9.空调技术(一).doc

空調技術 空調技術(一)(何謂空調？ 所謂完全空調即調整控制區域內空氣的溫度和濕度狀態。然而在某些特殊應用場合還必須要調整空氣的壓力分布。空調總是要考慮降低通風溫度和濕度的能力，而大部分的空調設備尚能夠提高空氣溫度的功能甚至對濕度作最佳化的調節能力。除了以上所提的功能以外空調還包括控制空氣的流動狀況及淨化空氣的能力，而總歸納如下： 溫度 空氣的濕度高低是由其水份的含量所決定，而水份的移去(除濕)或添加(加濕)會改變其潛熱能量。 潔淨度 空氣的潔淨度是量測空氣品質或清潔的程度，而經由過濾和換氣通風的方式來調節。換氣通風是藉引入外界環境新鮮空氣進入空調區域以稀釋污染空氣的濃度。 通風 通風或空氣移動包括空氣導入空調區域的分布和速度大小，其藉由空調設備中之通風單元或氣流調整系統如通風管和氣柵等來作通風控制。 噪音 聲音或噪音控制可以從減少空調設備的噪音產生和分布著手。 空調一般是應用在維持人體感到舒適的環境和用以提高製造，工業和科學研究過程中工作的效率。因此，所謂HVAC實則包括上面所提的所有參數，而一空調系統則不需要包括調節所有的參數(溫度、溼度、潔淨度、通風和噪音等)。 數千年以來人類在寒冷時藉取火加熱取暖和在高溫時藉冷水降低溫度。羅馬人在某些建築物內藉由加熱的空氣循環通過中空的牆及地板被認為是一種有效地利用熱輻射的方式。在氣候溫暖且潮濕的中東及遠東區域人們將墊子掛在打開的門口利用水蒸發以降低溫度。令人難以置信的在15世紀就有一位名叫Leonardo da Vinci設計並建造一巨大的蒸發式冷卻器，此一機器是由一巨大且水力帶動的可旋轉滾筒將抽入已乾淨且清涼的空氣供應至所需的空調區域。 離目前僅數百年才有空調設備的建立，此時空調技術發展到非常進步的程度，而現在全世界相關空調工業每年產值有數億英磅之多。 乾球溫度 空氣乾球溫度(dry bulb temperature)的檢出是經由一般熱敏溫度計或數位式溫度計所量測出，若空氣乾球溫度愈高代表其顯熱能量比例愈高。 飽和度 所謂飽和度代表空氣中實際水份含量在相同乾球溫度下與其最大水份含量的比值。 舒適度 所有空調系統提供的空氣是藉由調整溫度和水份飽和的比例使得在空調區域的每一個人感到舒適為目的。根據美國國家標準局(ANSI)和美國冷凍調協會(ASHRAE)所研究人類感到舒適的條件包括溫度、相對濕度、空氣流速和衣著程度等，而發展出 ANSI/ASHRAE55-1981的標準。若依據此一標準的空調系統是非常昂貴的，當然定出舒適標準的目的只是將理想的舒適條件如圖一般明確的定義出。 基本的定義和原則單位本文使用SI公制單位。 質量質量被定義為物品所含有的量，單位為公斤(kg)力力被定義為一物體施以另一物體推或拉的量大小，單位為牛頓(N)。重量物體的重量等於地球對它所施加的重力吸引。在標準海平面地球所施加之9.81牛頓的力相當1公斤的質量。力和重力雖然單位皆是kg，但是所代表的意義卻不同。 密度和比容密度代表某物質之每單位體積所占有的質量，其單位為kg/m3；比容則代表單位質量的某物質所占有的體積。密度和比容會隨著溫度和壓力而變化。 比重比重被定義為與水相同體積的某物質所占重量與一水重的比值為一無因次的量，比重(某物的密度(kg/m3)/(水的密度(kg/m3)。 比重會隨溫度而改變，對於非研究性的計算時比重的變化一般可以被忽略，如4時水的密度為1000kg/m3。 壓力壓力被定義為單位面積上所施加的力，其公制單位為N/m3。壓力的單位表示很多，包括kN/ ，Pa，KPa， mba，bar和lb/in2等，單位之間的互換有轉換因子。 例如：如圖二所示為一包含lm3水重1000kg之水槽，其每公斤受到9.81N/kg的向下重力吸引，故總共施加在槽底面的重力為9810N(牛頓)。 壓力力/面積()9810N/24905N/ 另外可表示為： 壓力力/面積()1000kg/2500kg/ 大氣壓力大氣壓力由厚約80公里(50哩)的大氣層被地球重力所吸引形成的壓力，在海平面的大氣壓力約1.01325bar(14.7psi)。大氣壓力會隨著高度的增加因減少空氣的重力而減少，且直接與空氣的密度相關連及隨溫度的變化而改變。以上可以在氣候改變時由壓力計量測出其變化。 絕對，錶壓和真空壓力 絕對壓力(Pabs)代表一氣體或液體在超過零壓時所施加的壓力。零壓僅在一空間中完全沒有任何氣體或液體時的壓力。 錶壓代表由儀器所指示之氣體壓力和大氣壓力之間的壓力差值，因此氣體或液體的絕對壓力為錶壓加上大氣壓力的值才是。 真空壓力如圖三所示為儀器所量測到的讀值代表在大氣壓力和零壓力之間的差值。傳統壓力計所讀到正壓力代表該氣體或液體超過一大氣壓力的數值。一種雙重功能的壓力計如圖四所示可以指示出來。 液柱壓力 液柱壓力是由液柱受到重力吸引而產生的壓力，它的大小視液體的密度和高度而定(如圖五) 液柱壓力(Kg/C)密度(kg/m3)X高度(m) 大氣壓力的量測 大氣壓力的量測可以藉由水銀壓力計，水銀液柱的高度h是由大氣壓力所支撐著並由此可直接經由inHg或mmHg讀出大氣壓力的值(如圖六)。 功，功率及能量功被定義為施加在一物體之力與運動所行距離的乘積而表示如下：功(Joule)力(N)X距離(m)例A：1000kg重之冰水機從地面搬移到建築物的屋頂，其垂直距離為l5m，所受的力為重力，重量kg必須轉換為Newtons。 功(Joule)質量(1000kg)X9.807N/kgX距離(15m)14710J(147.105kJ) 功率被定義成對一物體施加功的時間變率， 功率(J/s)490.35J/S或(Watts) 能量被定義為做功的能力。一物體若擁有能量即能執行做功的能力。能量單位為Joule和功率相同。 動能被定義為一物體因運動所擁有的能量。 動能Ke(質量(Kg)x速度(m/S)22) 位能被定義為一物體因重力作用依其位置高低所擁有的相對能量，一物體位能所做的功等於從一參考位置到另一位置之垂直距離差乘以其質量和重力加速度而表示如下： 位能pe質量(kg)X重力加速度9.8(N/kg)X距離(m) 一物體外在能量的總合等於動能和位能的相加。 能量轉換 熱力學第一定律基本上說明了一熱力系統的能量是守恆不變的。能量包含許多種形式包括機械能，電能，化學能和熱能等，能量不會無端地被破壞或消失且可以從一物體移轉至另一