空調機與節能的基本認識

隨著時代的發展，冷氣已不再是奢侈品，而是許多人在居住與生活上的必需品。然而冷氣的使用需要電力，因此隨者電力的吃緊，相關節能的議題也受到相當高度的重視。要知道如何使冷氣節能，則需具備基本的知識與原理。一般所稱之的冷氣，常讓人會認為其功能僅是吹出較冷的空氣讓室內空氣降溫，但其實不然。冷氣的英文是Air Conditioner，較為正式的名稱為空氣調節機(以下簡稱為空調機)，顧名思義，其主要的功能是進行空氣的調節，那調節哪些東西呢?最單純的家用系統，包含了溫度與濕度，再進一步地則包含維持空氣的新鮮與潔淨，也就是換氣與過濾微小粒子等。本文所介紹的主題，則主要在製冷方面的溫度與濕度調節。

室內的空調降溫，其實是一種能量的轉移，以製冷而言，就是將室內的熱量藉由空調機的冷凍循環移到室外，而所移走的熱量，則包含了顯熱與潛熱。換句話說，夏季的空調機不僅是將室內的溫度降下來，同時也會將空氣中所含有的水蒸氣予以移除，而使人感到舒適。空氣分為乾空氣與濕空氣，乾空氣是不含水蒸氣的空氣，濕空氣則是包含水蒸氣的空氣。在不同溫度的情況下，空氣中所含有的水蒸氣有最高極限值，超過此極限則會凝結成水滴。隨著溫度提升，單位質量的乾空氣所含的最高水蒸氣也隨之提高。單位質量乾空氣中所含的水蒸氣質量比值為濕度比或絕對濕度，單位質量乾空氣中所含的水蒸氣質量與其可容許的最高水蒸氣的質量比稱為相對濕度。由於空氣中水蒸氣乃是由液態水蒸發而成，其經由相變化吸收潛熱，所以空氣中的水蒸氣即為其潛熱的來源。所以製冷用空調機的主要功用，是藉由冷凍循環降低溫室內的溫度(顯熱)及絕對濕度(潛熱)。基本冷凍循環包含四大組件，如圖1所示:蒸發器、壓縮機、冷凝器與膨脹閥(或冷媒控制器)，冷媒則在連接各組件間的銅管內流動，並藉由管內冷媒的吸熱、放熱與相變化來吸收室內的熱量傳遞至室外。位於室內的蒸發器，流經其銅管內的冷媒為低溫與低壓的液態，此時冷媒的溫度低於室溫，吸收來自室內濕空氣的熱量後汽化，其溫度仍屬低溫，此低溫的汽化冷媒經由壓縮機轉換為高溫高壓的冷媒，再進入冷凝器，此時的氣態冷媒溫度高於室外溫度，並藉由鰭片及風扇帶動氣流與室外空氣進行熱交換，將所吸收室內的熱量帶離冷媒，使冷媒凝結與降壓，此時冷媒的溫度高於室內溫度，再通過膨脹閥(或冷媒控制器)降低溫度與壓力，再進入蒸發器，完成一個冷凍循環。然而室內端除了移除顯熱進行降溫外，也要移除潛熱，也就是移除空氣中的水蒸氣，所以冷凝器中的溫度，必須要低到足以使空氣中的水蒸氣予以凝結除濕，也就是達到露點溫度，此經除濕後的濕空氣再往室內吹並與原有室內的濕空氣混合後，達成所需要的溫度與相對濕度範圍。