從粉久以前燒熱水洗澡說起

節能減碳除了太陽能、風力發電，LED燈、電動車等？還有其他可以努力的方向嗎？熱水之產生耗能嚴重，熱水的使用對環境也影響極大。

從粉久以前燒熱水洗澡說起

在民國50年代前後，人們要洗熱水澡，一般都是用一個鍋子裝水，燒熱後移到浴室，混入冷水，用以洗澡。如果有大的鍋子，裝的水多，可以不用燒得很熱，混入冷水即足敷使用；如只有小鍋子，則必須將水燒的較燙，可混入較多的冷水洗澡。以儲存式(或稱貯備型電熱水器)熱水器而言，我們可以說，截至目前，這個原理沒有改變，全世界也都沒有進步。因現有儲存式熱水器只是加上保溫層及降溫後自動通電再加熱升至定溫之功能。

讓我們作個實驗，如果我們將94℃熱開水分別倒入玻璃杯、保溫杯及自動控制之電熱水壺，放到桌上觀測，依熱力學第二定律及牛頓輻射冷卻效應，有下列幾點現象:

1.94℃熱水會逐漸降溫到與室溫相同，不同溫度點於單位時間內之降溫速率不同。溫度越高且與環境溫度差異越大時，降溫速率較快。可參考影片http://www.youtube.com/watch?v=IvfFNnw8UQA

2.如將94℃熱水放入保溫杯，即使是品質最佳之真空隔熱保溫杯，熱水仍然降溫，只是降溫之速率變慢，經於25℃之環境測試，注入94℃之熱水八分滿，立即鎖緊蓋子，放置20小時候量測，仍降溫46℃，剩48℃之水溫，可見溫度之傳遞只能延緩，無法阻斷。

3.將94℃熱水放入自動控制之老式電熱水瓶，通電後並無動作，直至降溫至80℃，即自動通電加熱至95℃自動斷電，在自然降溫至80℃自動通電升溫，在無人為操作之下，此溫度之自動控制一直重複；此水瓶不管是否正在通電升溫，其對外散熱無時不刻都在以較高之速率進行(因其維持在較高溫)，故其自然之降溫與自動通電升溫會依外在環境以一定之頻率進行，天氣越冷頻率越多，也越耗能，為敘述方便我們姑且暫將此現象稱之為「電熱水瓶現象」。

   以下為一般家電之消耗功率

電　　器   名　稱	消　　耗  電  力(W)	電　　器   名　稱	消　　耗  電  力(W)	電　　器   名　稱	消　　耗  電  力(W)
電冰箱	130	電烤箱	800	日光燈(20W)	25
電鍋	800	洗衣機	420	省電燈泡	17
開飲機	800	乾衣機	1200	神龕燈	5x2=10
微波爐	1200	電熨斗	800	電視機	140
抽油煙機	350	冷氣機	900	音響	50
果汁機	210	吹風機	800	收音機	10
果榨汁機	410	電暖爐	700	電腦:主機+顯示器	250+120=370
烘碗機	200	除濕機	285	印表機	12
電磁爐	1200	電扇	66	儲存式電熱水器	4~6KW
多功能火鍋	1350	吸塵器	400	即熱式電熱水器	8.8KW~11KW
烤麵包機	900	抽風機	30	瓦斯熱水器	24KW以上
電咖啡壺	590	燈泡(60W)	60

由上表可發現一個家庭裡最耗能源的設備就是熱水器，因儲存式電熱水器與電熱水瓶之構造接近，也最為耗能，且依瓦斯器材同業公會統計，儲存式電熱水器國內安裝數量逐年增加，故容我們先考量儲存式電熱水器；儲存式電熱水器幾乎就是一個放大的電熱水壺，不同的地方是直接接通自來水，儲存式電熱水器全世界的設計均為原壓式，即開啟熱水時，實際上是由接入儲存式電熱水器之冷水進水管擠壓入冷水，讓儲存桶內之熱水由熱水龍頭流出，故如桶內水溫設定較低，實際上會有熱水不敷使用之虞，因冷水補入後，會導至儲存之熱水急遽降溫，為防止此一問題，有兩項對策，一為將儲存容器加大(如100~200加侖，中央供應式甚至更大)，此一對策會讓設置及能源成本提高，次為提升並維持儲存桶之水溫(如攝氏65~85度C，台灣為亞熱帶國家，業者一般設定於65℃，但冬天仍須調高)，此依牛頓幅射冷卻定律，導致嚴重耗能，亦如前第1與3項之敘述。

儲存式熱水器接上水、電源，安裝完成後，不管有沒有在自動加熱，事實上一直在散熱降溫，不會停止，除非關掉電源，讓其降至常溫，謂之熱平衡。

儲存式熱水器多體積較龐大，製作真空保溫之機種成本極高(PS:地表上每平方公分有62公斤之大氣壓力，外殼需極厚，大體積之製作成本極高)，多採用隔熱材料充填。即使按節能標章最高等級1級而論，(儲存式熱水器在保溫時，1小時降1.125℃，即符合1級節能，1.125×24=27℃)，放置24小時仍要降溫27℃，此係由儲存式熱水器之自動控制自行通電加熱補回，大概在夏天儲存式熱水器會自動通電3次，以補回自然降溫，冬天更為嚴重(會通電保溫8~12次以上)即如前所述之”電熱水瓶現象”，但儲存式電熱水器之儲水量很大，故非常耗能。

有些業者在儲存式熱水器上加裝定時開關機功能，亦有消費者於固定的時段自行開關機，此方法有兩個缺點:1.失去隨時使用熱水之方便性。2.關機斷電至再通電間隔時間頗長(如晚上12點，無人使用熱水，即予關機，至隔天晚上6點開機，已間隔18小時，可參考前述之第2項測試)，等於任憑儲存桶內熱水自然降溫至常溫，再通電時所需電能不變(因能量守恆，此時所耗電能與容積成正比，與消耗功率無關)，節能有限，且需耗時等待。可參考附表一之附註。

其他尚有太陽能與熱泵熱水器號稱比較節能，然而此兩類熱水器事實上均需搭配儲存式電熱水器使用，如前第3項測試所述，即使經由太陽能與熱泵熱水器輸入儲存式電熱水器之水溫甚高，亦仍然進入了”電熱水瓶現象”，開始耗能。且基於安裝位置之特殊性，均為中央儲存式，以供應多處熱水，表示水管之管路損失較大，意即使用時須漏放冷水，等候熱水到來(表示熱水先加熱管路及牆壁)，以供使用，當用完時關閉熱水，管路內之熱水已不需使用，其熱水蘊含之熱量沿管路、地板、牆壁釋放，由室內空調多耗電吸收，雙重耗電。陽光照射在建築上，原為大自然的現象，是自然的一部分，但我們收集陽光之熱能，用來加熱水，而引入室內使用，卻不可避免的費水耗電，更讓使用者增加了無法預知及掌握的電能消耗(如空調)。

有關太陽能熱水器並不節能，可參考實際使用者兩篇網路上之文章 http://5i01.com/topicdetail.php?f=168&t=2018426&last=25978836 http://www.waterproof-long.com/modules/planet/view.article.php?44153

熱泵熱水器除上述之缺點外，於攝氏14度以下即無作用，事實上亦必須搭配最耗能的儲存式電熱水器。此外，前述兩種熱水器之投資額較大。另酒店、宿舍等多數人使用熱水之情形，不論採取太陽能、空氣能(熱泵)均須配置鍋爐，以前均為中央供應式，供應多樓層多房間之熱水，管路損失極大，為顧及使用熱水之即時與方便性，甚至加裝回水(即熱水管路加水泵循環，熱水於管路循環中(當然亦有保溫管路，但仍然降溫)喪失之熱量由中央空調增加負載吸收，熱水循環回鍋爐已降溫，再由鍋爐加熱，能源之浪費，莫此為甚。故現在國內已有甚多之酒店改為一房一機，最為節能。

當人們製造出熱水，不管用途如何，也不管有沒有使用，即使有保溫材料包覆、也即使正在加熱中，熱量仍以不同的速率散熱到環境中，如前所述，水的比熱為1，1㏄的水降低1℃必定釋放出1卡路里的熱量，假設是夏天，自來水常溫為30℃，如我們將水加熱到40℃供淋浴，使用了70公升為例，必須至少使用0.8度電能(70公升×1000毫升×(40℃-30℃)÷1000=700千卡，1度電=860千卡；700÷860=0.81度電，此時尚未考慮熱水器之熱效率、管路損失、廢熱等因素，且冬季因自來水入水溫度低，更加嚴重)，不管我們用什麼能源來加熱水，使用了能源必定產生很多的二氧化碳，然後，洗一次澡等於至少釋放了700仟卡的熱量到週圍環境裡(40℃-30℃)×70公升×1000㏄÷1000卡=700仟卡，能量守恆，此能量不會消失，此熱量經浴室往外排放，人們渾然不覺，其影響大自然非常嚴重，基於人類生活的舒適需求，熱水之使用無可厚非，但如何讓熱水之產生，減少不必要的浪費，也更節能減碳，實為建築裝潢設計、水電業者及熱水器製造商等業界的當務之急。

如我們將地球想定為一個系統，受到太陽照射的一面，因陽光輻射而升溫，另一面又向外太空散熱，如同我們所觀測的許多系統一樣，在無額外能量的輸入之前，自然形成熱平衡；而原本地球的氣候變遷，週期非常的長，但近幾十年來，因人類的活動，導致地球的溫室效應，到底是什麼活動因素加速了地球之升溫，是內燃機(汽車)？空調？還是熱水器最為嚴重？其實內燃機與空調排出的都是熱空氣，而空氣之比熱極低，可想而知，影響地球升溫，人們所用之熱水實為相當重要之因素。

氣候變遷不會等待，當此節能減碳蔚為全世界之風潮，所有節能減碳之論壇及網站、綠建築之理論與實踐，均注重於太陽能，風力發電、LED燈、電動車等；對於熱水器及熱水的產生，著墨甚少。究其原因，首應為熱水器為傳統產業，熱能的轉換很成熟，一般認為無節能之空間，且全世界熱水器的進步有限，即使先進國家也是如此，次為一般對熱水的耗能及對環境的影響不夠了解。

事實上政府與一般百姓仍不知在熱水器之選擇與熱水使用上最節能的方式，各國政府仍在政策上補助、採購、認證及背書耗能的產品。

   最理想的熱水使用情況應具有下列特徵:

1.要使用熱水時才立即產生，以不儲存為原則，因儲存時就會散熱，雖有良好的保溫材包覆，但只是延緩散熱時程。如必須儲存，那就應該儲存常溫或略高於常溫的水，因常溫的水降溫極慢。

2.應避免中央供應式，以一處一機(每一熱水出口裝設一熱水器)為原則，方可避免管路損失，因管路損失每天不斷的多次發生。

3.熱水應按需求溫度供應，如加溫太高，於使用時混入冷水，實為不經濟的方式。

    管路損失一般消費者渾然不覺，假若我們使用瓦斯熱水器，該熱水器距離熱水龍頭10米遠，使用4分管，水溫升高40℃為例，其損失如下：

1.4分管內徑以16㎜計，每次開水等到熱水來，至少須留失10米長水管內之冷水，其容量為(1.6÷2)2×π×1000＝2009㏄＝2公升水。(此冷水是否以容器接入備用或任其流失，恐因人而異)

2.熱水自熱水器流出，仍需先經10米長之水管吸收熱量直至與水溫相等，出水龍頭之溫度才會穩定，此部份因季節之關係有不同之損失，如以夏季為例，此10米長之熱水管，經由牆壁流到浴室，牆壁會受熱，使其溫度上升，至空調耗電增加，再以冬天來說，牆壁及水管之溫度較低，會吸走熱水的熱量，因與客觀氣溫有關，故較難評估，但損失比夏天大為難以避免。經實際測試，熱水器之熱水出口出水溫度為80℃，但1分鐘後量測浴室之熱水龍頭出水只達53℃，顯是耗損極大(氣溫17℃實測試)。

3使用熱水時不計損耗，但當不用時，此10米長之4分管內熱水無法用到，只能任其冷卻，如以10米長4分管內水升溫40℃而言，轉換為電能時，計算如下：  (1.6÷2)2×π×1000×40＝80384卡   1卡＝4.185 8W   1度電＝1Kw/hr

                 80384×4.1858÷60秒÷60分÷1000＝0.093度電

若以0.093度電供應20W的日光燈可點亮4.65個鐘頭

若一個家庭4個人計，此損失每天不斷的產生多次，經年累月，非常的不經濟也不環保，故應改變管路過長的問題，如一間房屋有多浴室或多處熱水需求，亦應一處裝置一熱水器，對業主最為經濟，並讓熱水器與熱水出口距離盡量接近，以節能減碳，促進環保。

此外亦有其他節能之方法及錯誤的觀念順便提出探討，如熱水管路應盡量避免進入牆壁內，熱水管路進入牆壁或與地板時，會讓水泥材料吸走極大之熱量，在夏季時導致室內冷氣空調負載增加，更為耗電。冬季時導致熱水出現溫度降低，需用更大功率或燃料以供應熱水，故設計與施工最好考量於浴室內安裝電熱水器，瓦斯熱水器則與浴室以一牆之隔裝置室外最為理想。

使用何種熱水器最為節能?又能兼顧隨時使用熱水的方便性與舒適性

為了更節能也更舒適的使用熱水，我們運用牛頓幅射冷卻定律，熱力學第二定律及水的比熱容量三種物理理論研發，特徵為中、常溫儲存及二次加熱之熱水器，我們把它命名為複合式電熱水器，或稱二次加熱電熱水器。個人非從營利觀點出發，不揣淺陋，以野人獻瀑的心情，希望為節能減碳盡一份心力，以下為實際測試之情形

複合式與傳統儲存式電熱水器耗電量之比較       附表一

測試日期:2010年11月22日至29日                   測試地點:台北                               

  測試時平均氣溫:24℃                                 測試時水溫:25℃

3KW 80L複合式電熱水器 設定為45˚C(可視需要設定於30、35、40、45℃)			3KW 80L傳統儲存式電熱水器 設定為75˚C			備註
測量說明	使用時間	耗電量	測量說明	使用時間	耗電量	兩者之保溫材質與測試之環境、功率均相同
初次入水升溫至設定45˚C使用電量	37分	1.6度	初次入水升溫至設定75˚C使用電量	93分	4.1度	因初次使用故不列入合計(另見附註)
開啟龍頭漏放42˚C120L熱水時之用電量(每分鐘流量5公升)	24分	1.2度	開啟龍頭漏放42˚C120L熱水時之用電量(每分鐘流量5公升)	24分	1度	複合式開水時即啟動即熱式加熱,瞬間升溫15℃,傳統型進水30秒後啟動加熱,故此階段耗電較低。
漏放42˚C120L熱水後關水,自動升至定溫45˚C之用電量	25分	1.3度	漏放42˚C120L熱水後關水,自動升至定溫75˚C之用電量	50	2.5度
24小時不用熱水時,自動保溫之用電量		0度	21.5小時不用熱水時,自動保溫之用電量		2.87度	1.假設洗澡的時間固定,如今晚PM:8:00~明晚PM8:00已滿24小時 2.複合式設定降5℃即自動通電保溫，傳統儲存式設定降15℃自動通電保溫，放置21.5小時，已自動通電3次。
耗電量合計		2.5度			6.37度

謹以24小時不用熱水時,自動保溫之用電量2.87度電之有效用途舉例如下:

  20W日光燈管5支可點亮27.8小時 

  20W日光燈管10支可點亮13.9小時

  20W日光燈管50支可點亮2.78小時  

依以上測試有幾種結論:

1.牛頓輻射冷卻效應測試無誤，熱水於越高溫儲存，散熱越快。

2儲存桶越大儲水量越多其耗電量越大。

3氣溫與自來水入水溫度越低越耗電。

4.儲存式熱水器定時開關機，節能意義不大。

附注: 坊間有於機器上加裝或外加定時器，以設定每日之自動開關機時間或由消費者自行手動開關，例如於每日下午6點開機，約於7點可供使用，當家人都使用熱水完畢(如晚上11點)，即予關機，至隔天下午同時間再開機，此一動作毫無節能之意義，因能量守恆，當關機時等於讓儲存桶內之熱水自然降溫，但於隔日再開機時亦需同樣的熱量去加熱儲存桶內之水，如上表顯示，仍需耗電4.1度，並無法節能。

我們的複合式電熱水器與一般之儲存式電熱水器(節能一級)比較，每天最少可省3度電，台灣有700萬個電表，如有1/7之用戶採用我們的複合式電熱水器，每天可省300萬度電，超過核四廠之每日發電量，試問?400W之太陽能光電組合，每天充足日照8小時，需多少投資額？多久可回收?風力發電又如何?一間家庭的照明全部換成LED燈，每天能省多少電?

但複合式電熱水器並無法獲得節能標章，世界各國之節能標章(或稱能效標準)也只是測試保溫能力，就如同我們買個保溫杯，保溫能力好，節能標章之等級就高，保溫能力差，就代表不節能。各國之節能標章對儲存式熱水器之檢測標準，係將儲存桶內水溫加熱到65℃~85℃，在特定之環境放置一定時間，再量測降溫以判斷節能等級，我們的複合式電熱水器專利特徵為中、常溫儲存，無法也沒必要將桶內水溫設置那麼高，(正因我們中、常溫儲存，故降溫極慢，使用熱水時，由一內置低功率即熱式立即再升溫)故無法檢測，事實上我們的複合式電熱水器，比任何種類都環保節能，但推廣困難，我們希望政府主管機關能改變測試的方式，如較為實際的掛上電表，在一樣的環境，漏放一定量之熱水，測試一定之時間(如3天)或其他任何接近實際使用實況的測試方式，來測試耗水耗電或耗時的數據，也至盼各種環保法人協會詳加查證並協助推廣，已促進節能減碳，誠如前述，從節能標章或能效標準之檢測內容，即可判斷儲存式電熱水器之設計與製造仍然墨守成規，世界各國之儲存式電熱水器可謂都無進步，在此懇求主管機關協助並補助實際之測試，各環保協會法人率先使用，我們的複合式電熱水器或可為未來的台灣之光。