熱泵熱水系統
熱泵基本原理
在自然界中，水總由高處流向低處，熱量也總是從高溫傳向低溫。但人們可以用水泵把水從低處提升到高處，從而實現水的由低處向高處流動，熱泵同樣可以把熱量從低溫傳遞到高溫。所以熱泵實質上是一種熱量提升裝置，熱泵的作用是從周圍環境中吸取熱量，並把它傳遞給被加熱的對象（溫度較高的物體），其工作原理與制冷機相同，都是按照逆卡諾循環工作的，所不同的只是工作溫度範圍不一樣。
一台壓縮式熱泵裝置，主要有蒸發器（Evaporater）、壓縮機（Compressor）、冷凝器（Condenser）和膨脹閥
（Expansion Valve）四部分組成，通過讓冷媒不斷完成蒸發（吸取環境中的熱量）-> 壓縮 -> 冷凝（放出熱量）
膨脹 ->蒸發的熱力循環過程，從而將環境裡的熱量經由熱交換器轉移到水中。
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| 圖一 熱泵系統循環 | R134a冷媒壓焓圖 |
圖一為熱泵系統循環圖，它其實是冷凍循環的相反的應用，一般常用於欲移除某一空間的熱量排放至大氣。在圖中
說明了環境的熱能Qin在蒸發器中被吸收；它本身消耗一部分能量，即壓縮機耗電Wcycle；通過冷煤循環系統在冷凝器
中進行放熱Qout，Qout= Qin+Wcycle，由此可以看出，熱泵輸出的能量為壓縮機做的功Wcycle和熱泵從環境中吸收的熱量Qin，且其所吸收的熱量遠大於壓縮機的功，這就是為何熱泵制熱性能係數（COP）大於100%原因，故採用熱泵取代既有電能、燃料熱能等熱水器可以節約大量的能源。
另外從科學利用熱能的角度來說，使用電力、燃氣、燃油等高品位的能源，來加熱僅四、五十度溫升的生活用熱水
是極不合算的，這樣的加熱過程即使是達到100%的效率，表面看是沒有熱能的損失，但實際上已經伴隨著巨大的熵
增損失，是一種極大的能源浪費。從熱力學第二定律的意義上講，傳熱的溫差越大，能量的損失就越大，即熱能除
了有"熱量"方面度量以外，還有"品位"方面的度量，應該盡可能使用較低品位的熱能，這才是科學的和合理的。
現行的熱水器實質上僅僅都是能量轉換裝置，它把電能、燃料的化學能或太陽能轉換為熱能，其系統效率不可能超過
100 % ，例如燃氣熱水器，因為有高溫廢氣的排放、不完全燃燒、強制排煙及換熱效率方面的損失，實際制熱性能係
數(COP)僅在0.6~0.8之間。法國人卡諾(Nicolas Leonard Sadi Carnot，1796.6.1-1832.8.24)在一八二四年出版的《關於火的動力考察》裡面有詳細說明了「卡諾循環」，他指出熱從高溫物體移到低溫物體時才會產生動力，並認為最理想的機械應該具備：由帶著活塞的汽缸裡面的氣體所產生的等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮等四種循環
過程。
熱泵熱水系統之經濟效益分析
| 不同熱源產生熱水之熱值比較 | |||
|---|---|---|---|
| 加熱設備 | 熱值 | 性能係數COP | 平均產熱熱值 |
| 電能熱水器 | 860 kcal/kWh | 0.9 | 774 kcal/kWh |
| 液化瓦斯熱水器 | 12,000 kcal/kg | 0.75 | 9,000 kcal/kg |
| 柴油熱水器 | 8,816 kcal/L | 0.75 | 6,612 kcal/L |
| 天然氣熱水器 | 8,942 kcal/kWh | 0.75 | 6,707 kcal/kWh |
| 熱泵熱水器 | 860 kcal/kWh | 3.2 | 2,275 kcal/kWh |
| 不同熱源產生熱水之單價比較 | ||
|---|---|---|
| 加熱設備 | 平均產熱熱值 | 能源平均單價 |
| 電能熱水器 | 774 kcal/kWh | 2.89 元/kWh |
| 液化瓦斯熱水器 | 9,000 kcal/kg | 39 元/kg |
| 柴油熱水器 | 6,612 kcal/L | 31.9 元/L |
| 天然氣熱水器 | 6,707 kcal/kWh | 19 元/kWh |
| 熱泵熱水器 | 2,752 kcal/kWh | 2.89 元/kWh |
| 相同熱值產生熱水所需之成本比較 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 加熱設備 | 熱量需求 | 平均產熱熱值 | 耗能量 | 能源平均單價 | 能源費用 |
| 電能熱水器 | 50,000Kcal | 774 kcal/kWh | 64.6kWH | 2.89元 /kwh | 187元 |
| 液化瓦斯熱水器 | 50,000Kcal | 9,000 kcal/kg | 5.6kg | 39 元/kg | 218元 |
| 柴油熱水器 | 50,000Kcal | 6,612 kcal/L | 7.6L | 31.9 元/L | 242元 |
| 天然氣熱水器 | 50,000Kcal | 6,707 kcal/kWh | 7.5kWh | 19 元/kWh | 143元 |
| 熱泵熱水器 | 50,000Kcal | 2,752 kcal/kWh | 18kWh | 2.89 元/kWh | 52元 |
