第一章緒論 第一節研究動機 冷凍空調也屬於電機的一環, 因此我們想利用專題製作的機會, 好好的研究冷凍空調的部分, 提昇對冷凍空調方面的了解, 希望藉由我們的專題, 也可以提昇電機系的同學對於冷凍空調的認知 由於在高品質生活的時代裡, 人們都想過方便的生活, 但也為了讓人們能夠過著方便的生活, 因為各行各業都離不開冷氣, 而過去人們把冷氣當作奢侈品, 而現在是生活的必須品 我們製作的冷氣示教板是將空調系統細部分解, 我們所製作的空調最主要是要讓大家了解空調的基本構造與原理, 希望對大家有所益助 第二節研究目的 一 瞭解冷凍空調歷史及演進構造 二 瞭解冷凍空調基本構造與原理 三 瞭解冷凍空調對人 地球環境的影響 1
第三節研究方法 限制與步驟 一 研究方法 ( 一 ) 文獻研究法廣泛蒐集國內各大圖書館收藏之相關史料 書籍 期刊文章 學術論文 官方報告 新聞剪輯 政府公布官方資料, 以及網路上對冷凍空調之相關研究 進行探討分析 因冷凍空調為日常所需品, 其相關資料 研究報告日益增多, 本研究蒐集國內學者研究冷凍空調為主題的相關資料, 加以整理分析後, 提出本研究之具體研究結果 二 研究限制 ( 一 ) 本研究以冷凍空調探討為重點 ( 二 ) 礙於時間不足及工作上的限制, 現以本研究小組冷凍空調示範教學機為主題 2
三 研究步驟 開始 冷凍空調示範教學機 研究大綱訂定 資料蒐集及購買元件 NO 文獻分析法 YES 製作樣品 ( 電路測試 ) 製作電路及報告 結論 1 研究發現 2 研究建議 報告完成 結束 資料來源 : 研究組員繪製 圖 1-3-1 研究步驟圖 3
第二章冷氣空調之形成原理 第一節前言 大氣壓力時, 水不必被加熱到 100 C 就可以蒸發, 就如在空氣較稀薄冷凍空調系統在現今的社會中可說是處處可見, 如今已大量的使用在現代生活當中了, 舉凡商用建築 室內運動場 船用冷凍櫃 車輛內的中央空調 製程加工過程中的冷卻 超市食品的新鮮保存, 或是創造理想的研究工作環境等等, 均與冷凍空調技術脫離不了關係, 也因此使此一技術再度受到重視, 尤其當環保意識抬頭之後, 更受到全球各先進國家的高度關注 由於冷凍空調裝置是為一種熱機械, 利用冷媒作為工作流體在冷凝器與蒸發器之間往返作形態上之變化, 本身並不耗損, 所消耗的只是能源和電力, 因此在冷凍空調設備當中佔有舉足輕重的地位, 應首推冷媒這個工作介質, 所謂的冷媒, 是冷凍空調系統當中, 用以傳遞熱能, 產生冷凍效果之工作流體 ; 一個理想的冷媒除了要有穩定的熱力性質之外, 更應具備無毒 不爆炸 對金屬及非金屬無腐蝕作用 不燃燒 洩漏時易於察覺 化學性安定 對潤滑油無破壞性 具有較佳的蒸發潛熱 對環境無害等特性, 以發揮轉移熱能的效果 其中對環境的影響已廣泛的在世界各國當中提出研究與討論, 當中主要研究討論的項目包括了對臭氧層的破壞與地球溫室效應的問題, 而原因就出自於冷媒的組成, 過去為了達到較佳冷凍效率之目的, 最常使用之 4
冷媒為氟氯碳化合物 (CFCs), 但是使用 CFCs 冷媒所分出解來的氯原子會與臭氧層當中的氧原子產生化學反應, 而在整個反應過程當中氯原子是扮演催化的角色, 它本身並不會損耗, 因此一個氯原子往往能破壞成千上萬個臭氧分子, 使得臭氧層因臭氧分子的減少, 無法防止紫外線照射到地球表面, 造成人類皮膚癌 白內障罹患率的增加及免疫系統的破壞 ; 植物生態遭受改變, 其中光合作用的機能受到影響, 將延遲農作物之生長 ; 海洋中生物的食物鏈亦遭受破壞 ; 熱帶雨林平衡失調 ; 全球氣候產生變遷 另外研究發現, 氟氯碳化合物和氫氟氯碳化合物 (HCFCs) 的冷媒, 其化學性質非常穩定, 當其上升至大氣層後不易分解消散, 故易造成地球的溫室效應, 而溫室效應所帶來的影響將導致地球整體溫度上升 南北兩極冰山的融化 海平面上升, 使部分陸地被海水覆蓋, 並使整個地球氣候產生異常現象, 這種現象成為人類現今重大而棘手的問題, 嚴重威脅到人類的生存空間與環境 根據國際環保公約 蒙特婁議定書 (Montreal Protocol) 的制定, 目前世界多數的國家大都已將 CFCs 化合物以及其他破壞臭氧層的化學物質加以嚴格管制, 另外 HCFCs 化合物的臭氧層破壞潛勢雖然較 CFCs 為低, 不過在溫室效應方面的影響仍偏高, 因此被蒙特婁議定書列為第二波管制物質 我國雖然不是聯合國的會員國, 但為了防止臭氧層與溫室效應問題遭受到進一步的破壞, 仍然遵守蒙特婁議定書的管制時程 為了因 5
應其管制措施, 各國皆提出替代的方案, 目前較成熟的替代品為 HFCs 類的混合冷媒, 這種冷媒雖然完全不會破壞臭氧層, 但對地球仍然具有溫室效應的不良影響 為了要尋找對地球大自然環境更無害的冷媒, 世界先進國家都把目標朝向自然冷媒作為努力的方向, 例如氨 (NH3) 二氧化碳(CO2) 以及碳氫化合物 (HCs) 在政府研究單位與工業界的合作之下, 從了解臭氧層破壞問題的嚴重性, 到遵守蒙特婁議定書的決議, 我國已順利的完成破壞臭氧層化學物質減量的第一步 第二節空調歷史 能享受這種清涼的舒適感, 大家應感謝 冷氣機之父 開利 (Willis Haviland Carrier,1876_1950) 1902 年 7 月 17 日, 這名才從康乃爾大學畢業一年的年輕人, 在 水牛公司 (Buffalo Forge Co.) 工作時, 發明了冷氣機 但最初發明冷氣機的目的, 並不是為人們帶來舒適的生活環境, 而是為一些死物服務 話說當年水牛公司的其中一個客戶 紐約市沙克特威廉印刷廠, 它的印刷機由於空氣的溫度及濕度變化, 使紙張擴張及收縮不定, 油墨對位不準, 無法生產清晰的彩色印刷品 於是求助於水牛公司 開利心想既然可以利用空氣通過充滿蒸氣的線圈來保暖, 何不利用空氣經過充滿冷水的線圈來降溫? 空氣中的水會凝結於線圈上, 如此一來, 工廠裡的空氣將會既涼爽又乾燥 6
1902 年 7 月 17 日, 空調的時代就由這印刷廠首次使用冷氣機而開始 很快的, 其他的行業如紡織業 化工業 製藥業 食品甚至軍火業等, 亦因空調的引進而使產品質量大大提高 1907 年, 第一台出口的空調, 買家是日本的一家絲綢廠 1915 年開利成立了一家公司, 至今它仍是世界最大的空調公司之一 但空調發明後的 20 年, 享受的一直都是機器, 而不是人 直到 1924 年, 底特律的一家商場, 常因天氣悶熱而有不少人暈倒, 而首先安裝了三台中央空調, 此舉大大成功, 涼快的環境使得人們的消費意慾大增, 自此空調成為商家吸引顧客的有力工具, 空調為人們服務的時代, 正式來臨了 但說到空調可以普及, 主要是通過電影院可成事的 大多數美國人是在電影院第一次接觸到空調的 20 世紀 20 年代的電影院利用空調技術, 承諾能為觀眾提供涼爽的空氣, 使空調變得和電影本身一樣吸引人, 而夏季也取代了冬季成為看電影的高峰季節 隨後出現了大量全年開放的室內娛樂場所, 如賭場 室內運動場和商場, 這些都得歸功於空調的出現 其後因經濟大蕭條及二次大戰, 阻延了空調於家用方面的普及, 直到 50 年代經濟起飛, 家用空調才正式走入普羅家庭 第三節冷凍空調基本原理 冷凍空調基本概念, 可先以下面數例來解釋 : 一個人站在電風扇前面時, 感覺有風吹來 ; 若剛出浴或汗流狹背之際, 站在風扇前, 則 7
身體必感覺非常涼快, 且有微冷之感覺 ; 若皮膚表面抹擦酒精類具有高度揮發性的液體, 則皮膚更感涼爽 ; 究其原因, 係皮膚表面上之水份或酒精因蒸發面吸收大量人體熱之故, 且蒸發快慢與吸熱之多寡, 均因物質性質之不同而異 又酷暑之際, 午後陣雨前之悶熱及雨後之涼爽, 係因雲聚成雨之放熱現象, 及雨水沖走空氣及地面之熱和雨後部分水再度蒸發吸熱 加熱於金屬桿一端, 則另一端溫度亦隨之昇高 ; 一塊大的銅塊, 浸入少量沸水內, 結果金屬因吸熱而溫度升高, 沸水因失熱而溫度降低 ; 相反燒紅的銅塊浸入少量冷水內, 銅塊必失熱而溫度降低, 冷水必因吸熱而溫度升高 此例告訴我們, 熱經物體傳遞時, 均由高溫度傳向低溫度 兩個相同容積的鍋, 盛不同量的水放在同一火力大小的兩個火源上, 加熱十分鐘, 結果我們測得兩鍋內的水溫必不相等, 水量少的溫度高, 這最淺顯的例子說明, 同容積 同熱源 同加熱時間, 但不同容積之二種物質其結果, 溫度並不相同, 表示熱和溫度是兩件事, 並不相同 由上述幾個顯見例子, 可將冷凍之基本原理, 歸納為下列三點 : ( 一 ) 當固體變液體, 液體變氣體時, 需吸收熱量 ; 反之氣體變液體, 液體變固體, 需放出熱量 ( 二 ) 熱量傳遞 - 由高溫度傳至低溫度 ( 亦即由熱體傳至冷體 ) 8
( 三 ) 溫度的變化, 不僅與物質之性質有關且與體積 重量均有關 物體有三態 : 固態 液態及氣態, 依熱力學法則, 任何物質當其型態發生變化時, 不是吸取其周圍的熱量, 就是排放其本身的熱量 今吾人選定某種流體稱之為冷媒 (refrigerant) 將其放入某特定的系統稱之為冷凍系統 (refrigeration system) 讓它在該系統中, 週而復始地循環不已 因冷媒在系統中, 會產生排熱作用, 一面吸熱 一面排熱, 就達成冷凍效果的作用 何以冷媒再系統中會不斷地發生液態 «氣態的相變化呢? 因為決定物質存在型態的要因, 必須視其所在空間的溫度 (temperature) 與壓力 (pressure) 而定, 例如在一個標準大氣壓力下, 以液態存在的水, 當溫度被冷卻降至 0 C 以下時, 即凝固成為固態的冰, 若溫度被加熱提升至 100 C 以上時, 被蒸發成為氣態的水蒸氣 然而當壓力低於一般的高山上, 因大氣壓力比平地低, 所以燒開水較易沸騰 因此, 吾人欲使冷媒在系統中, 由氣態變成液態, 發生排熱作用, 而達到液化的目的, 有下列兩種方法 : ( 一 ) 加壓 : 可使用壓縮機 (compressor) 來壓縮氣態冷媒, 使其成為高溫高壓的氣態冷煤 ( 二 ) 冷卻 : 可使用空氣或水來冷卻高溫高壓的氣態冷媒, 達到散熱液化的目的, 如氣冷式或水冷式冷凝器 (condenser) 反之, 欲使冷媒在系統中, 由液態變成氣態, 產生吸熱 9
作用, 而達到蒸發冷凍的目的, 可使用下列兩種方法 : 1 降壓: 用節流器 (metering device) 來降壓, 可使液態冷媒再低壓力下易於蒸發吸熱成為氣態, 如毛細管 (capillarytube) 或膨脹閥 (expansion valve) 2 加熱: 液態物質被加熱很容易形成氣態, 在冷凍系統中, 經常有許多溫度高的物品置放在蒸發器 (vaporator) 周圍, 使蒸發器內液態冷媒受熱而蒸發成氣態, 借其蒸發潛熱 (latent heat) 吸收周圍熱量達到降溫效果 第四節冷凍空調循環原理 冷凝器 冷煤控制 R-22 壓縮機 蒸發器 圖 2-4-1 冷凍空調循環圖 資料來源 : 研究組員繪製 10
按照熱力學第二定律即克勞休不等律 (inequality of Clausius) 說法 : 在大自然界中, 熱可由高溫處轉向低溫處, 若熱由低溫處傳向高溫處, 必須藉由作功獲得 如一系統在進行一循環過程中, 自低溫的物品或空間 ( 冷凍庫 ) 吸收熱量產生製冷的效果, 再自外界加入機械功 ( 壓縮機 ), 而將熱量排出至較高溫的物體 ( 冷卻介質 ) 或空間, 則此系統被稱為冷凍系統 (refrigeration system) 在系統工作流體( 冷媒 ) 重複運轉的過程, 所進行的工作循環, 稱之為冷凍循 (refrigeration cycle) 冷氣機係利用冷凍循環之四個主要配件 : 壓縮機 冷凝器 冷媒控制器或稱阻流器 ( 毛細管 ) 蒸發器等組合而成而分離式的構造跟窗型是差不多的, 它把壓縮機冷凝器散熱風扇移到室外, 留下室內機 ( 蒸發器 ), 冷媒控制器 ( 毛細管 ) 有的在室內有的在室外, 大部分都把它移到室外機去以降低膨脹時候冷媒噴射所帶來的噪音 第五節空調相關相關知識 冷凍空調系統除了應具備四大主見外, 壓縮機 冷凝器 冷媒控制器及蒸發器外, 上有除液器 積液器 乾燥過濾器 及視窗等輔助元件, 以提高冷凍效果或減少系統故障之機會, 若再配合不同之冷媒控制方式及控制閥, 溫度計 壓力計 保護開關等, 則可提供冷凍空調原理之說明, 莫理爾線圖, 空氣線圖之運算, 以及從事操作冷凍循 11
環系統處理 故障判斷分析, 及冷凍 冷氣不同用途之管路系統練習之用 就驅動馬達與壓縮機關係位置而言, 目前常用壓縮機可分為三類 : ( 一 ) 開放式 - 即壓縮機與驅動馬達可拆卸者 ( 二 ) 半密室 - 即壓縮機與驅動馬達於同一外殼內, 但壓縮機之氣缸蓋, 曲軸箱部分封蓋以螺絲墊片封閉, 修理或檢查可拆卸 ( 三 ) 全密式 - 即壓縮機與驅動馬達置於同一全封閉之鋼殼內以電焊方式封閉, 只有剖開才可修理或檢查 第六節空調的構造 冷氣機係利用冷凍循環之四個主要配件 : 壓縮機 冷凝器 冷媒控制器或稱阻流器 ( 毛細管 ) 蒸發器等組合而成, 其各元件功能說明如下 : ( 一 ) 冷凍循環系統四大主件 1 壓縮機(compressor) 壓縮機是以馬達為動力, 將低壓低溫之氣態冷媒壓縮成高壓高溫之氣態冷媒, 也是冷媒在系統中循環之動力來源猶如人類之心臟 2 冷凝器(condenser) 12
冷凝器是將高壓高溫之氣態冷媒, 經冷卻介質 ( 空氣 水 ) 冷卻 ( 放熱 ) 成高壓中溫之液態冷媒 在蒸發器中由冷媒所吸收的室內熱量, 即藉由冷凝器, 利用冷卻介質及風扇吹送至室外空氣中, 在此過成為放熱作用, 多餘的熱能由冷卻介質帶走 冷凝器冷卻介質的不同, 可分為下列三種 (1) 氣冷式 : 以空氣為冷卻介質 (2) 水冷式 : 以水為冷卻介質 (3) 蒸發式 : 以空氣和水為冷卻介質, 利用水之蒸發及空氣之傳熱帶走冷凝器之凝結熱 3 冷媒控制器(controller) 冷媒控制器又稱節流器主要作用是將高壓中溫之液態冷媒降壓成低溫之液態冷媒, 目的是配合之蒸發器蒸發溫度, 溫度要求越低降壓則越低 在小型冷凍空調系統大多是採用毛細管, 在大型冷凍空調系統多採用膨脹閥或浮球控制器 4 蒸發器(evaporator) 是將低壓中溫液態冷媒蒸發吸熱成低溫低壓之氣壓冷媒, 當室內空氣流經蒸發器, 此冷媒吸收室內空氣之熱量而蒸發, 造成流經蒸發器之室內空氣中下降, 達成冷氣目的 蒸發器的形式種類可分如下 : (1) 依冷媒在蒸發器內的狀態下可分為 13
a 乾膨式蒸發器 b 滿液式蒸發器 c 液冷煤循環式蒸發器 (2) 依構造形式可分為 a 裸管式蒸發器 b 鰭片式蒸發器 c 版片式蒸發器 (3) 依蒸發器的應用可分為 a 直接膨脹式 b 間接膨脹式 ( 二 ) 冷媒控制器之種類 1 毛細管(capillary tube) 2 恒壓膨脹閥, 又稱自動膨脹閥 (automatic expansion valae) 3 恒溫膨脹閥(thermostatic expansion valae ) ( 三 ) 冷凍系統輔助元件之種類 1 儲液器(receiver) 2 分液器(accumulator) 3 乾燥過濾器(dryer-filter) 4 溼度視窗(moisture liquid indicator) 5 視窗(sight galss) 14
( 四 ) 壓力表 1 高壓壓力表(hight pressure gauge): 排氣壓力表 凝壓力表 2 低壓壓力表(low pressure gauge): 吸氣壓力表 蒸發壓力表 ( 五 ) 溫度測試計 ( 六 ) 各種保護開關 1 高壓保護開關(hight pressure gauge) 2 低壓保護開關(low pressure gauge) 3 溫度調節開關(thermostat) 4 配電含總開關(main power switch) 5 冷凝器風扇開關(condenser fan motor switch) 6 壓縮機開關(compressor switch) 7 蒸發器開關(evaporator fan motor switch) 8 啟動開關(starter relay) 9 電容器(capacitor) 10 過載保護開關(over load relay) ( 七 ) 手控閥 (copper hand valve) ( 八 ) 風扇馬達 (fan motor): 蒸發器風扇馬達 冷凝器風扇馬達 ( 九 ) 冷媒一種容易揮發的液體, 在冷凍系統管路中循環, 好比人體之血液一樣, 在蒸發器中扮演吸熱的作用, 在冷凝器中扮演放熱作 15
用 所以冷氣系統不是製冷之機械, 而是熱量搬運機械, 將室內之熱量運至室外而已 第七節冷媒的基本選用原則 ( 一 ) 安全性要高 ( 無毒性 無燃燒性 無爆炸性 無腐蝕性 ) ( 二 ) 化學性質安定 ( 在使用的溫度範圍內, 不會因溫度的變化而產生變質 ; 且使用壽命長久 ) ( 三 ) 壓縮過程中不會液化 ( 四 ) 具潤滑性, 且與冷凍油易於分離, 不與冷凍油發生作用 ( 五 ) 黏滯性低, 減少在管路流動的能量損耗 ( 六 ) 抗電性要大, 具高度絕緣性 ( 七 ) 比容要小, 節省冷媒在系統所佔的空間 ( 八 ) 低溫的潛熱值要大, 以獲得較大之冷凍能力 ( 九 ) 含水性低, 如冷媒含水易造成管路腐蝕, 同時易於膨脹閥處結冰造成阻塞 ( 十 ) 運轉時壓力要低, 但低壓之壓力最好高於 1 大氣壓, 以防止外氣滲入系統中 ( 十一 ) 運轉時高低壓力差要小, 以節省壓縮機的耗電 ( 十二 ) 溫室效應與臭氧層破壞能力要低, 符合環保要求 1 水份對冷媒之影響 (1) 已確實証明水份 (moisture) 或多或少會和現今常用之冷媒 16
結合, 因而產生高腐蝕性化合物 ( 通常為酸類 ), 進而與系統潤滑油及其它材料反應 ( 而且包含金屬 ), 此類化學反應常導致斑蝕, 並對閥門 墊片 軸承 汽缸壁及其它光滑表面產生危害, 同時也會使潤滑油劣化, 並且因金屬屑或雜物的產生而阻塞閥門及油路通道, 亦會在軸承面產生刮痕進而導致設備壽命降低 (2) 水份的腐蝕性亦將導致壓縮機閥門失效, 在密閉式馬達壓縮機型式中則使馬達的絕緣繞阻失效, 導致馬達短路現象 (3) 水份在冷凍系統中可能以 自由水份 (freewater) 或與冷媒混合等型態存在, 當系統內水汽以自由水份出現時, 它將可能在冷媒控制裝置上結冰 (4) 一般而言, 在冷媒控制閥口處若有冰的出現, 將使流過元件的液態冷媒量減少, 導致系統將無法運作, 直到冰融化而流體可通過該控制元件時, 系統功能才恢復正常 在此種情形下, 冷凍能力將斷斷續續, 隨著控制閥口上冰的融解或結冰而使液態冷媒開始流動或止 (5) 氨對水有高的親和力, 因而能吸收大量水份, 因此在此種冷媒之系統上反而較少發現有自由水汽之出現 (6) 水和氨的結合產生氨水溶液, 具有極強之鹼性, 會侵蝕非鐵金屬 ( 如銅與黃銅 ), 但對鐵或鋼或其它材料則較無影 17
響 基於此理由, 即使系統內出現大量的水氣, 氨系統仍可順利地運轉 (7) 鹵碳化物冷媒稍有水解現象, 並僅能產生少量的酸或腐蝕性化合物 一般而言, 假若高品質的潤滑油及合理的低出口溫度, 使用鹵碳化物冷媒在水汽含量低時, 將較無腐蝕性的問題 2 冷媒與冷凍油之混合性 (1) 考慮與油之混合性時, 冷媒可分為三種類別 : 在冷凍系統任何狀態下均可與油混合 在冷凝時可以混合, 在蒸發時則與油分離 在系統中均不能與油 ( 或僅有微量可以 ) 混合 (2) 不論冷媒與油之混合性高低是好或壞, 仍存在有一些爭論性, 但在任何情形下與油混合性之有無並非冷媒選取時重要參考因素 既然此性質會影響壓縮機及其它元件的設計及冷媒管路的設計, 因此與油之混合性亦算是冷媒的重要特性, 有時也應加以考慮 (3) 對於冷凍油的考慮, 當油與冷媒之混合性好時, 會在壓縮機曲柄軸箱內將油稀釋, 因而降低油的薄膜黏度, 使潤滑品質降低 為彌補冷媒的稀釋效應, 使用與油混合性好的冷媒壓縮機, 在選用潤滑油時, 即應採用較具黏滯性的潤 18
滑油 3 冷媒與油之關係 (1) 壓縮機所需要的潤滑油一般均存放在壓縮機曲柄軸箱內 (2) 當有雜質出現, 如空氣及水氣, 只需在系統內有某一程度量, 涉及雜質 冷媒與潤滑油三者之化學反應將發生, 並導致油的分解 腐蝕性酸及污物的產生, 乃至鍍銅 (copper plating) 現象, 且有光滑之金屬表面被嚴重腐蝕等問題 高出口溫度往往會加速上述之破壞過程, 特別是潤滑油的分解, 並經常導致出口閥門及活塞 活塞頭及出口管路等位置有積碳之現象, 此現象在使用精煉不佳的潤滑油時將更形惡化, 因為此種冷凍油含極高比例之未飽和碳氫化合物, 呈現極不穩定之化學特性 (3) 各種壓縮機零件鍍銅情形常出現在使用鹵碳化物為冷媒時, 具有光滑金屬表面而且有熱點發生之元件更容易出現此種現象, 例如軸封 活塞 氣缸壁 軸承表面及閥門等 確實引起鍍銅之原因仍未知, 但有足夠証據顯示來自於水汽與劣化之潤滑油為兩種主要的原因 由於使用氨為冷媒時不可使用銅材質, 因此鍍銅現象在氨系統中並不會發生 (4) 在任何情況下, 若不考慮冷媒與潤滑油間不當反應作用的現象及原因, 只要使用高品質具低的流動點 (pour point) 19
及蠟點 (floc point) 的潤滑油, 並維持系統內相當低的空 氣及水氣含量, 且設計系統較低的出口溫度, 便可大大降 低或消除此鍍銅現象 20
第三章冷凍空調之選項 第一節空調的功能 人類的身體對於溫度與濕度都非常敏感, 天氣太熱會汗流浹背, 天氣太冷會直打噴嚏, 因此, 空調設備可提供人類舒適的溫度環境, 使人身體健康, 工作愉快 空調機有調溫 除濕 換氣及過濾空氣等四種功能 ( 一 ) 調節室內溫度冷氣機可調節室內的溫度, 利用蒸發器 冷煤 風扇所做的熱交換, 不斷吸收室內的熱量, 以冷媒為媒介將熱排出室外, 而使室內溫度降低, 讓人感覺涼爽 舒適 另暖氣機則可提高室內溫度, 使人感到暖和 其工作原理 結構與冷氣機相同, 兩者間之差異只在工作循環方向相反 冷 暖氣通常組合在同一台機器上, 稱之為冷暖氣機 ( 二 ) 調節室內濕度冷氣機亦可調節室內濕度, 由於冷空氣所含的濕度量比熱空氣少, 所以當冷氣機運轉使室內溫度降低, 即可達到除濕的目的, 保持室內的乾爽 舒適 ( 三 ) 更換新鮮空氣進入室內 21
冷氣機裝有換氣開關, 可藉換氣開關將室外的新鮮空氣送入室內, 藉使室內之舊空氣與室外新鮮空氣交換, 而維持室內空氣清新 ( 四 ) 過濾空氣中的灰塵冷氣機內的空氣過濾網, 可以過濾空氣中的灰塵及雜物, 保持室內空氣的清潔 第二節空調的種類 ( 一 ) 窗型在台灣最普遍採用之機種, 其壓縮機 冷凝器 蒸發器 風扇集中於一機體內 優點為可直接裝設於建築物之冷氣孔或窗台, 安裝簡便, 且價格較低 缺點為運轉噪音大 冷氣能力一般在 1800~7000Kcal/h 之間 ( 二 ) 窗型直立式與窗型一樣, 壓縮機 冷凝機 蒸發器 風扇等集中於一機體中 對於未設置冷氣安裝孔的房間, 可選擇採用此型, 直接裝於窗戶孔 安裝簡便為其最大優點, 惟對於窗戶之開關將產生不良影響 冷氣能力通常在 2500Kcal/h 以下, 適用於空間較小之房間 ( 三 ) 移動式冷氣機 22
和窗型冷氣機構造一樣, 唯一不同在於裝有輪子, 可任意移動, 對於固定式冷氣安裝不便之小空間適用, 但是需安裝排熱風管及倒冷凝水為此機型較為不方便之處 其冷氣能力一般在 1800Kcal/h 以下 ( 四 ) 分離式冷氣機與窗型冷氣最大的不同在於其將蒸發器 送風扇與冷凝器 壓縮機 排熱風管分別裝置於獨立的機箱中, 即所謂的室內機與室外機, 兩機間以粗細不同的冷媒管連接, 形成封閉的冷媒工作迴路 此外並連接控制線路, 以便由室內機傳送控制訊號至室外機, 控制室外機之運轉 優點為將壓縮機置於室外, 可降低室內噪音 可裝設於窗型機無法裝設之房間 室內機外型美觀可配合裝潢選擇室內機型式 ( 嵌入 懸吊 壁掛 ) 可一具室外機搭配多具室內機 缺點為安裝複雜費時 價格較高 安裝技術性高, 若冷媒管太長或彎曲過多將使效率降低 一般家庭用冷氣能力在 2000~10000Kcal/h 之間 ( 五 ) 箱型冷氣機箱型冷氣機可分為氣冷式與水冷式兩種 氣冷式與分離式冷氣機類似, 差別僅在氣冷式箱型機冷氣能力較強, 故室內 外機體積較龐大, 其冷氣能力一般在 3.8 冷凍噸間 而水冷式則與上述機型有較大差異, 此機型由於冷氣能力一般在 5-30 23
冷凍噸之間, 故採用水冷式, 以有較佳的排熱效果, 其排熱方式為將水導入冷凝器吸收熱能後, 利用水泵將之送至冷卻水塔散熱, 然後再送回冷凝器吸熱而成一冷卻循環回路 通常使用於商場 辦公室等空間較大之地點 ( 六 ) 中央空調系統對於辦公大樓 廠房等大型空間之建築物多採中央空調系統 近年來因供電吃緊, 為移轉尖峰用電及節約能源, 儲冰式及吸收式中央空調系統已逐漸為使用者所採用 第三節空調的選購 ( 一 ) 選擇適合建築物之機種家用冷氣機主要有窗型 窗型直立式 移動式 分離式及箱型等, 因此在決定機型之前, 必需對所欲安裝之地點及機型有充分的瞭解 例如 : 有否既設冷氣孔或窗戶孔可供安裝? 裝設於窗戶孔是否要會影響窗戶之正常功能? 是否要選用分離式冷氮機? 有否適當地點放置室外機? 管線應如何配置? 室內空間太大或太小時是否選用箱型或移動式? 冷凝水排放於何處? 若在購買前問題能充分瞭解, 則越能享受冷氣機所帶來的舒適 ( 二 ) 依房間大小選擇適當容量的冷氣機 24
通常家庭使用的冷氣機為窗型 分離型及冷氣機應配合房間大小選擇適當的機種, 若冷氣機容量太小時不能得到適宜的冷房效果, 太大時因自動溫度調整開關動作頻繁, 使壓縮機斷續運轉, 導致室內忽冷忽熱無法維持一定溫度, 冷房效果不佳且浪費電力 選擇適當冷氣機 ( 冷凍 ) 噸數可從下列簡易公式得知 : 450Kcal( 仟卡 )/ 時 X 宅內坪數 /1 冷凍噸 (3024Kcal/ 時 ) =0.15X 坪數 = 即是所需之噸數例 :5 坪大的房間, 需要的冷氣噸數 450Kca1/ 時 X5 坪 /3024Kcal/ 時 =0.15X5=0.75 冷凍 ( 三 ) 選擇高 EER 值的冷氣機 EER 值為表示冷氣機效率的重要指標,EER 值越高表示該冷氣機效率越高越省電, 如果你想換新或購買冷氣機, 記得 EER 值是非常重要的評估標準,EER 值每升高 0.1 千卡 / 時. 瓦, 耗電量將減少 4% ( 四 ) 選擇有微電腦定溫 定時及睡眠裝置功能之機種冷氣機有上項功能時, 帶給使用者合宜舒適的生活環境, 並且可節約用電, 節省可觀的電費支出 ( 五 ) 考慮採用變頻式冷氣機傳統冷氣機目前多以控制壓縮機馬達的運轉與停止兩段, 做溫度的控制, 因此溫度無法保持穩定, 呈上下波動 而變頻式冷氣機, 則以改變壓縮機電源頻率, 達到壓縮機連續無 25
段轉速變化, 可使室內溫度幾成恆溫狀態 此外變頻式尚有噪音小 冷房速度快, 節省能源及電費等多種優點, 惟價格較高 第四節空調的安裝 ( 一 ) 正確的安裝冷氣機室外側的功能是將熱散出室外, 附近如有牆壁或障礙擋住吸入口或排出口, 機組吹出的熱風, 將使周圍的溫度升高, 造成熱風再度被吸人, 且排出口的排出風量也會減少, 以致電能的消耗增加, 機器效率降低並將使冷氣機為命縮短 為了得到良好的散熱效果, 必須注意通風是否良好, 通常吸入口與牆壁的距離應保持在 50 公分以上, 又為避免吹出的熱風再被吸人, 排出口與牆壁間之距離應較充裕, 必須有 1.5 公尺以上 同時冷氣機裝設高度應有 1.5 公尺以上的高度 此外在室內側部分, 為使溫度分佈均勻, 保持最大效率, 應儘量裝在房間中央, 而冷氣出口亦不可有障礙物, 以使冷氣有較佳的冷房效果 ( 二 ) 不要裝在日光直射的地方散熱的效率降低, 且將增加約 16.5% 的電力消耗 所以要使機器效率高, 冷房效果好, 冷氣機應安置在通風較好, 不受日光直射的地方, 另外裝設的地點亦應避免靠近其他熱源 ( 三 ) 裝設日光遮蓬 26
當冷氣機機體受日光直射, 機體與周圍的溫度上升, 機器的效率降低, 用電增加 所以對於無法避免, 需安裝在陽光直射的地方時, 應裝設遮陽蓬以保護冷氣機不受太陽直射 同時也可避免雨淋, 延長冷氣機壽命 ( 四 ) 分離式冷氣機配管要短分離式冷氣機之室外機應儘可能接近室內機, 其冷媒連接管宜在 10 公尺以內, 並避免過多彎曲, 否則會大幅降低冷氣機能源效率 冷媒連接管, 如果太長或彎曲部份太多, 會妨礙冷媒之熱移動, 使冷氣效率降低 根據實驗 : 假設冷媒配管 3 公尺之效率為 1OO%, 則 5 公尺之效率降為 97%,10 公尺之效率降為 95% 所以室外機與室內機距離愈短愈好 又配管彎曲部份的曲率半徑應在 10 公分以上 ( 五 ) 公共環境的維持公共環境的維持, 冷凝水排放不可影響鄰門及樓下行人, 應妥善處理 安裝時應注意置於運轉盤及吹出之熱風不影響鄰人之地點, 且對於安裝地點及使用材料之安全與堅固性, 亦應慎重考慮 ( 一 ) 詳閱使用手冊 第五節空調的使用與保養 27
初次使用應詳閱使用手冊, 並依據說明操作, 使用中如有不明瞭, 應查閱使用手冊, 請勿任意拆解 操作, 以維持機器正常功能 ( 二 ) 溫度調節 1 溫度設定 26-28 度 C, 室溫低於 28 度 C 時儘量避免使用冷氣機, 可打開窗戶使自然風流通或使用電風扇 冷氣使用時溫度設定不低於 28 度 C, 以節約用電 2 若溫度設定每提高 1 度 C, 將可節省 6% 的電力消純 3 晚上睡覺時請使用 睡眠定時開關, 冷氣機會自動調整溫度以避免著涼 4 使用時風量應適中, 以節省能源及降低運轉聲, 冷度夠冷時以弱速運轉即可 5 冷氣機不要直接吹向人體 同時不要使室內外的溫差過大, 保持室內溫度低於室外 3-5 度 C, 以確保人體的健康 6 與電風扇同時使用 可使屋內冷氣分佈較均勻, 而不需降低設定溫度, 節省電力 ( 三 ) 房間不要受日光直射陽光由窗戶射入屋內之輻射及照射外牆產生的熱量, 將加重冷氣機負荷, 因此應設法避免陽光直射屋內, 一般改善方式如下 : 28
1 東西向窗戶早上及傍晚時陽光斜射, 遮蓬無法遮住, 可使用竹簾或窗簾, 約可減少 35% 的輻射熱 百葉窗開啟操作輕便, 可以防止日光進入, 也可調節房間的光線 2 對於住在頂樓之住戶, 夏日強烈陽光直射樓頂, 由於熱的傳導造成屋內溫度上昇 故可於屋頂架設遮陽黑網 種植花木以減少日曬, 降低冷氣負荷 3 在屋外種植落葉樹約可阻擋 80% 的熱, 夏天可以遮擋陽光, 冬天樹葉落了, 陽光又可以射入屋內, 或可種植爬藤植物 4 在窗外加裝遮陽雨蓬, 除可有效遮雨外, 亦可阻擋陽光直射屋內, 避免屋內冷氣負荷加重 使用遮陽雨蓬約可減少 75% 的輻射熱 ( 四 ) 防止冷氣外洩冷氣運轉中應關妥門窗, 對於開放式商店則應於人口處裝設空氣簾以減少冷氣外洩, 以免增加耗電 ( 五 ) 換氣冷氣機的換氣開關, 偶而有必要開啟, 以引進新鮮空氣, 避免空氣品質惡化, 雖稍增加冷氣負荷, 但兩者必須權衡兼顧 ( 六 ) 避免使用發熱器具冷氣開放中避免使用發熱量高的器具, 防止冷氣負荷增加 29
( 七 ) 冷氣機不使用時冷氣機不使用時, 應養成隨手關掉電源的習慣 ( 八 ) 定期清潔外殼及空氣過濾網 1 空氣過濾網可有效濾除空氣中之塵埃, 且可防止灰塵附著在熱交換器及風扇, 如附著灰塵過多, 會妨礙空氣流通, 浪費電力, 因此過濾網至少應每 2-3 週清洗一次 2 冷凝器 蒸發器可用吸塵器去除灰塵雜物, 外表應以乾布擦拭乾淨, 以免阻塞減低冷氣機的效率 3 應經常掃除附著面板的塵埃等, 以免影響冷氣機的美觀 ( 九 ) 季前開始及季末停止使用時之保養 1 季前開始使用時, 先送風半小時後再使用冷氣, 必要時閱讀使用說明書注意事項 2 季末使止使用時, 請開啟送風運轉半天 ( 不開冷氣 ), 使機體內部充分乾燥, 濾網及外殼 ( 面板 ) 清洗乾淨, 露在室外的部份, 應用保護套遮蓋, 避免雨及塵埃的侵入 第六節何謂變頻式冷氣 傳統式的冷氣壓縮機它一通電運轉之後, 速度是固定的, 且每分鐘是一個固定的轉速, 不能增快也不能減低轉速 這使我們要求冷氣時, 須要靠讓它運轉跟停才能控制室內的冷度, 使之儘量接近於我們的冷度要求 變頻式的冷氣壓縮機可以經由我們控制它的供電頻率而 30
使這台心臟每分鐘概略最低低到每分鐘約 800 多轉, 最高提昇到每分鐘 3300 轉 因為頻率改變, 冷度的快慢改變, 冷度的精準度改變, 運轉聲音改變, 用電量也改變 ( 一 ) 變頻式冷氣與非變頻式冷氣 ( 以下稱傳統式 ), 其冷氣運轉情形大致如下 : 1 變頻式起動運轉時, 壓縮機平滑起動, 並於短時間內運轉至最高轉速 (1) 傳統式起動時須要相當大的力量, 因而形成起動電流 一般的起動電流約為運轉電流的 4~6 倍, 運轉中, 則視實際溫度超越設定溫度相當的度數後, 方停止壓縮機運轉 (2) 變頻式運轉中, 則視實際室溫與使用者設定的溫度差, 決定壓縮機是否持續於最高轉速運轉, 如果達某一溫差的公差內, 將降低壓縮機轉速於最低轉速運轉, 以保持穩定的室內溫度 ( 二 ) 變頻式冷氣機的優點 1 不會有如傳統式冷氣機起動時的大振動與噪音 2 不會有如傳統式冷氣機運轉時, 壓縮機常關開關開, 由於起 31
動時之瞬間耗電頗大, 壓縮機常開關, 不但耗電而且噪音大 3 可使壓縮機提供較高的轉速, 並配合室內風扇轉速, 以使空調系統具有進行強制冷暖效果, 以使室內溫度在短時間內, 便能達成使用者設定的溫度值 4 傳統式冷氣機運轉模式, 常讓使用者感覺時冷時熱的不舒服適, 變頻控制可將室內的溫度變化範圍縮小, 而提供使用者需求的舒適環境 5 當使用於一對多的變頻分離式空調系統時, 其具有依所需求之室內機開啟的台數, 決定壓縮機轉速來提供系統需求的冷媒流量, 不但達成小體積具大冷房容量變化範圍的壓縮機特性, 又不會有用電過浪費的情形 6 最新型的直流變頻馬達, 更減少了馬達通電後, 無法避免的交流聲, 使聲音更安靜 變頻冷氣在省電的效能上絕對比傳統冷氣省電 因此適合長時間需要開冷氣的地方來使用, 效果將會更加卓越 變頻冷氣之所以可以省電, 主要原因和恆溫功能有關 傳統的冷氣都是先將壓縮機啟動使室內的溫度降低, 等到溫度降至比設定溫度還低一度的時候便會停止, 然後轉為送風模式並將冷空氣抽出去交換室外新鮮的熱空氣進來, 藉已達到換氣的功能 等到溫度又比設定的溫度還高兩度的時候, 冷氣又會再次的啟動壓 32
縮機降溫, 就這樣一直反覆的操作下去 而變頻的冷氣則剛好與其相反, 他的壓縮機就和電扇的馬達相同, 可以分段微調轉速 所以只要冷氣機一開啟後, 壓縮機就會不停的運轉 當冷氣的溫度降的比設定的溫度還低時, 壓縮機便會減速運轉, 且同時進行送風與換氣的動作 而溫度上升時就會自動加快壓縮機的轉速, 並且送出冷風降溫 ( 三 ) 變頻式冷氣與一般式冷氣的差異速冷 恆溫 省電 安靜 低啟動電流變頻與非變頻主要差別在使用的壓縮機運轉特性差異不同, 非變頻冷氣在使用過程為維持設定溫度, 壓縮機常走走停停, 啟動 停止次數一多消耗電力起動電流因此激增! 而變頻冷氣只要利用頻率調變來控制壓縮機運轉效率, 不僅沒有走走停停的耗電問題, 使用時也少有啟動關閉壓縮機造成的運轉噪音, 加上新款的變頻式冷氣 COP 值大都優於傳統非變頻冷氣甚多, 變頻機種也成為精省一族的省電新選擇 變頻壓縮機採用無刷馬達和傳統 DC 馬達原理相反, 轉子是永久磁鐵定子為電磁鐵, 由於沒有碳刷, 所以他幾乎不會損耗! 但由於定子繞組產生的磁場方向, 必須隨著轉子磁極的位置而變動, 所以必須控制定子繞組的電流, 同樣地使定子磁場和轉子磁場方向相垂直, 以產生最大轉矩 33
( 四 )AC 交流變頻與 DC 直流變頻之比較交流變頻是比較早期的變頻控制方式, 當時是採用三相交流感應馬達, 不過為了更省電, 無刷馬達的出現可說是關鍵, 傳統冷氣機所使用的交流感應馬達, 只要加上電壓即可開始旋轉運動, 但在 DC 馬達上, 可就不是這樣了, 因為輸入端的電源為直流電源, 所以當直流有刷馬達的轉子需透過碳刷和換相片來改變電流的換向動作, 使馬達繼續旋轉 不過冷氣壓縮機不可能用這玩意, 因為碳刷會因和換向片長期接觸磨擦而磨耗, 而且換向時會產生火花, 不適合在高轉速 長時間 危險性高的場所 無刷馬達簡單的說和傳統 DC 馬達為相反原理, 轉子是永久磁鐵, 定子是電磁鐵, 由於沒有了碳刷, 所以他幾乎不會損耗! 不過相對的, 由於定子繞組產生的磁場方向, 必須隨著轉子磁極的位置而變動, 所以必須控制定子繞組的電流, 同樣地使定子磁場和轉子磁場方向相垂直, 以產生最大轉矩, 簡單的說! 一具高瓦數的 DC 無刷馬達控制器是最大的關鍵, 而這是也最貴的零件!( 而且無刷馬達有尺寸問題, 所以大型空調系統目前多還是用交流馬達為主 ) ( 五 ) 變頻及新式直流變頻的驅動控制原理 1 變頻冷氣壓縮機: 一般變頻壓效率較低, 可調能力範圍較 34
小控制方式 PWM 功因只有 90% 較耗電溫度控制設定溫無法微調除濕功能除濕時室溫會下降 2 直流變頻冷氣壓縮機: 直流無刷雙迴轉式汽缸效率較高, 可調能力範圍較大, 省電無聲控制方式 PAM+PWM 雙重調變, 提高功因 99% 溫度控制體感 Fuzzy 控制可微調提供舒適的環境除濕功能超低頻運轉, 除濕不降溫除濕功能超低頻運轉, 除濕不降溫除濕時室溫會下降 ( 六 ) 總結以上的分析直流變頻的的簡單解說 ~~~PAM+PWM 雙重調變將巿電單相或三相的電源先來一次輸入高壓整流器 ~ 整流後便成了帶有 180 度正弦波直流電 ~~ 再利用 180 度正弦波再生放大, 接到溫度類比訊息變換其運行頻率成 15 赫茲到 120 赫茲, 變動成 DC 驅動無刷直流壓縮機 ( 直流變頻空調 ) 省電高達 50%-80 ( 一 ) 壓縮機跳脫 1 冷媒太少 2 壓縮機的壓縮無效 3 壓縮機閥片破裂 4 電壓不足 5 電源供應之相位錯誤 第七節故障判斷與故障排除 35
6 壓縮機顫動( 接近卡住狀態 ) ( 二 ) 壓縮機過載繼電器跳脫 1 電壓不足 2 壓縮機馬達故障 3 電源供應之相位錯誤 4 電纜線徑太小 5 壓縮機超載故障 6 壓縮機電磁接觸器故障 7 壓縮機過載設定不當 8 配線錯誤 9 配線鬆脫 10 壓縮機束心, 卡死 11 壓縮機顫動( 接近卡住狀態 ) 12 線徑過小或配線不當 ( 三 ) 壓縮機油壓開關跳脫 1 冷凍油太少 2 油過濾器阻塞 3 油泵故障 4 曲軸箱油加熱器未通電 ( 四 ) 冷凝器風扇馬達過載跳脫 36
1 電壓不足 2 電源供應之相位錯誤 3 電纜線徑太小 4 配線錯誤 5 線徑過小或配線不當 6 風扇馬達之過載繼電器故障 7 過載電流值設定不當 8 風扇馬達故障 9 風扇馬達軸承磨損 10 風扇馬達電磁開關故障 11 配線鬆脫 ( 五 ) 風扇機組噪音 1 風扇不平衡 2 風扇皮帶調整太緊 3 風扇皮帶調整太鬆 4 風扇馬達軸承磨損 5 驅動輪與被動輪不在同一平面 6 V 型皮帶單測磨損 ( 六 ) 壓縮機噪音 1 壓縮機閥片破裂 37
2 液壓縮 3 油壓不良 4 壓縮機顫動( 接近卡住狀態 ) ( 七 ) 電氣零件噪音 1 壓縮機電磁接觸器故障 2 電磁接觸器接點表面不潔 3 風扇馬達軸承磨損 4 配線鬆脫 ( 八 ) 其他零件噪音 1 按裝不當 2 運輸時使用之防震器未拿下 3 螺絲或螺栓鬆脫 4 管路嘎嘎作饗 ( 九 ) 壓縮機與冷凝器或風扇馬達無法啟動 1 配線斷線 2 電源供應斷路 3 主保險絲燒毀 4 控制保險絲燒毀 5 無電源供應 6 配線錯誤 38
7 路徑過小或配線不當 8 風扇馬達開關的電磁閥線圈損壞 9 配線鬆脫 ( 十 ) 主斷路器跳脫 1 電壓不足 2 壓縮機馬達故障, 電源供應之相位錯誤 3 電纜線徑太小 4 電磁接觸接點表面不潔 5 線徑過小或配線不當 6 壓縮機旋轉零件因缺乏潤滑而卡死 7 配線鬆脫 8 壓縮機顫動( 接近卡住狀態 ) ( 十一 ) 冷凝器風扇馬達無法啟動 1 配線連接斷線 2 配線錯誤 3 配線鬆脫 4 無效之配線或連鎖 ( 十二 ) 壓縮機無法啟動 1 配線斷線 2 配線錯誤 39
3 配線鬆脫 4 溫控器設定不適當 5 壓縮機電磁接觸器線圈開路 6 溫控器故障 40
第四章冷凍空調示範機空調示範機介紹 第一節冷凍空調示範機循環圖 溫度感應器 保護開關 3 分鐘 蒸發器 110VAC 電源 控制機板 電容器 壓縮機 風扇馬達 低壓管 ( 錶 ) 紅色 圖速控制 控制機板之 綠色 高壓管 ( 錶 ) 冷凝器 資料來源 : 研究組員繪製 圖 4-1-1 冷凍空調示範機示意圖 41
空調示範機 圖 4-1-2 冷凍空調示範機電路圖 資料來源 研究組員繪製 圖 4-1-3 冷凍空調示範機 資料來源 研究組員拍攝 42
空調示範機 第二節 第二節 冷凍空調示範機細部名稱介紹 冷凍空調示範機細部名稱介紹 壓縮機啟動電容器 壓縮機啟動電容器 控制機板 圖 4-2-1 壓縮機啟動電容控制機板 資料來源 研究組員拍攝 溫度感應器 圖 4-2-2 溫度感應器 資料來源 研究組員拍攝 43
空調示範機 變電器 圖 4-2-3 變電器 資料來源 研究組員拍攝 圖 4-2-4 電容器 資料來源 研究組員拍攝 44
空調示範機 圖 4-2-5 壓縮機 資料來源 研究組員拍攝 風扇馬達 圖 4-2-6 風扇馬達 資料來源 研究組員拍攝 45
空調示範機 圖 4-2-7 風扇控制機板 資料來源 研究組員拍攝 冷凝器 圖 4-2-8 冷凝器 資料來源 研究組員拍攝 46
空調示範機 低壓管 高壓管 3 分鐘保護開關 分鐘保護開關 圖 4-2-9 高 低壓管及 3 分鐘保護開關 資料來源 研究組員拍攝 圖 4-2-10 高壓管錶 資料來源 研究組員拍攝 47
空調示範機 圖 4-2-11 低壓管錶 資料來源 研究組員拍攝 蒸發器 圖 4-2-12 蒸發器 資料來源 研究組員拍攝 48
第五章結論 第一節空調對人的影響 溫度的變化對皮膚有很大的影響 有些人在烈日下熱得滿身大汗, 全身濕透的情況下, 衣服便失去保暖的作用, 溫度在二十四度下, 對人體來說是最舒服的溫度, 但是對衣服濕透的人來說, 感覺可能不到二十度, 皮膚表層的水分又一直被蒸發 帶走熱量, 容易造成體表溫度太低而失溫, 而容易受到病毒入侵, 這時一進到冷氣房, 皮膚表面毛細孔也緊縮, 此時汗液 皮脂腺無法正常分泌, 血管會突然收縮, 除了可能出現皮膚的問題之外, 如果剛好接觸到病毒, 病毒便很容易在此時入侵, 使人發生感冒等問題 進進出出冷氣房, 最常見的就是過敏的問題, 例如過敏性鼻炎, 在周遭溫度忽冷忽熱的時候, 便很容易惡化 ; 因為在冷空氣中, 鼻黏膜血管收縮, 遇熱時鼻黏膜血管又擴張, 在這種變化下, 會分泌出很多的液體, 表現出來的症狀就是打噴嚏 鼻塞 流鼻水, 還會釋放出過敏物質, 嚴重時可能誘發氣喘, 加上支氣管突然暴露在低溫下, 冷空氣直接使支氣管及血管收縮, 更加速誘發氣喘 ; 頻頻進出冷氣房, 還有一個問題, 就是影響體溫調控, 對年紀較大 身體虛弱或有慢性疾病 ( 如糖尿病 心血管疾病等 ) 的人來說, 不但比較容易感冒, 還很容易中暑 ; 但對年輕且身體健壯的人來說, 在冷氣房進出可能是一種 訓練, 對體溫調控的影響不大, 這種情況在小孩子身上比較少出現, 因為小孩子對溫度改變的適應比 49
較快, 即使常常進進出出冷氣房, 久之反而像是一種 訓練, 克服了體溫調控的問題 ; 倒是皮膚 過敏等方面的問題, 常常會發生在小朋友身上 一般人在冷氣房中因為皮膚表面的血管收縮 排汗能力降低, 散熱機處於休息狀態的時候, 突然出了冷氣房, 這對身體比較虛弱的人來說因為反應較不靈敏, 無法立刻使血管擴張來散熱, 使體溫調控反應不及, 會很容易中暑 在開冷氣的密閉空間內還有過於乾燥的問題, 這個問題在台灣影響比較小, 因為台灣是一個海島型國家, 由於原本的氣候就過於潮濕, 開著冷氣反而可以使空氣乾燥些 如果覺得不太舒服, 例如嘴唇乾裂 尿液顏色太黃等, 可以多喝水, 或放一杯水在室內, 來維持空氣的濕度 長期待在冷氣房, 除了會造成筋骨酸痛 四肢無力等, 這種因為血液循環不良的症狀外, 也有少數人會出現頭昏 咳嗽 胸痛 失眠 心跳加快等, 同時也會變得容易感冒 易患關節炎 ; 這些因吹冷氣引起身體不適的症狀, 稱為 冷氣病 開著冷氣, 如果為了省電而不打開窗戶, 造成通風不良, 病菌可能會一直存在同一個屋內, 藉由人與人之間的近距離接觸, 到處傳染他人 ; 再者, 因為空氣的不流通, 會使辦公室或屋子裡二氧化碳的濃度愈來愈高 有研究顯示, 暴露在二氧化碳濃度較高的地方, 容易使學習能力降低, 除了導致工作效率變差, 也會影響學習的效率, 不論是成年人或兒童, 都會受到很大的影響 50
第二節空調對地球的影響 近年來隨著環保意識的高漲, 在節約能源 抑制 CO2 排放及停止破壞臭氧層等環保議題要求下, 整個冷凍空調產業也慢慢朝向停用 HCFCS(R-22) 系列冷媒, 因含有氟氯碳化物這會使的臭氧層破洞, 冷煤中的氟氯碳化合物會和臭氧結合產生其他物質, 導致臭氧層變薄而無法吸收紫外線, 這對地球非常不好, 因為沒有臭氧層的阻擋會跑進來有很多不好的東西, 傷害地球上的生物, 這會使紫外線增加所造成的危害, 白內障的產生, 皮膚癌罹患率大增, 破壞地球生態 而改用 HF(R-134a/R-410A/R-407C) 系列冷媒, 雖然 HFCS 冷媒不會破壞臭氧層, 但仍會造成地球的溫室效應並非最佳的長期性替代冷媒 而天然冷媒 ( 二氧化碳 CO2 氨 NH3 碳氫化合物 HCs- 丙烷 R-290/ 異丁烷 R-600a) 其臭氧層破壞能力指數為零且對地球之溫室效應亦極低, 這才是未來冷媒的趨勢 另外由於全世界的能源政策共識, 對耗能比例極高的冷凍空調產業, 在節能方面進行嚴格要求 因此對冷凍空調與壓縮機產業而言, 近幾年來面臨了重大的環保技術革命與節能挑戰 由於冰水主機占了整個空調用電量約 60%, 所以各國也紛紛訂定了更嚴苛的能源效率標準, 以期能提高整個冰水主機效率, 降低能源消耗及減少 CO2 排放 51
徵引文獻 一 史料專書 1 蕭明哲, 空調設備, 台北 : 全華科技,1994 年 2 蕭明哲, 冷凍空調實習, 台北 : 全華科技,1998 年 二 網站資料 (1)http://www.airconditioner.com.tw/service_af/area_06-2. htm (2)http://www.shs.edu.tw/works/essay/2006/04/200604081126 1479.pdf (3)http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=13 05091914018 (4)http://tw.myblog.yahoo.com/jw!4Pjv28mVA0b_KRag4w--/art icle?mid=72 (5)http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=11 05062411165 (6)http://www.rac.ncut.edu.tw/jsp/book/t3/ch-4.pdf 52
預定進度表 日 97 學年度第二學期 98 學年度第一學期 98 學年度第二學期 項 目 期 三月 四月 五月 六月 七月 八月 九月 十月 十一月 十二月 一月 二月 三月 四月 五月 六月 研究小組編成研究題目訂定 研究計畫撰寫研究計畫提報 資料蒐集文獻回顧 研究設計資料分析 結論與建議提報投影片製作 口試驗收繳交研究報告 預定進度 20 % 實際進度 15 % 53
附件 : 畢業專題成果海報 中州技術學院電機工程系 98 學年度專題成果報告 題目 : 冷凍空調示範機 指導老師 : 呂俊鋒 學生姓名 : 張順益吳柏融施議傑張永宜黃彥淇 摘要 : 冷凍空調 屬於電機的一環, 本組利用專題報告的機會, 好好研究冷凍空調, 提昇對冷凍空調方面的認知, 提昇電機工程系對冷凍空調的認知, 在高品質的生活水準裡, 人們都想過方便的生活, 也為了讓人們夠過著方便的生活, 各行各業都離不開冷氣, 過去人們把冷氣當作奢侈品, 而現在是生活的必須品 人類的身體對於溫度與濕度都非常敏感, 天氣太熱會汗流浹背, 天氣太冷會直打噴嚏, 因此, 冷凍空調設備可提供人類舒適的溫度環境, 使人身體健康, 工作愉快 1. 簡介我們製作的冷氣示教板是將空調系統細部分解, 製作的空調最主要是要讓大家了解空調的基本構造與原理 ( 小至冰箱冷氣機大至冰水機組 ) 原理構造大同小異, 希望對大家有所有幫助, 恭請指教 3. 實驗分析 110V AC 電源 2. 架構與原理 溫度感應器控制機板控圖制速機控板制之 電容器 保 3 護分開鐘關 壓縮機 高壓管綠 ( 錶色 ) 蒸發器 風扇馬達 冷凝器 低壓管 ( 錶 ) 紅色 4. 心得與結論 本研究報告能夠順利完成, 首先要感謝中州技術學院電子機械工程科呂俊鋒老師, 因為有老師細心耐心的指導, 使本組能在短短的一年之中, 從研究報告題目的擬定以及目錄的寫作順序, 文獻探討及寫作基本格式的注意事項, 讓我們了解撰寫報告的目的主要是在訓練我們的思維邏輯, 撰寫遇到困難的過程中, 適時給予我們指導讓我們有更完整的思考方向, 從完全不懂到現在無論是文章寫作 起承轉合 格式皆有一定的水準 中州技術學院電機系 98 學年度 54
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