熱泵熱水器成功研發：節能環保新科技的應用

作者：葉忠福2025.03.01

中華創新發明學會 理事 / 創新發明 專欄作家

熱泵熱水器與研發背景

    隨著全球能源需求的增加及環保意識的提升，尋找高效節能的熱水供應方式成為現代科技發展的重要課題。傳統的電熱水器與燃氣熱水器在能耗與碳排放方面存在顯著問題，而熱泵熱水器（Heat Pump Water Heater, HPWH）是一種高效節能的熱水供應技術，主要利用空氣中的熱能來加熱水，類似於冷氣機的運作方式。其工作原理基於熱力學的「逆卡諾循環」，透過壓縮機、蒸發器、冷凝器與膨脹閥等核心部件，將環境中的熱能轉移至水箱中，使水溫逐步升高。由於熱泵的能量轉換效率極高，每消耗 1 度電可產生約 3～6 倍的熱能，因此比傳統的電熱水器或瓦斯熱水器更節能，能有效降低能源消耗並減少碳排放，而且更安全不會發生氣爆或瓦斯中毒等危險。

    熱泵技術的原理被廣泛應用於空調與冷凍設備，然而其在熱水供應領域的發展較晚，直到近年由於能源成本的上升以及各國政府對節能減碳政策的推動，熱泵熱水器的研發與應用才開始受到重視。臺灣大學新能源研究中心黃秉鈞教授早在1995年就已開始研發，與國際先進技術同步發展並和台灣相關產業合作，成功推動了台灣第一套商用與家用熱泵熱水器的技術發展，並持續進行更先進的二氧化碳（CO2）熱泵技術研發。

▲熱泵熱水器的運作原理，透過「蒸發吸熱過程→壓縮增溫過程→冷凝放熱過程→膨脹降溫過程」等循環，在空氣中取得熱能，而增加製造熱水的效率，可綜效節能約80%。而研發的技術挑戰則在於冬季低溫環境下如何高效率取熱及產品可靠度與成本控制等商品化的關鍵重點。

圖片來源：善騰太陽能源公司https://www.suntek.com.tw/

台灣首套商用熱泵技術的開發

    台大新能源研究中心黃秉鈞教授與江陵機電公司攜手合作，成功開發出台灣第一套商用熱泵熱水器的創新技術。該技術的突破在於提升熱泵的能源轉換效率，使其能夠在台灣潮濕多變的氣候條件下穩定運行，並滿足大規模熱水供應的需求。

    商用熱泵熱水器特別適用於飯店、學校、醫院與運動場館等需要大量熱水的場所。透過高效熱泵技術，這些單位可顯著降低能源成本，並減少二氧化碳排放，符合現今全球倡導的綠色建築與低碳經濟政策。

台灣首套家用熱泵技術的研發

    在家用市場方面，黃秉鈞教授與善騰太陽能公司合作，成功研發出台灣第一套家用熱泵熱水器的創新技術。家用熱泵熱水器的設計重點在於體積小巧、運作安靜且高效節能，適合一般家庭使用。

    由於台灣多數住宅空間有限，如何讓熱泵熱水器在小型家庭環境中發揮最大效能，是研發過程中的重要課題。透過優化系統設計與改良熱交換技術，最終成功推出適合台灣住宅使用的家用熱泵熱水器，使得一般家庭也能夠以較低的電力成本享受穩定的熱水供應。

▲漢聲電台「美麗的台灣」節目，專訪善騰太陽能源公司介紹推廣熱泵熱水器產品，宣導節能減碳理念。(相片：右起黃秉鈞教授、善騰太陽能源公司董事長梁元文、漢聲電台節目主持人張巍瀧、商品行銷專家吳武憲。

圖片來源：葉忠福 攝

此外，台大新能源研究中心與善騰太陽能公司也進一步發展二氧化碳（CO2）商用熱泵技術，突破傳統冷媒的限制。CO2 熱泵擁有更高的環保性，且在低溫環境下依然具備高效能，是未來熱泵技術發展的重要趨勢。目前，善騰太陽能已成為台灣熱泵熱水器的領導品牌，推動國內熱泵產業發展。

▲善騰公司已成為台灣熱泵熱水器的領導品牌。無論商業與家用熱泵，成功研發出眾多機型，能對應各種場域的運用。

圖片來源：善騰太陽能源公司https://www.suntek.com.tw/

產官學成功合作的代表意義

    熱泵熱水器成功產學合作的發展過程，展現了技術創新如何透過產官學合作轉化為實際應用，並最終造福社會。這背後蘊含了幾個關鍵意義：

1.  從基礎研究到市場應用：台大新能源研究中心的研究團隊經過多年技術積累，成功將熱泵技術應用於商業與家用市場，顯示基礎研究若能結合產業需求，將能大幅提升市場競爭力。

2.  產學合作的價值：黃秉鈞教授與企業的合作模式，成功降低了熱泵技術的開發與生產成本，使產品得以進入市場並廣泛應用。這顯示學術界與產業界的合作，不僅能加速技術商業化，還能推動整體產業升級。

3.  環保與技術並行：CO2 熱泵技術的開發，展現了科技在解決能源問題的同時，也能兼顧環境保護。這提醒我們，未來技術創新不僅要追求效率與成本，也需考慮對環境的影響。

4.  政策支持與市場教育：目前政府對太陽能熱水器有補助，但對熱泵熱水器的推廣較少，導致民眾認知不足。這顯示技術創新後，市場教育與政策支持同樣關鍵，才能真正發揮技術的社會價值。

結語

    熱泵熱水器的發展不僅是一項科技突破，更是一種能源觀念的轉變。過去，人們對熱水供應的理解多半侷限於電熱或燃氣方式，然而熱泵技術的引入改變了這一切，使我們重新思考如何高效利用環境中空氣的熱能。這帶來了一個重要的啟示：科技創新往往來自於對現有資源的重新評估與應用。例如，太陽能、風能與地熱等可再生能源，若能與熱泵技術結合，將可能創造出更多元化的節能方案，甚至實現「零碳熱水」的未來願景。

    此外，熱泵技術的進步也展現了產學合作的重要性。從台大新能源研究中心與企業的合作案例來看，學術界的創新研究與企業的市場應用結合，能夠加速技術落地，提升產業競爭力，這對於台灣未來在全球節能產業的佈局至關重要。

    未來，我們可以思考如何將熱泵技術進一步應用於更多領域，如工業加熱、農業乾燥、食品加工等。此外，透過智慧能源管理系統的整合，讓熱泵設備能夠根據使用者需求自動調節能耗，提高使用效率。

    總結來說，創新來自於挑戰現有思維的勇氣，熱泵熱水器的發展歷程，不僅是能源技術進步的縮影，也體現了產官學合作的重要性。隨著市場需求的增加與環保意識的提升，熱泵技術將在全球能源轉型中扮演更關鍵的角色，成為綠色科技的重要一環，推動我們邁向更為永續的未來。