用做冷氣機使用,不像氣冷式系統,可作為冷/暖氣機使用。
二、水壓不足或停水時無法正常運轉
台灣由於水源取得不易,部分地區常有限水措施;高樓住宅亦可能因水壓不足或因清洗水塔而停水;此些情況一旦發生,將造成水氣冷式空調機組散熱狀態惡化,高壓側壓力提高,壓縮機負荷增大,耗電更多。此時的EER值比一般的氣冷式機組更低。水氣冷式機組在有水時表現良好,在缺水時若是表現的只比一般氣冷式機組稍差,應當可接受,但若在缺水時完全無法使用或將導致機組跳機或因為高壓側壓力大增而可能發生潛在的危險時就完全不可接受了。
三、維修次數與成本增加
由於供應水源多接自於自來水,雖然水的硬度和其中懸浮物質含量極低,但在散熱過程中,仍有可能在熱排中的散熱鰭片上析出或堆積;再加上台灣的空氣品質不佳,懸浮微粒量高,經由散熱風扇的吹拂下,許多微粒將受到鰭片上水分子的吸附而堆積在鰭片上,散熱效果隨著所堆積的雜質增多而變差。每年維修一次是使用水冷式機組的經驗,水氣冷式機組在使用維修的成本與頻度多半會提高。
四、減緩溫室效應的說法不通
一般氣冷式機組的熱排排風溫度多在40度C以上,甲公司展示的水冷式機組熱排排風溫度為27度C,所以業者號稱可減緩溫室效應,符合環保要求。熟知蒸發冷卻原理者都可以知道這純粹是噱頭,因為後者雖然排風溫度較低,但溼度較高,排風中的熱焓量是差不多的。在一大氣壓下,36度C,相對濕度50%的空氣就與27度C,相對濕度100%的空氣具有相同的熱焓量。排入大氣中的能量相差不多,豈能簡單認為溫度低者就能減緩溫室效應呢?
五、水氣冷式空調機組較適合在大陸型氣候地區
台灣是個亞熱帶的海島國家,全年氣候的相對濕度低於50%的時候並不多。夏季溼熱多雨,水分蒸發不易,人體容易感覺悶熱不適。水氣冷式機組在乾燥、高溫的大陸型氣候且水源供應不虞匱乏的地區,有其極佳的性能及競爭力。相較於此,其在台灣的表現就不會比在大陸型氣候地區要好。
 

無論如何,工研院測試報告是個不爭的事實,冷氣系統的發明已有百年的歷史,利用水分蒸發進行降溫的商業化產品也存在40餘年,水氣冷式冷氣結合兩者之優點發展出達到EER值6.532的系統,雖然筆者認為測試標準有待商榷,但這已是了不起的發明。只是其中的高EER值隱藏的迷思,有必要予以澄清,以免誤導大眾。
 
我國於民國81年公佈的EER值測定標準只有分為水冷式機組及氣冷式機組二種,並沒有水氣冷式機組的測定標準。水氣冷式機組EER值的測定係採用氣冷式機組的方式進行。工研院氣冷式機組之EER值試驗環境為:外氣環境(熱排所在)攝氏35度,相對濕度50%、內氣環境(冷排所在)攝氏27度、相對濕度50%。如此乾燥的測定環境,對氣冷式機組而言,算是嚴格;但相同的測試條件,卻成就了水氣冷式機組的奇蹟!這樣高EER值的迷思,確是一般民眾所無法了解的!由於我國的國家測定標準最早是由美國國家標準修訂而來(日本亦然),美國國家標準考量國家幅員廣大,因此,不同地區亦有所差異。
 
台灣地區的平均溼度狀況依據筆者1994年由中央氣象局1981 至 1991年累計11年的逐時氣象資料的分析得知:台北、宜蘭、花蓮、台中、嘉義、台南、高雄、台東等地的相對溼度高過50%的機率分別是96.92, 99.88, 99.3, 96.42, 98.76, 98.78, 99.17與98.85%。簡言之,相對溼度50%幾乎就是台灣平地地區每小時平均相對溼度的下限,您還認為50%的測試條件適當嗎?筆者非常好奇的想知道,若改為在70%,80%或更高的溼度狀態下測試,6.532的EER值將變為如何。筆者建議我國之國家EER測定標準應加列水氣冷式空調機組的測定,並參考中央氣象局至少最近十年的夏季之逐時氣象資料,作為標準訂定之依據。
 
水氣冷式空調機組以50%相對溼度為測試標準的現行方法就算未修改,廠商針對工研院量測出來的EER值做無限上鋼的引申,提出全台灣改用此冷氣可節省電費若干,減少二氧化碳排放多少,可省下幾個核四廠等的說法也是有待商榷的。該說法完全不考慮台灣氣候實況,容易誤導包括決策者的大眾。
 
廠商依據現行量測標準而有誤用甚至誤導大眾時,工研院應有導正錯誤的責任。業者於推銷該類型機組時,有其義務告知該類型機組之操作環境與需求,正確之使用方法、使用年限、維護需求等。另外,亦應提供在水壓不足或停水時,該機組能否正常運轉的資料,以維消費者之權益。

                                           



資料來源:轉載自台大研究所

 

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