淨零技術 — 為什麼冷氣機在破壞地球，但暖氣機是在拯救地球?
在IEA(國際能源署)規劃的2050淨零路徑中，設定在2045年至少要有50%的建築使用熱泵暖氣機(以下簡稱暖氣機)來供暖。你有沒有想過為什麼冷氣機成了地球的公敵，而"暖氣機"卻被認為是地球的救星？當我們談論全球暖化和氣候變遷時，往往會想到汽車排放、工業污染和森林砍伐等問題，但很少有人會將目光投向我們日常生活中最常見的家用電器之一：空調。
事實上，說暖氣機不耗電，也不是一個完全正確的說法，因為其運作原理與冷氣機相似，因此其能耗與冷氣機差不多。基於這個理由，我們或許會認為兩者都應受到嚴厲批評才對，為什麼要鼓勵人們轉換為暖氣機呢？事實上，這要將"暖氣機"與"傳統加熱器"來進行比較。
目前，在許多寒冷的國家，人們普遍使用燃氣、燃油或電加熱器進行加熱，而這些傳統的加熱方式非常耗能，如果能夠將這些傳統加熱器替換為"熱泵"暖氣機，能夠減少60–80%的能源使用，因此，推廣暖氣機取代傳統加熱器，才會成為當前的主流趨勢。
接下來，我們將探索冷氣機和暖氣機的運作原理，了解為什麼暖氣機可以達到節能的效果，以及這樣的"加熱"技術，還可以在哪些場域達到節能效果呢!
先來看冷氣怎麼製冷的
我們來看看冷氣機的構造，可以分成四個部分(如下圖)，壓縮機、冷凝器、膨脹(減壓)閥、蒸發器，而在裡面跑來跑去的就是鼎鼎大名的"冷媒"。
壓縮機: 將冷媒壓縮成高壓高溫氣體，我們學過PV=nRT(理想氣體公式)，所以氣體被壓縮後溫度會上升，壓縮後的氣體溫度大約可以到60-70°C，處於一個高壓高溫的狀態。
冷凝器: 70°C的冷媒氣體可以與外界做熱交換，因為溫度比室外空氣溫度高很多，可以透過室外空氣來冷卻冷媒，讓"高壓氣態"冷媒冷凝為"高壓液體"。而冷凝器的位置會擺在室外，所以每次你經過別人家的冷氣機時，都會覺得很熱 (；′⌒`)。
膨脹閥: 通過膨脹閥來把冷媒減壓，在高壓時液體的沸點會比較高，低壓時液體沸點比較低，關於這點你可能聽過在山上煮東西不容易熟，因為山上壓力低，水的沸點可能只剩90幾度;另一方面，用壓力鍋煮東西比較容易熟，因為壓力鍋會累積壓力，讓水的沸點提升到120-130°C左右。所以通過膨脹閥將冷媒壓力降低，也能使冷媒沸點降低，此時為低壓液態冷媒。
蒸發器: 蒸發器位在室內，此時液態冷媒與室內空氣做熱交換，氣化成氣態冷媒，把室內的熱量帶走，因此便能達到降低室內溫度的功能，再進到壓縮機進行下一個循環。
總結來說，透過冷氣的運作，可以把低溫環境的熱量拿走，再傳給原本高溫的環境，讓低溫可以更低溫。這時候聰明的你可能就想到了，這樣的模式不就跟暖氣一樣嗎? 只不過需要暖氣的人是待在高溫環境中，希望透過暖氣運作，從寒冷的室外，再抽取熱量來提供室內溫暖，所以冷媒流動的方向與冷氣機相反，冷凝器的部份會安裝在室內，而蒸發器安裝在室外，有些冷暖一體的空調機，可以透過閥的切換，就擁有冷氣以及暖氣的功能。
為什麼暖氣機比傳統加熱系統節能?
冷、暖氣機所運用的技術叫做"熱泵(Heat pump)"，其定義為透過輸入的機械功(電力)，將熱量從低溫傳向高溫，究竟為什麼可以比傳統加熱器節能呢?我們用下面這張圖來比較。
在傳統加熱器中，如果你需要100 kw的熱量來加熱，那你就必須提供至少100 kw的能量，才能夠滿足你要的加熱需求;而熱泵不一樣，他利用的是原本在冷空氣中就有的低溫熱量，提供少量電力，就能將原本的低溫熱量轉換成"可使用"的高溫熱量，一種借花獻佛的感覺(❁´◡`❁)。
如果這邊你還不是很清楚，我們用個比喻來說明，今天有個工作，你自己做需要花100分的力氣才能完成，但你也可以只花20分的力氣"教會"三個人之後，讓那三個人來去幫你完成，所以對你來說，前面的方案你需要花100分的力氣，後面的方案你只要花20分的力氣，就能把這個工作完成。這個"教會"的動作，就如同把低溫能量"加壓"成高溫能量，把這些能量轉化成可使用的能量，因此達到省電的效益。
這樣的熱泵技術，除了作為家庭供暖外，也可以用在家庭熱水器、工廠廢熱回收等用途，幫助這些加熱過程達到節能的效益，當然也有它的缺點，例如價格昂貴、製熱速度慢等等。
另一方面，熱泵加熱器又依照熱量來源，分為空氣源、地源等等，像我們一般看到的空調機，他的室外機都裝在空氣中，是從空氣來獲得/移除熱量，因此為”空氣源”。如果今天室外機裝在地底下，從地底來獲得/移除熱量，那就是"地源"空調機，例如美國一間新創Dandelion Energy，開發出通入地底的冷媒系統，因為地底長年保持在13°C左右的溫度，因此可以在夏天提供冷氣，在冬天提供暖氣，其空調效率不受天氣變化影響。
當然，暖氣機所運用到的電力可能與冷氣機差不多，所以你也不能無止盡的狂開猛開，他只是比傳統的加熱器節能而已，我們一樣是要節約地開，搭配綠電的使用，才能真的達成淨零。此外，這些冷媒也通常是GWP(全球暖化潛勢)較高的化學物質，例如常用的R-410A冷媒的暖化程度是二氧化碳的1890倍，R-32冷媒是675倍，這些冷媒在使用過程中都無可避免地會有逸散的情況，因此如何降低冷媒造成的溫室效應也是一個議題。總結來說，身在台灣的我們，能做的主要還是減少冷氣的使用，以及推動工廠用熱泵技術來回收廢熱，來幫助達成台灣的淨零目標。
這集內容你也可以用聽的喔! 標題為: EP.11 【淨零技術】為什麼冷氣機在破壞地球，但暖氣機是在拯救地球? | 參加淨零城市展心得
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參考資料
