空調箱構造及原理|淺談白話解說,讓您秒懂!

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前言

炎熱夏季又即將要到來,空調系統無疑是我們夏季生活不可或缺伙伴。但您是否了解,在整個空調系統中,空調箱扮演著什麼樣的角色?它又是如何運作的呢?本篇就來為大家詳細介紹一下空調系統的組成,以及空調箱的各個關鍵部件及其工作原理,相信看完本篇文章,您對於空調系統及空調箱就會有更深一層認知及理解哦!

1. 空調系統的組成

空調系統的組成,由以下這張空調系統組成圖可以看得很清楚。一個完整的空調系統主要由以下四大部份組成,而空調箱於整個空調系統中所在的區塊,就是位於「空氣側」。以下說明空調系統的個別單元如下:

1.1 空氣側

空氣側包括「空調箱」和「室內送風機」。
空調箱為負責對進入室內的空氣進行降溫、加熱、除濕、加濕、過濾等處理,以維持室內舒適的溫度及濕度。室內送風機則將處理好的空氣送入至室內空間。

1.2 冰水側

冰水側包括冰水機組和冰水管路。
冰水機組利用壓縮機、冷凝器、膨脹閥等制冷循環,製造出低溫冰水。通過冰水管路將冰水輸送到空調箱的冷卻盤管,對進風進行降溫。

冰水機組一般設置在機房或室外,利用室外空氣或冷卻塔去除冰水的熱量,以保證冰水的低溫。這樣的冰水系統可以為多個空調箱同時提供冷量,具有較強的靈活性和適應性。

1.3 壓縮主機

壓縮機主機是整個空調系統的核心部件,它由「壓縮機」、「冷凝器」、「膨脹閥」等組成。
壓縮機將冷媒壓縮升溫後進入冷凝器,在冷凝器中冷卻凝結成液體,然後經過膨脹閥降壓進入蒸發器吸收熱量。

壓縮機主機通常設置在室外,利用戶外自然環境散熱來減小系統負荷。根據不同的系統規模和類型,壓縮機主機可以有多種形式,如單機、模組化和中央機組等。

1.4 冷卻水側

冷卻水側包括「冷卻水塔」和「冷卻水管路」。

「冷卻水塔」:利用風扇強制對流,使熱量從冷凝器中的冷卻水中散發出去,進而降低冷卻水的溫度。

「冷卻水管路」:將冷卻水輸送到冷凝器,吸收冷凝器的熱量。

冷卻水系統主要服務於集中式中央空調系統。它能夠提高整個系統的制冷效率,對於大型建築物的空調非常重要。冷卻水塔可以利用自然環境達到良好的散熱效果。

2. 空調箱的組成單元

經由上面介紹大家應該知道空調箱扮演的就是空調系統中「空氣側」的角色,那接下來就來幫大家更進一步介紹,空調箱主要有以下的單元所組成:

2.1 風車系統

風車系統是空調箱中最關鍵的組成單元之一,它的作用是為整個空調系統提供動力,保證空氣流通和熱量交換。一個優秀的風車系統可以確保空調箱的高效運轉,降低能耗及提高舒適度。

常見的風車主要有三種類型:

風車系統_AI

2.1.1 前傾式風車

葉片的重心在旋轉軸的前方,出口角大於90度,具有過荷特性。可使用較細的軸或較小的軸承來操作,所以整體結構較輕巧,故通常造價上較為平價。

2.1.2 後傾式風車

葉片的重心在旋轉軸的後方,出口角小於90度,具有非過荷之特性,功率曲線無過載。葉片及葉輪的自身結構強度較高,所以整體結構堅固、笨重,故通常於造價上較為高昂。

2.1.3 直結式風車(徑向式)

直結式風車是一種將風葉直接連接到發電機或風力發電裝置的風力發電系統。在空調箱中使用直結式風車可以將風車的旋轉運動直接轉換為風力,用於驅動空調系統中的風扇或冷卻系統。

直結式風車的結構相對簡單,不需要額外的傳動系統,這使得安裝和維護變得更加容易。但缺點是需要的體積空間會較大

2.2 過濾系統

濾網_AI

空調箱的過濾系統的主要功能是去除空氣中的灰塵、花粉等雜質,保護空調設備並確保良好的室內空氣品質。通常為以下三種濾網為主:

2.2.1 初效濾網(Pre-filter)

效率30~35%依ASHRAE比色法測試。

主要作用是去除較大的粒子,如塵埃、毛髮、昆蟲等。

通常由不織布或金屬網組成,密度較低。

主要作為第一道防線,延長後級濾網的使用壽命。

2.2.2 中效濾網(Medium efficiency filter)

效率85~95%依ASHRAE比色法測試。

可過濾較小的微粒,如花粉、霉菌、細小塵埃等。

材質通常為折疊式玻璃纖維或合成纖維。

廣泛應用於商業和住宅空調系統中。

2.2.3 高效濾網(High efficiency filter)

效率95~99.99%依D.O.P.比色法測試。

具有更細緻的過濾能力,可阻隔PM2.5、煙霧、細菌等微小顆粒。

常用材料包括聚酯合成纖維或HEPA(高效率微粒空氣)級別的玻璃纖維。

常應用於醫院、實驗室、或是半導體產業無塵室等對室內空氣品質要求極高的場所。

2.3 冷卻及加熱系統

這是空調箱的核心部件,可以實現對進風降溫、加溫、調節濕度等重要任務,確保室內環境的舒適和穩定。冷卻及加熱系統中常見的組件如下:

盤管_AI_01

2.3.1 預冷盤管

預冷盤管位於冷卻系統的前端,主要作用是在空氣進入冷卻器之前,預先降低空氣的溫度。當熱空氣通過預冷盤管時,冷卻水會流經盤管內部,將熱氣體冷卻成液體,從而有效地降低空氣溫度。這樣可以提高整個冷卻系統的效率,使得後續的冷卻過程更加有效。

2.3.2 再冷卻盤管

再冷卻盤管位於冷卻系統的後端,主要作用是在冷卻器之後進一步降低空氣的溫度。當熱空氣通過再冷卻盤管時,再次接觸冷卻水,使得空氣的溫度進一步下降,從而提高空調系統的冷卻效果。再冷卻盤管的存在可以使得空氣的冷卻程度更加充分,從而達到更好的冷卻效果。

2.3.3 加熱盤管

加熱盤管主要用於加熱空氣,提高室內溫度。當空氣需要加熱時,加熱水或蒸汽會通過加熱盤管,將熱能傳遞給空氣,從而使其溫度升高。加熱盤管的作用是確保在寒冷的環境中室內空氣能夠保持溫暖舒適。

2.3.4 蒸氣加濕管

蒸氣加濕管是用於增加空氣濕度的部件。當空氣過於乾燥時,蒸氣加濕管會將蒸汽注入空氣中,從而提高其濕度。這對於在乾燥的環境中保持室內空氣的舒適和健康是非常重要的。

2.4 控制系統

控制面版_ai

空調箱的控制系統包括開啟及關閉空調箱,溫度、濕度、風量等參數的檢測和調節。它可以自動或手動控制這些參數,以保證室內環境的舒適性。

控制系統通常主要包括以下幾個部件:

  • 溫度傳感器:檢測室內/外溫度並傳送給控制器
  • 濕度傳感器:監測室內/外空氣濕度並傳送給控制器
  • 風量傳感器:檢測出風口的送風量並傳送給控制器
  • 控制器:根據設定值和實際檢測值,自動調節壓縮機、風車、閥門等機構。
  • 操控面板: 用於設定目標參數和手動控制空調箱運轉之用

2.5 機殼及庫板

空調箱機殼及箱體內部的庫板是組成空調箱的重要單元之一,其功用及詳細介紹如下:

機殼及庫板_AI

2.5.1 機殼

空調箱的機殼一般是用鍍鋅鋼板或不銹鋼板製成。
機殼的主要功能是保護內部的空調零組,如風機、控制器等。機殼必須具有足夠的強度和剛性一來可承受運輸和使用時的震動和撞擊,再則需要有良好的防腐蝕性能。

2.5.2 庫板

庫板是填充在機殼內外的保溫隔熱材料,主要有以下兩種常用材料:

  • 岩棉庫板
    岩棉是一種無機玄武岩纖維材料,通過高溫熔融後拉絲製成。密度相對較高,內填充岩棉保溫材密度為100 kg/m3,熱傳導係數 0.0447 W/m‧K。
    優點是因為岩棉庫板為無機材料,故防火、防潮性能比PU庫板更佳。但缺點是隔熱效果不如PU庫板,且密度較高重量較重,運輸及安裝會較為費時費力些。
  • PU庫板
    PU庫板是由聚異氰酸酯發泡而成,屬於有機聚合物泡沫塑料。內填充 PU 保溫材其密度為38 kg/m3,熱傳導係數 0.0240 (w/m‧K)。
    優點是隔熱效果比岩棉庫板更佳,且質輕有利於運輸及安裝,缺點是因為為有機材料,所以防火、防潮等性能不如岩棉庫板。

3. 空調箱的運作原理

本文第2小節說明空調箱的組成單元後,接下來為大家解說空調箱(AHU)運作原理,在詳細的圖文說明下,相信理解上就像倒吃甘蔗一樣會相對簡單許多。

空調箱(AHU)運作原理,依其運作的流程順序說明分列如下:

3.1 控制

整個空調箱(AHU)系統啟動、關閉及運轉參數設定,
由溫濕度傳感器和控制器自動調節運行,
以達到預期的供氣狀態,包括溫度、濕度、潔淨度、風量等。

同時,當空調箱(AHU)發生故障時,
控制系統也要能發出警報信號,
提醒操作人員及時處理。

3.2 空氣回收和新風引入

通過回風口,部分室內空氣被回收進入空調箱內。
通過新風口,新鮮的室外空氣也被引入空調箱內。回風和新風混合在一起,形成混合風(空氣)。

故空調箱(AHU)進氣的空氣則包含原本室內空氣(回風裝置)+外部的新鮮空氣二種混合。
倘若進氣的空氣100%為外部的新鮮空氣,通常會稱之為外氣空調箱(MAU)。

3.3 過濾

混合風(空氣)首先通過空調箱內的過濾器,
過濾器或濾網能去除空氣中的塵埃、顆粒物等污染物質。

3.4 預處理(選配單元)

某些空調箱(AHU)設有預處理裝置,
如預冷器或預熱器,
會對混合風進行初步的溫度調節。
雖然選擇增加預處理的單元功能,
空調箱整體售價價格會略為增加一些,
但根據美國能源部的研究,
在氣候溫和的地區,
採用預冷設備可使空調系統的季節能效比(SEER)提高15-20%。

3.5 冷卻及加熱

混合風經過加熱盤管或冷卻盤管,
將其加熱或冷卻至系統設定溫度,
採用熱水、蒸汽或製冷劑作為熱源或冷源。

3.6 加濕或除濕(選配單元)

加濕器能在乾燥季節為空氣增加濕度。
在潮濕季節,則通過冷凝除濕來降低空氣濕度。
濕度45%~55%是讓人感覺舒適的。

但有一些需要維特在特別高或低的濕度條件下,
則需要靠加濕或除濕設備才能達成:

  • 低濕度的空氣需求空間:
    例:實驗室電子元件儲存庫展覽館…等。
  • 高濕度的空氣需求空間:
    例:新生兒室、恢復室、棉花紡織廠、植物培養室…等。

3.7 風車

經溫濕度調節後的空氣由風車加壓並形成氣流,
風車是驅動整個系統運行的核心動力部件。

3.8 輸送

經風車加壓的處理風通過風管系統輸送到各個房間或室內區域,
視區域及使用者需求,
有時會配搭室內送風機一併搭配使用。

3.9 排放

為保持新鮮空氣的流通,
部分室內空氣會通過排風口排出室外。

結論

相信通過本文的介紹,我們現在對於空調系統及其中的主角–空調箱有了更深入的了解!我們了解完整的空調系統是如何運作,還深入探討了空氣側-空調箱的內部組件,從風車系統到過濾系統,再到控制系統和機殼及庫板,每一個都扮演著不可或缺的角色!最後,我們深入研究了空調箱的運作原理,從控制到加熱、冷卻、加濕或除濕,每一步都是為了讓我們的生活更加舒適和愉快。

倘若您對於空調箱仍有任何需求或疑問,不用客氣歡迎隨時與我們勝新冷凍空調聯絡,非常樂意幫大家服務及解決空調系統所遇到的各式難題!