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1、空調技術 空調技術(二)在第2部分將對空調和冷凍技術作更清楚的瞭解。以下將以簡單的定義作介紹。 能量 能量被定義為作功的能力且包含有： (i)儲存在物體內部的能量 儲存的形式有： 動能由於物體運動位能由於物體位置改變化學能由於化學反應焓能由於熱電能由於電位改變壓力能由於壓力差 (ii)在物體之間以流動形式儲存 流體儲存的形式有： 功由於力和位移熱由於溫度的改變 如同一所顯示，熱能可以從一物體流動至另一物體藉由傳導 (conduction)，對流(convection)，或輻射(radiation)三種方式進行，而輻射熱傳遞則包括可見光或不可見光的波長範圍皆有。 熱(Heat)和溫度(tempe
2、rature) 熱是由一物體傳遞到另一物體的一種能量形式而被定義為： 熱是由一物體移轉到另一物體伴隨著溫度差的改變之一種能量傳遞。 熱能總是由高溫的物體傳遞到較低溫之處，熱傳遞的速率是正比於溫度差。因此，若沒有溫度差存在就沒有熱的流動。熱能經常表示為Q且單位常用Joule(J)或kilo Jould(KJ)。 圖二為熱流傳遞的兩例，其中左邊的例子為辦公室內輻射烘爐的平均溫度為76.5而室內空氣溫度約20，故存存約56.5K的溫差，由於戶外周圍溫度較低為-1而室內和戶外有21K的溫差存在。 圖二右邊的例子為維持在-2l的低溫冷凍庫，周圍環境的溫度為25而產生46K的溫差存在造成外部周圍環境的熱能
3、流入至冷凍庫內，使用高性能的隔熱材料可以減少熱的流入，否則以46K的如此高的溫度差是會造成很大的熱流入。 圖三為熱的流動和溫度差之關係的例子，在計算熱的傳遞時必須知道兩者的溫度如T1和T2。如果一物體隨時間改變其溫度則T1當作起始溫度及T2為最終溫度。 溫度是用來量測一物體熱力狀態的指標，在物體內分子運動的速度愈大則其能量愈高，因此也使得其溫度較高。 量測熱能量通常藉由溫度計來得知，而溫度計是利用管內的液體加熱膨脹的原理或熱電偶原理(thermocouple)來提供數位式的讀值。溫度的單位一般用攝氏()且以O(水變冰)和10O(水的飽和溫度)沸點當作參考溫度(在一大氣壓1.01325bar之下
4、)。 溫度也有絕對溫度可供參考即絕對零度溫度K。SI公制的溫度與絕對溫度的關係如圖四所示。 英制的溫度為華氏溫度(F)也經常可見，它和絕對溫度的關係如圖五所示。華氏溫度的絕對溫度表示成R。 其中的互換公式如下： 24(X1.8)+32；(F-32)/1.8 K+273.15；R+460 熱傳遞的方式 傳導，對流和輻射是熱傳遞的三種主要方式，以下分別敘述如下。 傳導(conduction) 當一物體直接和另一物體相接觸或數個物質分子直接接觸時熱的傳遞是以傳導的方式進行。例如，對銅管一端加熱則增加分子移動的速率並碰撞相鄰的分子而傳遞能量，且沿著銅管的長度逐漸提高能量和溫度直至另一端為止。 在直接和
5、銅管表面相接觸的空氣也因表面運動的分子而吸收熱能。熱傳導的能量傳遞直接正比於高溫物體與低溫物體之間的溫差。在一定的溫差下熱傳導係數較大的材料能夠傳遞更多的熱量。固體一般較液體和氣體能夠傳導更多的熱量。高熱傳導係數的材料可以用作熱導體，而低熱傳導係數的材料可當作隔熱保溫用途。 對流(convection) 對流熱傳遞是藉由流體的流動所造成的。當對氣體或流體加熱因增加流體分子的活動力而膨脹連帶使其密度(質量/單位體積)減少，由於被加熱區域的流體密度較未加熱或較低溫區域的流體為輕且浮起而造成對流。當氣體或流體冷卻時也會因密度較大的流體落下而造成流體的質量和熱量的傳遞。相同地，對流冷卻原理的應用可以使
6、在室內或冷凍庫的空氣溫度能夠有效地降低。 輻射(radiation) 輻射熱傳遞是不必藉由介質直接從一物體傳遞熱量給另一物體。輻射熱的放射從較高溫的物體而吸收則是由較低溫的物體所接受。例如，太陽表面溫度約6000放射巨量的輻射能量給地球而增加約15的平均溫度。這些輻射能量穿越943百萬英哩幾近真空的環境下至地球表面，輻射熱傳遞受到空氣的影響很少。 熱輻射是一種波的運動方式故類似於光的性質，但是其頻率和波長範圍不相同。較熱的物體因其分子活動力較大故產生輻射波能有效地通過真空和氣體，當較冷物體接收到這些輻射波便轉換為內能。如果吸收體的顏色較深則有較高的輻射能量吸收率。相反地，如果吸收體的顏色較淡部
7、份輻射波將會偏斜或反射掉。像是鏡面幾乎反射了大部分的輻射能量。較粗糙的表面將較光滑的表面吸收更多的輻射熱。如圖六所示為一房屋內輻射熱傳遞的情形。 壓力對流體和蒸氣的影響 一般物質存在有三種狀態或相即固、液和氣相。物質相的變化是依其溫度和壓力而定。下面將藉水為例子介紹物質相變化時熱傳和溫度的變化。如圖七(a)所示，水槽中的水連通至大氣壓力(1.01325bar)且起始溫度為2O，當此壓力下水溫加熱至100 達到飽和溫度之沸點。水溫在20時它是低於飽和溫度以下80K，也稱過冷度80K。過冷流體在空調和冷凍技術中是一重要的狀態，如果足夠的熱能再加入水槽則溫度將達到飽和溫度如圖七(b)所示而此時過冷度
8、減少到OK。此時繼續加熱僅造成部分水蒸發成飽和蒸氣，而水和飽和蒸氣仍維持在100飽和溫度如圖七(c)所示，以上溫度仍維持不變直到液體完全蒸乾為止。在供應足夠的熱能後如圖七(d)所示仍維持在100的飽和溫度，直到溫度超過飽和溫度達到過熱狀態如圖七(e)所示水蒸氣達到12O而有2OK的過熱度。 熱量的單位為J或kJ。熱量加諸於物質(固、液或氣相)將造成溫度的上昇也就是顯熱的增加。同理當從一物質取出熱量將造成溫度的下降和顯熱的減少。 當熱量添加在飽和溫度的液體將蒸發成飽和蒸氣也就是被蒸發潛熱所吸收。顯熱增加的量和溫度增加量等於降溫至原狀態下顯熱的被移走的量。 所有加諸或移走一物質的顯熱和潛熱的總和被
9、定義為總焓。 潛熱釋放 如果從O的水移走足夠的熱量將會從液相的水轉變成固相的冰，在此過程中物質的溫度將不會產生變化。在此過程中熱量的移走被稱作潛熱的釋放。如果再繼續移走潛熱則冰的溫度將降至O以下。 lkg O的冰要融化成水需要加諸335KJ的潛熱能量。同樣地，要製造lkg O的冰也必需移走3355KJ的熱量，因此水的潛熱釋放可以表示成335kJ/kg。 比熱(specific heat) 欲提高lkg(l升)的水溫lK需要4.19KJ的熱量，此值稱作比熱而單位為kJ/kgK。物質的比熱也依相(固、液和氣)之不同而異。冰，水和過熱蒸氣的比熱值皆不相同，但其物質都是水而已，比熱的符號常被簡寫為c。
10、 熱量的計算 以下的公式是用來計算一物質因溫度改變而其顯熱的變化量：熱量kJ質量(kg)x比熱(kJ/kgK)X(T1-T2)T1起始溫度T2最終溫度 例如：使lkgO 的水溫提高到100需要多少熱量？ 熱量kJmxcx(T1T2)1kgX4.19kJ/kgKX(100O)419kJ 以下公式是用來計算一物質因相的改變而其潛熱的變化量熱量kJ質量(kg)X潛熱(蒸發或凝結)(水的蒸發或凝結潛熱為2257kJ/kg) 例如：使2kg飽和液態水在100完全蒸發需加諸多少潛熱能量？ 熱量kJ2kgX227 kJ/kg4514 kJ 此計算值是基於1.01325bar的一大氣壓力狀態下，如果壓力增加例如2.7bar，包括飽和溫度和比熱的值皆會改變。至於壓力不是在一大氣壓時可參考蒸氣表可以得到其焓值，試比較圖七及圖八的異同處。
