2006/09/05
經濟部能源局
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█撰文：翁鳳英 █圖檔來源：BINE Information Service
歐洲繼2003年之後，今年又一次歷經氣溫高達38℃的酷暑。除了德國南部大城Freiburg的居民因太陽能發電一邊流汗，一邊開心數鈔票外，其餘的歐洲人均大呼受不了。所有的風扇被搶購一空，原本在歐洲普遍不被人考慮安裝的冷氣系統，開始變成大家的思考方向。
任何類型的冷氣設備，都是耗費能源增加建築物維修成本的來源。現代建築物的建構目標都希望減少冷氣設備的設置，然而在某些空間裡，例如會議中心、劇院或電影院、百貨公司和高樓大廈等，仍需要適當地控制溫度和濕度，因而仍需要用到冷氣設備。一直到現在，建築物中的冷氣系統都必須要用到壓縮冷卻裝置。雖然，現在這種會造成臭氧耗盡的冷卻劑已被不含FCHC物質所取代；即便如此，仍不能完全達到環境保護的目標，原因在於驅動壓縮冷卻裝置必須使用大量能源。
因此，為了達到應用綠色能源保護地球的目標，而有了將太陽能應用在冷氣除濕裝置的想法。其實另外也有以瓦斯為能源來源的設計，這類市場已在美國和日本有了初步規模。由於夏日裡瓦斯需求量較低，因而用瓦斯供應冷卻系統能源，可以減低在高峰期的電力需求。
今（2006）年Freiburg國際太陽能科技展中的產業論壇，重要討論課題即包括太陽能冷氣系統的發展。由德國斯圖加特應用科學大學（University of Applied Science Stuggart）的教授Dr.Ursula Eicker在會中進一步發表該類系統於運作、維修、能源、成本考量等方面的概觀，她認為低溫熱能（＜90℃），如燃燒廢棄物所產生的熱能或太陽能，已被實際運用來驅動冷卻裝置。從商業層面來看，增加這類能源的來源意味改善現有的低溫冷卻程序，並發展出更好的系統。
技術概觀：吸收冷卻技術
吸收冷卻技術，又稱為除濕蒸發冷卻技術（Desiccative and Evaporative Cooling, DEC），它的原理是利用水蒸發的冷卻效應來調控溫度，也就是透過調控空氣中的濕度來達到控溫的目地。實際操作的模式為：外來空氣進入轉動除濕輪軸，該輪軸含氯化鋰吸收劑、微粒子過濾網或矽膠凝體，會吸收空氣中的濕度，而升高空氣中的溫度，也就是達到除濕的效果。
外來空氣進入濕化的程序，達到飽和點，並由增濕器調節空氣溫度，直到令人感覺涼爽。在這程序進行的同時，蒸發的冷卻效應會進一步降溫，而將冷空氣藉由輸送管道輸送至建築物內。再來，除濕輪軸將濕氣吸收劑送進排氣道，以利空氣在排放至外面之前，先進行除濕的程序。
在天花板設有冷水管道必須降溫至16～18℃的情形下，更具有能源效益的作法為結合壓縮冷卻裝置與該技術一起使用。冷卻裝置所釋放出的熱能可用來再生吸收劑，而冷卻裝置本身也能較具效率地運作，因為不需要在6～8℃的環境中進行除濕。研究報告顯示，在低溫環境中運作的冷卻系統尤其適合太陽能使用。DEC技術主要的優勢在於，低溫（＜45℃）可再生吸收劑，如此一來有利太陽能使用簡單的系統組件如平板式集熱器等。
德國經濟暨勞工部（BMWA）已支持數項計畫，推動以太陽能應用在冷氣系統上。由德國佛朗霍夫太陽能系統研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy System）主導的研究計畫，已針對配合太陽能平板式集熱器使用的DEC系統，發表研究成果。以下說明歐陸數個太陽能冷氣實驗計畫，以供參採。
雷沙（Riesa）：會議室內的冷氣系統
位於德國薩森尼州（Saxony）的雷沙，是執行吸收冷卻技術先鋒計畫的所在地。該計畫由德國佛朗霍夫太陽能系統研究所策劃。執行內容為，在330平方公尺大小的會議室中，安裝DEC系統，該系統不但可以在夏日做為冷氣系統，在冬天需要暖氣時，也可以供應將太陽能轉為暖氣使用。
大約為20平方公尺大小的平板式集熱器系統，配以1個2立方公尺大小的緩衝儲存設備一起運作。最大冷卻輸出量為18kW。整個系統在運作剛開始時，研究人員專注於改善調節機制，使太陽能在冷卻和供熱上能達到最佳化。
初期的實驗成果顯示，DEC系統可在50～70℃之間運作，而太陽能使用的最佳化則有賴於調節機制。由初步的測量值與模擬情形看來，該系統可以有效運作，足以供應夏季期間的75％冷氣需求。
德勒斯登（Dresden）：太陽能DEC冷氣系統
德勒斯登的空調與冷卻系統研究所（Air Conditioning and Refrigeration Institute）也在1996年起，於一會議室中實驗以DEC設備供應冷氣。對照位於雷沙的設備，該系統採用串聯式的DEC，也就是在供氣孔與抽氣孔之間安裝一整合式的熱氣幫浦機，這樣一來可以不用增加空氣中濕度，又可免除夏天需要除濕的麻煩。該研究顯示，DEC設備比傳統冷氣設備更能節省能源。
西班牙班寧多蒙（Benidorm）：太陽能吸收冷卻系統
因陽光而顯得熱情奔放的南方國度西班牙，也在早期1992年即以著手執行利用太陽能，達到室內冷卻的目地，在班寧多蒙的旅館內即有此類的實驗設備。
該太陽能冷氣設備包括386座真空管式集熱器與3部緩衝儲存設備（每個設備達12立方公尺），10年來持續供應該旅館內冷氣、暖氣與熱水所需的能源。夏天該設備的運作溫度為96℃，主要設備為125kW的吸收冷卻裝置。該旅館的通風系統配有一可同時交換水和空氣的熱交換器並連至該系統，而冷氣即經由通風系統來輸送。
該太陽能設備的能源輸出量大約為每年367,000度，可節省旅館30％的能源。該計畫由德國與比利時的太陽能技術公司聯合執行。
柯隆的普而茲地區（Porez）
柯隆的範例顯示，太陽能冷卻系統也可應用於氣候較溫和的地帶。在柯隆的普而茲地區，有2座太陽能溴代鋰╱水吸收冷卻設備，安裝於一處1970年代的辦公室大樓。冷氣供應區域為1,628平方公尺，4層樓使用。最大冷卻負載量為77kW，藉由灌滿水的冷卻管道輸送，可維持室內溫度不超過26℃。該設備配有一5立方公尺的冷水緩衝儲存槽，最大熱能輸出值為107kW，而集熱器的面積為176平方公尺。為了要在陰天時也能達到運作溫度95℃，另外加裝有真空管式集熱器，以支援冬天時低溫的加熱系統。除了120MWh╱a的冷能輸出，該太陽能冷氣設備可節省19MWh的熱能。該計畫由歐盟支援，並由機森斐德堡應用理工大學（University of Applied Science in Giessen-Friedberg）執行測量與研究工作。
佛萊堡（Freiburg）克林克大學（University Clinic）
克林克大學裝有80kW的太陽能冷氣系統，該系統的熱能來源為占地約90平方公尺的真空管式集熱器。該研究計畫已取得佛朗霍夫太陽能系統研究所的贊助，其主要目標在於，評估應用太陽能設備達到冷卻目地的可行性。
結語
目前最理想的太陽能冷氣設備為開放式冷卻設備，係為具吸收功能的化學物和吸收冷卻裝置的結合體。以吸收技術為主的太陽能冷氣系統，如前所描述，已在數個地區進行實驗計畫。由雷沙的經驗看來，太陽能可供系統運作75～80％的能源需求，在中歐與南歐可行。在這兩個氣候帶中，所需要的集熱器面積與條件為在7至8平方公尺的範圍內，必須要有超過1,000立方公尺的氣流量。冷水緩衝儲存槽可在冷氣需求大於輸入太陽能時補充其不足。而在辛特亞更加裝了50l╱平方公尺的集熱器，可增加20％的太陽能吸收。 對於中歐地區，則必須特別考慮儲存能源，尤其是有些設備整年運作，夏天供應冷氣而冬天供應暖氣。以德國為例，太陽能設備成本為每度介於0.14～0.15歐元之間，而南歐國家則為每度介於0.08～0.10歐元之間，在降低成本上，仍有很大的空間可以改善。 在有了先進的集熱器的情形下，中歐與南歐的太陽能冷氣設備實驗計畫都有了超出期待的成果表現。以太陽能供應暖氣與冷氣已進入一個新階段，目前的發展目標鎖定為：準備數據資料以供聯邦政府以及歐盟訂定法令，收集技術與測量資料，發展模擬設備，設計調節與效率估算程序，研究系統與配件以及結合更多其他研究單位執行改善示範計畫，以向國外輸出技術。（作者為本刊駐德國特約記者╱有興趣的讀者可上網www.ise.fhg.de查詢）
＜附註＞ 歐洲太陽能產業聯盟（European Solar Thermal Industry Federation,ESTIF）主席Roger Hackstock，同時也是奧地利太陽能協會會長，其在今年Intersolar中表示，由於太陽能源業者已將研究太陽能轉換成熱能和冷氣使用列為重點發展範疇，因此歐盟也開始起草相關的法令以因應未來的需求。