2015年9月29日 星期二

【非一般民眾文】空氣除了用來呼吸以外的其它特性


(圖片來源:American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers
(此篇文章為個人讀書心得,分享給同業入門的新伙伴以及前輩們,請多多指教)
(以下文長,小心填入)

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        『老闆,這個頂樓加蓋房間十坪大,超熱的,要裝多大的冷氣啊?』
        『老闆,我這邊很潮濕,不曉得多大台的除濕機才夠用?』
        『老闆,這邊好冷哦!想選個電熱器來裝裝,買多大的才夠啊?』
        『老闆..........』

        這些問題,尤其是那些在外奔波,流汗與流淚一樣多的冷氣師傅們最常聽到來自客戶的問題,這些師傅都身兼老闆,聽到客戶及朋友有這樣的問題,當然都是義不容辭提供多年闖盪江湖的經驗來協助,但是,今天如果是經驗不足的小伙子,沒有經驗可以依靠,可是已經一腳踏進這個行業了!那應該怎麼辦呢?


        老師傅會跟你說,『選多大的冷氣哦,簡單啦!3坪抓1RT就好了啦!』,可是小伙子如果問為什麼的時候,有些老師傅就不一定回答的出來了!老師傅說的一點也沒錯,但是靠經驗吃飯,只要問題一跑出這個框架,遇到從來沒有過經驗的空調問題,又該怎麼辦呢?

        所以最有實驗精神的科學家們解決了這一個問題,研究出一套『空氣性質圖Psychrometric chart』(本文最上面的圖片),是的,空氣除了用來呼吸以外,它還具有相當多的特性,在了解以這些特性之後,你可以更有自信,並且以專業的姿態向客戶發表你的看法:

(在觀看以下介紹時,建議您印製一張空氣性質圖,並且準備4種顏色以上的色筆作紀錄,更大解析度的圖片點此下載

1. 乾球溫度(dry-bulb temperature):乾球溫度就是一般我們常說的溫度,圖面上的水平軸就是乾球溫度的刻度,這張圖是以攝氏為單位


2. 相對濕度(relative humidity):單位是百分比,氣象局常會預報『某某地區多雲時晴,溫度27℃ 濕度70%』,這裡指的濕度就是相對濕度了,在圖面上是以曲線表示



3. 絕對濕度(absolute humidity):單位是每公斤空氣中含有多少公克的水氣,這個資訊表示著空氣在某溫度某相對濕度的情況之下,空氣中含有的水份質量,也就是空氣中會因為不同溫度以及不同的相對濕度,其指向的空氣含水量也是完全的不同

        在此,我們作延伸探討,這個『相對濕度』的觀念其實大部份的人都誤解了,如同另一篇文章『先別說這個了,你有聽過『相對濕度』嗎?提到的例子,一組為27℃ 43%,另一組為24.9℃ 49%,大部份的人都直覺認為『24.9℃49%』的濕度比較高,這裡當你了解到『絕對濕度』的這個觀念時,也就是空氣中的含水量這個資訊,在圖上點出這兩股空氣的位置,你會發現它們的『絕對濕度』幾乎是一模一樣的。

      所以往後在討論空氣的濕度時,不能夠直接地就『相對濕度』這個資訊單獨討論,這必須連著『溫度』這個資訊一併考慮進去,那麼這兩股空氣既然濕度一樣,應該有什麼資訊是不一樣的吧,不然怎麼分辨!沒錯,接下來這個資訊也很重要



4. 焓(enthalpy):其定義是假設任何一股空氣其具有的溫度(顯熱)以及絕對濕度(潛熱)綜合而成一個能位,高能位的空氣會將『顯熱』以及『潛熱』對低能位的空氣進行交換......以上說明過於複雜,我們白話文一下,每股空氣就想像是水位一樣,當兩股不一樣溫濕度的空氣碰在一起的時候,高水位自然會往低水位流去,所以低水位變高,高水位變低,最後達成平衡,焓就是『能量交換』的一種觀念,但它不是代表著某股空氣中含有多少能量,只有『能量交換』時這個觀念才會成立,所以它不是一個量值,是個計算用的工具。

(圖片中紅色線段表示部份各種溫濕度空氣中的焓


上面說明了一堆落落長的文字,最後我們再用圖片來簡單複習一下上述四個資訊如何查找

       當然其它的資訊當然也是管用,對於民生應用或是不需要太精準的設計,只需要了解這四個資訊時,就很容易較準確計算出冷氣應該裝多大規格,除濕機應該買多少規格了,如果不明白,簡單試算以下的題目會更了解的。

A. 一個房間10坪大,應該加裝多大的冷氣比較適合呢?

B. 一個房間40坪大,外面常常下大雨,造成室內潮濕,那麼裝多大的除濕機會比較適合呢?









試算範例:
A. 一坪約3.3平方米,房間高度預估是2.5米左右,於是計算出這個空間約為82.5立方米大小
假設這是理想密閉空間,無熱量、濕氣從室內產生
(也就是先不論這房間有幾扇窗戶、幾個人、開冷氣時是否會從門縫洩漏冷氣等許多環境問題)
假設空房溫濕度最高為32℃ 70%,而假設我們的目標溫濕度為27℃ 70%
從圖表查出,32℃ 70%的焓值約為86.4,27℃ 70%的焓值約為67.3
需要交換的熱量Q為82.5*1.2*(86.4-67.3) = 1891J =453.8kcal


(冷氣規格單位換算1RT = 3024kcal/hr = 3.516kw(J/s))
(圖片來源:台灣日立股份有限公司

以RAS-28UK來說,冷氣能力為2.8KW = 2408kcal/hr
降溫時間為60(分/小時) * 453.8/2408 = 11.3分左右
這表示的是裝設了RAS-28UK在這樣的房間,理論上需要等11分鐘左右才會降溫到27℃
(提供經驗參考,降溫時間落在4-6分以內對使用者才會有感的,不至於有黃昏牌冷氣的感覺以及冷氣機較有餘力去cover其它熱源)

所以按照這樣的計算方式,可以很輕易的知道什麼環境以及應用之下,應該至少要裝設什麼規格的冷氣機了,一般家用或是不需要太精準的情況下,規格按照經驗值抓大兩成至三成規格會比較適當,客戶若也會計算規格,質疑為何要抓這麼大,請用以下道理讓他了解

1. 由於地球暖化現象,夏天均溫年年上升,若是規格選得太剛好,今年可用,明年稍涼,後年就complain了,所以規格抓大是為了長期目標來看

2. 冷氣機規格抓大也有延長壽命的效果,如同殺雞用牛刀,一刀分兩半,但如果是用指甲刀,要一直切一直切一直切,刀刃的磨損也較高,所以大一點的規格,降溫快速,壓縮機不需要一直運轉,但是規格選過量,壓縮機可能會有起停頻繁的狀況,是有機會燒掉的。

但是如果加入了人員、電器以及環境問題(樓頂鐵皮屋、西晒邊間等),那又是另一個複雜的算法了。


B. 同樣地計算方式,但是這次參考的是『絕對濕度』,也就是要參考空氣中到底多濕,那要移走多少水氣,來計算水量。假設這個房間也是理想空間,完全密閉空間以及無發濕源,假設需要將空間從32℃95%除濕到32℃ 65%,那麼需要將空氣中除去的水量計算如下:
40坪 * 3.3平方米 * 假設高度2.5米 = 空間約330立方米
水量W = 330*1.2*(29.02-19.57)=3742.2g = 約3.7公升
如果再加入環境因素,主要要考慮兩個因素,漏氣量以及外氣濕度
漏氣量是個複雜的因素,這題就假設為15%,也就是這個空間氣密程度約85%
外氣濕度可以用測量計量測得到,此題目外面正在下大雨,所以外面空氣也是32℃95%
這兩個因素,漏氣量以及外氣濕度,合併起來說句白話就是
『假設這個房間因為窗戶門縫等其它因素,會讓外面的空氣滲入約整個空間的15%空氣量』
也就是w = 330 * 0.15*1.2*(29.02-19.57)=561.4g,每小時還可能再滲入561.4g的水氣

得到了數據,接著可以開始選型了,下圖是某廠牌除濕機的規格一覽



可以看到規格中『除濕能力』一欄,都是每天可以除多少水份的資訊
剛才我們提到了,假設該地下室有15%的漏氣量,也就是外面下雨的濕氣會進入的量
約是每小時560公克,換算一天下來,會是約13.5公升的除濕量
那麼,我們就容易去選型了,至少會是上面描述的『14.0公升/日』的機型以上會比較適當了

上面描述多看幾次會比較有概念,至少往後在選擇機型時不需要按照經驗值
新手也能夠大概估測出可能的機型範圍


        














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