熱能管理
更新日期 1997/10/14
壹、前言
我國能源需求量大約96%仰賴進口，展望未來，能源儲存量逐漸消耗而減少，價格易漲難跌，故必須更加注重節約能源，持之以恆。而熱能管理實是節約能源的有效項目之一。本文將介紹熱能有效利用方法，包括熱能有效利用判斷基準及改善措施、蒸汽及冷凝水回收、廢熱回收、熱傳與保溫等相關措施，提供中小企業廠商參考，以達到節約能源之目的。
貳、熱能有效利用
一、熱能有效利用判斷基準
1．熱能有效利用管理標準
(1)排出廢氣熱能之回收利用。依排出廢氣溫度與熱損失比率，決定熱回收型態與方式，並設定管理標準。
(2)受熱固體顯熱、具有壓力之冷熱氣體或液體與具可燃性成分之廢棄物等可回收能源者，應訂定回收利用標準。
(3)廢熱回收設備、工業用燃燒爐等，應定期保養檢查，去除熱傳表面污垢，防止洩漏，以維持高熱效率運轉。
(4)蒸汽冷凝水應儘量全部回收利用，並設定回收標準。對於使用多重壓力之蒸氣系統，應以串級式冷凝水回收方法，充分利用再生蒸氣，並以密閉式回收方式為原則。
2．熱能有效利用管理測試與記錄
(1)經常測試廢熱和回收之媒體溫度、熱量、以及成份等狀況，以確定回收效率，並記錄其結果。
(2)隨時測量生產設備之使用狀況，以便檢討熱能有效利用的方法。
3．改善措施
(1)為提高廢熱回收率，對於廢熱回收設備，應選用足夠之傳熱面積設備。
(2)瞭解產生廢熱之來源和性質後，尋求再利用之可行性，即可決定廢熱回收設備，如熱交換器、廢熱鍋爐、吸收式冰水機等，並進行效益評估，回收期限在三年以內者，應立即進行改善。
(3)廢熱回收設備，應裝設良好的隔絕措施，如加強隔熱及防止洩漏等，以增加廢熱的利用率。
(4)對於低壓再生蒸汽，應可利用再壓縮方式提高壓力後併入系統中使用，或加熱冷水供給熱水系統。
(5)在空調除濕，同時需用冰水和低溫熱水（40℃∼50℃）或低溫廢熱排放等場合，應可採用高效率之熱泵，作為供給或回收的設備。
二、蒸汽及冷凝水回收
1. 蒸汽
(1)鍋爐選用經常負載容量，尖峰不足部份可加裝蒸汽蓄熱器。
(2)鍋爐容量遠超過蒸汽平均需求時，為避免瞬間蒸汽需求量所造成的問題，會造成鍋爐大部份時間在低負載的操作狀況下，燃燒效率降低，過剩空氣量增多，爐體的散熱損失也增加，導致鍋爐效率降低，能源大量浪費，是不難預測的。
2. 蒸汽蓄熱器
(1)蓄熱器的構造
(2)蒸汽蓄熱器蒸汽發生圖
(3)蓄熱器之蒸發速率
5. 冷凝水量估算
如何估計冷凝水之產生量
(1)估計每小時最大凝結水量，根據最大負荷量（蒸汽需求量），換算及求出凝結水的最大生成量。
(2)不同口徑的保溫蒸汽輸送管路，每小時凝結水生成量
(3)用水桶或其它容器，測量怯水器未端所排出的實際凝結水量，加入再生蒸汽量，即可換算出每小時之凝結水量。
標準蒸汽管路結成水生成量
6. 冷凝水回收節約率
(1)冷凝水回收率與鍋爐容量之關係
(2)給水溫度與燃料節約之關係
(3)冷凝水回收率與鍋爐效率之關係
(4)冷凝水回收和燃料節省之關係
7. 蒸汽管漏汽的防止
一個一公分直徑小孔洩漏6kg／c㎡壓力蒸汽，一年要損失2500噸蒸汽，所以任何管路上漏汽應儘快修復
參､廢熱回收
一､廢熱回收單元設備一覽表
二､熱交換器之型式與應用
各種復熱器與回熱器之比較
三､工業爐排氣廢熱預熱空氣之燃料節約
燃用燃料油
燃用液化石油氣(LPG)
燃用液化天然氣(LPG)
四、熱傳與保溫
(一)熱傳與保溫判斷基準
1. 熱傳與保溫管理標準
(1)加熱或冷卻的管理，應根據所需求溫度，來決定熱傳媒體的條件，並預先設定管理標準。
(2)鍋爐、工業爐、熱交換器等之傳熱面與其他熱傳導部份，應清除積垢等附著物，以免降低熱傳性能。
(3)熱媒體之輸送管線和加熱設備，其保溫設計與施工，應依據最新標準。
(4)建造新的工業爐時，其爐壁表面應以最新之斷熱保溫標準選擇材料來構築。
(5)加熱設備應定期檢修，防止洩漏造成損失。
(6)保溫裝置須定期檢修，防止增加散熱損失。
(7)蒸汽怯水器須定期檢修，防止因動作不良造成蒸汽洩漏損失。
(8)工業爐等須定期測試並計算熱平衡，以確保高效率運轉。
2. 熱傳與保溫管理測試與記錄
(1)被加熱或冷卻物之溫度，以及熱傳媒體之操作條件，均應加以測試並記錄其結果。
(2)加熱設備作熱平衡計算與分析時，所需之相關數據，須加以測試並記錄其結果。
3. 改善措施
(1)對於加熱設備，乾燥設備，熱交換器等，應配合設備條件，決定加熱媒體之壓力、溫度和流量，避免過高現象。
(2)使用加熱設備時，被加熱物之送入量，應適當的調整，避免熱負荷變化太大。
(3)必須重覆加熱的工件，應儘量縮短兩次加熱之間的停留時間，以減少冷卻熱損。
(4)批式運轉之加熱設備，應將被加熱物彙集後，連續處理。
(5)加熱設備中與傳熱有關的部分，應採用熱傳導率較高之材料，以增加熱傳效率。
(6)增設或新設鍋爐、工業爐、加熱設備及乾燥設備等，應採用熱效率較高的設備或製程。
(7)重覆加熱的製程，應考慮連續化與整合化，以縮短或減少重覆加熱次數。
(8)以輻射加熱方式來取代利用空氣傳導的加熱方式。
(9)需要保溫之設備，其保溫材料應採用低熱傳導率，增加保溫厚度和多層式保溫方式，來增加保溫效果。
(10)熱媒體輸送管路之管徑與配管設計須合理化，同時對各種閥接頭處等亦應裝設保溫，以降低熱損失。
(二)各種表面熱損失
1. 裸管之散熱量
[例] 鐵管徑＝0．14m，t1＝250℃（管表面溫度），t2＝30℃（室內溫度）,h=18（自鐵管表面之熱傳達率）[Kcal／㎡.h.℃]
Q =π.d . h×（t1，t2）
=3.14×0.14×18（250–30）＝1740 kcal／m、h
2. 爐壁之散熱量
(1)外壁之散熱量
[例] 外壁為普通鋼板之爐壁溫度100℃時，而空氣溫度於30℃，於微風情況下，其散熱損失為1000 kcal／㎡、h。如爐壁散熱面積為450㎡時，則總散熱損失為450×103 kcal／h。
(2)爐壁表面熱損失對風速之修正值
(3)標準爐壁表面溫度
(4)鍋爐爐體表面熱損變化情形
(三)保溫
1. 管路保溫
(1)管路保溫厚度圖一
(2)管路保溫厚度圖二
[例] 保溫材之熱傳達率為0.04 kcal／m h℃，耐用時間20,000h，單價30,000元／m3，保溫材兩面溫度差預定為300℃熱量單價每10,000 kca1為7元。其經濟厚度依圖中之保溫材兩面溫度差、熱傳導率、耐用時間、熱量單價等連線，於A線上求得交點，再與保溫材單價連線，而得經濟厚度為75mm