40分: 冷氣機的原理

冷氣機的原理其實好簡單，如果唔係專業人士太深入同學術性質的回答仲唔明，係利用雪種把室內的熱吸收左再帶到室外排放，那麼熱力被吸左自然就排放冷氣囉

冷凍循環

冷凍循環示意圖：1) 凝結盤管，2) 擴張閥，3) 蒸發盤管，4) 壓縮機在冷凍循環中，熱泵把熱力由一個低溫熱源傳送到另一個較高溫的散熱裝置，熱力會自然地以相反方向流動。這是最普遍的空氣調節方式。冰箱的運作原理與此相當接近，把熱力由冰箱內部傳送至冰箱外的空氣中。

此循環使用了普適氣體定律(universal gas law) PV = nRT，P代表氣壓，V代表體積，而R則代表普適氣體常數，T代表溫度，n則是氣體的摩尔數量 (1 摩尔 = 6.022×1023 粒子)。

最常見的冷凍循環使用電動馬達推動一個壓縮機。在汽車上，壓縮機是由引擎的曲軸透過滑輪推動，兩者皆使用電動馬達作空氣循環。由於熱力被吸收時會產生蒸發現象，而熱力釋放時會產生凝結，空氣調節機使用壓縮機在兩個間隔之間造成壓力的轉變，並以泵令冷凍劑流動。冷凍劑將被泵入較冷的間隔(蒸發盤管)，而低壓及低溫令冷凍劑蒸發成蒸氣，並吸取熱量。在另一間隔(凝結器)，冷凍劑的蒸氣被壓縮並經過另一熱力交換盤管，凝結成為液體，並釋放出先前在冷間隔中所吸收的熱量。


[编辑] 濕度
冷凍空氣調節器材通常會降低已處理空氣的濕度。比較冷(低於露点)的蒸發盤管把已處理空氣的水蒸氣凝結，正如冷飲品會令容器外空氣中的水蒸氣凝結一樣，水份將經過污水管流走，如此會去除了冷凍空間中的水蒸氣，並使相對濕度降低。由於人體會自然地透過蒸發排出的汗水以降低體溫，較乾燥的空氣會提高人體的舒適度。舒適的空氣調節系統通常設計成可排放出相對濕度介乎40%至60%的空氣。在食品零售商的物業中，大型開放式冷凍櫃可作為高效率的空氣抽濕器材。

一些空氣調節器材只會令空氣乾燥而不會降低其溫度，其運作方式與一般空氣調節器材相似，只是在空氣抽入口與排放口之間加入一個熱力交換器，加上對流式風扇，在熱帶潮濕的氣候下可達到與冷氣機相近的舒適程度，但只消耗約1/3的電力。這種空調機亦適合一些對較冷空氣感到不舒服的人。


[编辑] 制冷劑(冷媒)
氟利昂(Freon，氯氟甲烷)是一系列由杜邦化工及其他公司生產的氯氟烴化學品的商標名稱。這些冷凍劑因具有很高的穩定性及安全性而被廣泛使用。但有證據顯示這些含有氯成份的冷凍劑在釋放出大氣時會升到大氣層的上層，其化學作用尚未清楚，但被認為是CFC在同溫層被紫外線照射而分解，放出氯氣粒子。氯粒子成為使臭氧分解的催化劑，令為地球防止紫外線照射的臭氧層被嚴重破壞。氯氣會繼續成為催化劑，直至其與其他粒子組成穩定狀態為止。少見但已被禁止生產的CFC冷凍劑包括R-11及R-12。逐漸禁止生產的冷凍劑包括HCFC (R-22，普遍用於家居中) 及 HFC (R-134a，用於汽車上) 已完全取代CFC。而根據蒙特利爾協定(Montreal Protocol)，HCFC亦已逐漸被淘汰，由氫氟碳化物(hydrofluorocarbons，HFC)如 R-410A,R404 代替，並無氯化物成份。

除了化學制冷劑或化學混和制冷劑的使用之外，傳統使用天然制冷劑(冷媒)氨氣來製作冰塊，但是因氨氣物理特性之影響(如可燃性、毒性、惡臭及腐蝕性)，並不適合於家用傳統空調環境使用。多使用於漁船或工業製冰使用。另一發展中之天然制冷劑(冷媒)為二氧化碳。因其超臨界壓縮特性，使用於熱水熱泵有極佳的優勢。


[编辑] 蒸發冷凍機

[编辑] 吸收式冷冻机
一些建筑采用燃气锅炉来发电. 锅炉产生的热废气可以用来驱动一种叫“吸收式冷冻机组”的设备来制取冷水。制取出来的冷水可以通过末端散热设备来冷却空气，达到空调的目的。 这种既发电又制冷的能源双重利用技术很有吸引力，尤其是在燃油价格很合适并且有多种使用要求的地区。这种同时产热，电，冷的系统目前叫“三联供”系统。


[编辑] 功率
空调设备的功率在美国通常用一个专业名词“冷吨”来表达. 一“冷吨”的定义为：冷却一“短吨” （ short ton，等于 2000 磅或者907 千克)的冰用24小时的时间来溶解所需要的制冷功率。它等于12,000 英热单位/小时 或 3510 瓦(http://physics.nist.gov/Pubs/SP811/appenB9.html)。 民宅(独立别墅式建筑)的中央空调系统通常容量为1到5冷吨。

在汽车里空调需要消耗交直流系统转换中大约5马力(4千瓦)的功率。


[编辑] 隔熱
隔熱可減低空氣調節系統所需要的能量。較厚的牆、反射性的屋頂物料、窗簾及建築物隔鄰的樹木，皆可減低系統的能源需求，耗用較少電費

我不是工程師，以下只是我自已的理解，大家討論下就得，當然不及專業人士的解答準確…

有兩點原理我認為是適用的：

1-熱漲冷縮這一自然現像＝＞逆向思維，推論出漲熱縮冷；

而既然縮小後的空氣會變冷，

2-壓縮空氣，使之變冷

因此，你可能經常聽到“空氣壓縮機”這一名詞。其實我相信相同的原理適用於雪櫃。

冷凍循環


圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7d/Heatpump.svg/300px-Heatpump.svg.png



圖片參考：http://zh.wikipedia.org/skins-1.5/common/images/magnify-clip.png
冷凍循環示意圖：1) 凝結盤管，2) 擴張閥，3) 蒸發盤管，4) 壓縮機
在冷凍循環中，熱泵把熱力由一個低溫熱源傳送到另一個較高溫的散熱裝置，熱力會自然地以相反方向流動。這是最普遍的空氣調節方式。冰箱的運作原理與此相當接近，把熱力由冰箱內部傳送至冰箱外的空氣中。
此循環使用了普適氣體定律(universal gas law) PV = nRT，P代表氣壓，V代表體積，而R則代表普適氣體常數，T代表溫度，n則是氣體的摩爾數量 (1 摩爾 = 6.022×1023 粒子)。
最常見的冷凍循環使用電動馬達推動一個壓縮機。在汽車上，壓縮機是由引擎的曲軸透過滑輪推動，兩者皆使用電動馬達作空氣循環。由於熱力被吸收時會產生蒸發現象，而熱力釋放時會產生凝結，空氣調節機使用壓縮機在兩個間隔之間造成壓力的轉變，並以泵令冷凍劑流動。冷凍劑將被泵入較冷的間隔(蒸發盤管)，而低壓及低溫令冷凍劑蒸發成蒸氣，並吸取熱量。在另一間隔(凝結器)，冷凍劑的蒸氣被壓縮並經過另一熱力交換盤管，凝結成為液體，並釋放出先前在冷間隔中所吸收的熱量。

冷凍循環

冷凍循環示意圖：1) 凝結盤管，2) 擴張閥，3) 蒸發盤管，4) 壓縮機在冷凍循環中，熱泵把熱力由一個低溫熱源傳送到另一個較高溫的散熱裝置，熱力會自然地以相反方向流動。這是最普遍的空氣調節方式。冰箱的運作原理與此相當接近，把熱力由冰箱內部傳送至冰箱外的空氣中。

此循環使用了普適氣體定律(universal gas law) PV = nRT，P代表氣壓，V代表體積，而R則代表普適氣體常數，T代表溫度，n則是氣體的摩爾數量 (1 摩爾 = 6.022×1023 粒子)。

最常見的冷凍循環使用電動馬達推動一個壓縮機。在汽車上，壓縮機是由引擎的曲軸透過滑輪推動，兩者皆使用電動馬達作空氣循環。由於熱力被吸收時會產生蒸發現象，而熱力釋放時會產生凝結，空氣調節機使用壓縮機在兩個間隔之間造成壓力的轉變，並以泵令冷凍劑流動。冷凍劑將被泵入較冷的間隔(蒸發盤管)，而低壓及低溫令冷凍劑蒸發成蒸氣，並吸取熱量。在另一間隔(凝結器)，冷凍劑的蒸氣被壓縮並經過另一熱力交換盤管，凝結成為液體，並釋放出先前在冷間隔中所吸收的熱量。

可以睇下面個附圖
http://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=Image:Heatpump.svg&variant=zh-tw

2007-12-05 10:42:35 補充：
本人可上門補習如有興趣或有朋友有意的話可與我聯絡 [email protected]只限屯門區 / 天水圍 / 元朗

臺灣地處亞熱帶，草木繁茂，夏日雖熱，但林蔭環繞，酷暑仍可忍受，這是我讀小學時的記憶。自從居住區域變成水泥叢林之後，地面柏油化了，風的流動也不再順暢，於是冷氣機成了必需品。問題是冷氣機會排出熱風，簡直是熱上加熱。至於在冬季，雖然寒流只是偶然來襲，但如果是濕冷的冷鋒，淒風加苦雨，似乎怎麼穿都不覺溫暖。

這時最常用的取暖方式，就是使用電熱器。然而住在北海岸的人，冬天時會覺得電熱器也只能在很小的空間內發揮效用。於是我家採用窗型冷暖氣機，在冬天提供熱風以維護全室的工作環境。

親友聽說我們如此行事，有的認為既浪費又沒良心。浪費的原因是冷暖氣機既貴又不耐用；沒良心的說法則認為是臺電供電已有困難，還如此耗電不是雪上加霜嗎！

冷暖氣機是奢侈品嗎

首先，我們來討論冷暖氣機算不算是奢侈品，如果冷氣機不算奢侈品，那麼「冷暖氣機」也不應算是。請比較一下同廠牌的冷氣機和冷暖氣機的價格，在以相同「冷房」功能的條件下，「冷暖氣機」的價格只略高而已。為何會如此，這並不是製造商特別優惠「冷暖氣機」的使用者，而是因為這兩種產品實為化一機為二用，但為什麼功能上卻有很大的不同呢﹖讓我們從冷氣機說起吧！

如果到五金店買一具能噴出空氣或透明漆的高壓氣罐，並噴上數秒鐘，就會發現氣罐壁和它所噴出的氣體都比較冷。這是因為罐內氣體以絕熱膨脹方式對外界作功，消耗了自己的內能，氣體的壓力和溫度因而降低。如果把噴出比較低溫的氣體導入管路而冷卻了管壁，再以風扇吹動的氣流掠過冷管壁，不就成為冷風了嗎！

反之，若把氣體「壓」進罐內，由於壓進氣體帶入能量，使得罐內氣體的能量增加，溫度及壓力因而升高。如果這時用風扇驅動空氣流過罐壁，就成了熱風，這就是暖氣的由來。由此可知產生冷氣和暖氣的主件都是高壓氣罐，需要改變的因素是氣流的管路和風扇而已。讓我們先從較熟知的冷氣機說起，再推及如何產生暖氣。請記住為籃球打氣，球皮會發燙，但把車胎放氣，車胎會變涼的法則，就能理解下文了。

冷暖氣機的運作原理

我們先看冷氣機如何運作。冷氣機中負責加壓的是「壓縮機」，加壓的對象是「冷媒」。過去的壓縮機是活塞式的，現在則改用旋轉式，效率高且故障率低，因此現代冷氣機更耐用。冷媒密封在壓縮機和管路之中，過去使用的冷媒漏出後會破壞臭氧層，現今的冷媒則已設計成具環保性了。

至於如何達成可連續使用的高壓「氣罐」呢？答案是：這是壓縮機的責任。它先在前段管路中，把冷媒壓縮成高壓高溫。這時必須利用風扇使這一段管路降溫，風扇只能使管路表面降到適溫，但不能降壓。吹到外面的風則因掠過高溫管壁變成熱風，使路過的行人感覺更熱。

這時如果把冷媒通過「噴口」放氣，正如壓下車胎的氣門使氣體噴出一般，在這段管路中的冷媒會降溫並冷卻管壁。這時如果以風扇吹動氣流流過冷卻的管壁，不就成為冷氣了嗎！冷媒在冷卻了掠過管外的氣流後，又獲得來自氣流的溫度回到室溫後，再度進入壓縮機，於是又啟動了下一循環，使冷氣不斷吹出。要注意，風扇驅動的是室內空氣，在冷卻後又吹入室內，因此有必要適時打開門窗換氣。

如果把冷媒流動的方向反轉，在經壓縮升壓升溫後通過如前述的熱段管時，即以風扇驅動的氣流掠過管面進入室內，不就成了暖風嗎！風扇可把這段的管面及其管內的冷媒降至適溫，但仍有高壓。這時冷媒就如同在冷氣模式操作，但反向通過噴口，然後因膨脹而降至低溫。在這個時候，反而需要以風扇驅風使冷媒溫度略升，而對室外吹出更冷的風。略升溫的冷媒可再經壓縮機升壓升溫，而進入下一循環。

以現代的技術，反轉冷媒的流動只是閥門開關的問題，不算困難。至於風扇雖有向內和向外吹之別，但也只需一部馬達來驅動，只是兩組扇葉驅動的風向相反而已。現代家用冷氣或冷暖氣機，已可把壓縮機和風扇等造成噪音的部分分離。當然，還有一些其他工程上的技巧，就不在本文中提及了。

除濕機

在夏季，冷氣機的冷卻管壁可以冷凝水汽，使室內空氣乾燥些。在冬季，使室內升溫也可減低相對濕度，同時冷媒通過噴口後在進入壓縮機之前，也造成了一低溫路段可以凝水。如果為了除濕，可以用一台冷氣機，把它排出的冷風和熱風都留在室內，以儲水槽暫存凝結水，就成了除濕機。除濕機的優點是不會改變室溫，適合在春天使用。它的缺點是在濕度高的時候，間隔不久就要倒一次儲水槽中的水，很麻煩。

如此說來如果把冷氣機排出的熱風，以及冷暖氣機所排出的冷風都回收到室內，不就成了一具高功能除濕機，一年四季都可使用嗎？現在的冷氣機都有除濕的功能，但是會把室溫降下約3度，在冬季和春季都不適用，一機有三功能，才是真正的下一代「空調機」，條件是冷凝水不能滴到行人的頭上。

心得

本人從事雷射的研發工作。雷射所消耗的電功率，只有一小部分轉換成輸出的雷射光功率，剩餘的則轉換成了熱，必須以風或水移除。對功率較高的雷射來說，水冷是唯一合理的冷卻方式，原因是水的熱容量高，才有足夠的冷卻效果。

日前曾查閱國外所製作實驗室用冷水機的型錄，發現它們都像冷氣機般排出熱風，卻都排放在室內，因為那是為先進國家高度冷卻的實驗室所設計的。如果在國內只有一般冷氣機的實驗室中使用，研究人員會熱得受不了。於是筆者就和冷凍業者洽談，開發了以自來水冷卻替代風冷卻的冷水機，才對冷暖氣機有了較深入的了解。

在逐漸進入以腦力替代體力的過程中，在冬季以電力支援腦力並不算奢侈浪費，更何況在夏季冷氣已發揮了支援腦力的效用。在臺灣只要夏季時電力足以支援冷氣，在冬季自然也足以支援暖氣且有餘，而不用擔心冬天供電不足的