110 臺灣菸酒招考評價職 冷凍電氣 冷凍空調原理 考古題詳解

核心觀念

能源效率比值（Energy Efficiency Ratio, EER）是冷氣機在特定測試條件下，冷房能力與消耗電功率的比值：

因此，EER 的常用單位為：

EER 數值越高，表示消耗相同電功率時可提供的冷房能力越大，能源使用效率越佳。

解題方法

直接依 EER 的定義判斷：

故選擇符合標準 EER 單位的選項即可。

選項分析

• (A) $\text{BTU/(h}\cdot\text{W)}$：正確

這正是 EER 的標準表示方式，分子為冷房能力，單位為 $\text{BTU/h}$；分母為輸入電功率，單位為 $\text{W}$。

• (B) $\text{kcal/(h}\cdot\text{kW)}$：錯誤

核心觀念

冷氣機的「冷氣能力」是指單位時間內，從室內移除熱量的能力，屬於熱傳率或功率，公式表示為：

其中 $\dot Q_L$ 為冷凍能力，單位可用 $\text{kW}$ 表示。冷氣能力不是單純的熱量，而是「每單位時間移除多少熱量」。

常見冷凍能力單位包括：

• $\text{kW}$
• $\text{kcal/h}$
• $\text{BTU/h}$
• 冷凍噸（RT）

本題選項中只有 $\text{kW}$ 直接表示單位時間的能量轉移率，因此答案為 (B)。

解題方法

判斷單位是否為冷氣能力單位，關鍵在於確認它是否具有「每單位時間」的意義。

功率的定義為：

因此 $\text{kW}$ 本身就是能量隨時間變化的速率，能直接表示冷氣機的冷凍能力。

若使用英制或傳統單位，必須寫成：

或

單獨的 $\text{BTU}$ 或 $\text{kcal}$ 僅表示熱量，未包含時間因素，不能完整表示冷氣能力。

選項分析

• (A) $\text{kJ}$：錯誤。 $\text{kJ}$ 是能量或熱量單位，表示一定量的熱，不表示單位時間內移除熱量的能力。

核心觀念

製冷循環系統在充填冷媒前抽真空，主要是利用低壓使系統內的水分容易汽化，再由真空泵抽除，以達到乾燥系統的目的。

系統內若殘留水分，可能造成：

• 膨脹閥或毛細管處結冰，導致冷媒流路阻塞。
• 冷凍油與水分反應，形成酸性物質。
• 腐蝕壓縮機及管路。
• 造成冷媒劣化、系統效率降低。
• 殘留空氣等不凝結氣體，使冷凝壓力升高。

抽真空時，系統壓力降低，水的沸點也隨之降低，因此即使在常溫下，系統內的水分也能汽化並被抽出。

解題方法

判斷「充填冷媒前抽真空」的主要目的，可從抽真空所要排除的對象切入：

1. 抽真空不是為了增加冷媒充填速度。
2. 抽真空不是為了充填冷凍油。
3. 雖然抽真空可排除空氣及部分雜質，但考試所強調的主要目的，是去除系統內的水分。
4. 因此正確選項為「乾燥系統」。

抽真空的核心效果可表示為：

選項分析

核心觀念

本題考查冷凍循環中各種附屬設備的安裝位置與功能。

典型蒸氣壓縮式冷凍系統流程為：

冷凝器出口至毛細管進口之間屬於高壓液體管路，也稱為液管。此處安裝乾燥過濾器，主要目的為：

• 過濾管路內的金屬屑、焊渣及雜質。
• 吸附冷媒及潤滑油中的水分。
• 防止毛細管因雜質或冰晶而堵塞。
• 降低水分造成腐蝕、酸化及壓縮機損壞的風險。

解題方法

判斷附屬設備的位置時，可依照其保護對象與流體狀態切入：

1. 冷凝器出口的冷媒已由氣態凝結成高壓液態。
2. 液態冷媒接著必須通過毛細管，經節流降壓。
3. 毛細管內徑很小，最容易受到雜質或水分形成的冰晶影響而堵塞。
4. 因此，在毛細管前方設置乾燥過濾器，以先行過濾及乾燥冷媒。

故冷凝器出口與毛細管進口之間應裝設乾燥過濾器。

選項分析

(A) 油分離器

油分離器通常安裝在壓縮機排氣管出口與冷凝器入口之間。

核心觀念

本題考查理想氣體狀態方程式：

其中：

• $P$：壓力
• $V$：體積
• $n$：氣體莫耳數
• $R$：氣體常數
• $T$：絕對溫度

在氣體種類與質量不變時，$nR$ 為定值，因此：

氣體被壓縮時，體積 $V$ 減小。一般壓縮機壓縮氣體時，外界對氣體作功，氣體內能增加，因而溫度上升；配合狀態方程式，壓力也會增高。

解題方法

依一般壓縮過程判斷：

1. 活塞或壓縮機對氣體施力，氣體體積減小。
2. 外界對氣體作功，使氣體能量增加。
3. 在未充分散熱的通常壓縮情況下，氣體溫度上升。
4. 由

$P=\frac{nRT}{V}$

可知當 $T$ 上升且 $V$ 減小時，壓力 $P$ 必然增高。

因此，標準壓縮過程的變化為：

選項分析

• (A) 壓力增高、溫度降低、體積減小

核心觀念

本題考查冷凍油的黏滯度與溫度之關係。

黏滯度是流體抵抗流動或內部剪切變形的能力，符號通常以 $\mu$ 表示。冷凍油屬於液體，液體溫度升高時，分子間的吸引作用相對減弱，流動阻力降低，因此黏滯度會下降。

動黏度則定義為：

其中：

• $\nu$：動黏度
• $\mu$：絕對黏度或動力黏度
• $\rho$：流體密度

題目所稱冷凍油的「黏滯度」，一般是指油品的流動黏度；在溫度升高時，其數值會變小。

解題方法

直接利用液體黏度的溫度特性判斷：

冷凍油溫度變高後，油的流動性增加，變得較稀，通過軸承、油路及壓縮機內部間隙時的流動阻力降低，所以黏滯度變小。

須注意，液體與氣體的黏度溫度關係相反：

核心觀念

本題考查理想蒸氣壓縮製冷循環各過程的熱力學性質。理想製冷循環通常包含：

1. 壓縮機：等熵壓縮
2. 冷凝器：等壓放熱
3. 膨脹閥：等焓膨脹
4. 蒸發器：等壓吸熱

蒸發器內的低壓冷媒吸收被冷卻物體的熱量，使冷媒由液氣混合狀態逐漸汽化，成為低壓蒸氣。理想分析中，蒸發器內的壓力降忽略不計，因此蒸發過程視為等壓吸熱過程。

其熱量交換可表示為：

其中 $h_4$ 為冷媒進入蒸發器時的比焓，$h_1$ 為冷媒離開蒸發器時的比焓。

解題方法

直接依據理想蒸氣壓縮製冷循環各設備的基本假設判斷：

• 冷媒在蒸發器內吸熱汽化。
• 忽略蒸發器內的摩擦及壓力損失。
• 因此蒸發器進、出口壓力相等：

所以蒸發過程為等壓過程。

選項分析

(A) 等壓：正確

核心觀念

冷凍循環中，冷媒經蒸發器吸收熱量後，應在壓縮機吸入端呈現低壓氣態，通常要求為過熱蒸氣，以避免液態冷媒進入壓縮機造成液擊。

在相同冷媒下，液態冷媒分子排列較緊密，密度較大；氣態冷媒分子間距較大，密度較小。因此壓縮機吸入端的冷媒狀態是氣態密度小。

密度定義為：

氣態冷媒所占體積較大，所以單位體積內的質量較少，密度低於液態冷媒。

解題方法

判斷壓縮機吸入端的冷媒狀態，先掌握冷凍循環的基本流程：

冷媒在蒸發器內由液態逐漸汽化，離開蒸發器並進入壓縮機吸入端時，應為低壓氣態冷媒。壓縮機的功能是壓縮氣體，提高其壓力與溫度，而非直接壓縮液體。

因此：

核心觀念

本題考查冷凝器出口冷媒的「過冷度」定義。

過冷度是指在相同冷凝壓力下，冷媒的飽和液體溫度與實際液體冷媒溫度之差：

因此：

解題方法

冷媒離開冷凝器後，若具有 $5^\circ\text{C}$ 過冷度，表示其實際溫度比冷凝溫度低 $5^\circ\text{C}$。

已知：

所以進入毛細管前的冷媒溫度為：

故選擇 (B) $30^\circ\text{C}$。

此計算採用冷凝器出口至毛細管入口間壓力降及熱交換可忽略的標準假設。

選項分析

核心觀念

本題考查乾球溫度、濕球溫度與空氣乾濕程度的關係。

• 乾球溫度：一般溫度計直接測得的空氣溫度。
• 濕球溫度：溫度計感溫球包覆濕布，水分蒸發時吸收汽化潛熱，使感溫球降溫所測得的溫度。
• 乾濕球溫度差：在一般未達飽和的空氣中，乾球溫度通常高於濕球溫度，兩者差值稱為乾濕球溫度差。

空氣愈乾燥，表示相對濕度愈低，空氣尚能容納的水蒸氣量愈多，濕布上的水分蒸發愈旺盛，吸收的汽化潛熱愈多，因此濕球溫度下降愈明顯。

解題方法

在乾球溫度保持一定時，判斷濕球溫度的變化可由蒸發冷卻原理分析：

1. 空氣愈乾燥，表示空氣中的水蒸氣分壓愈低。
2. 濕布表面水分與空氣之間的水蒸氣分壓差增大。
3. 水分蒸發速率提高。
4. 蒸發所吸收的汽化潛熱增加，使濕球感溫球降溫更多。
5. 因此濕球溫度降低。

在心理線圖上，乾球溫度固定時，狀態點向較低相對濕度方向移動，會朝較低濕球溫度的方向變化。乾空氣的乾濕球溫度差較大，可表示為：

核心觀念

本題考查蒸氣壓縮式製冷循環中，冷媒通過四大主要設備的先後順序：

1. 壓縮機
2. 冷凝器
3. 膨脹閥（或毛細管）
4. 蒸發器

冷媒在系統中循環時，依序完成：

各階段的主要作用如下：

• 壓縮：低壓、低溫的冷媒蒸氣進入壓縮機，被壓縮成高壓、高溫蒸氣。
• 冷凝：高壓、高溫冷媒蒸氣在冷凝器中向外界放熱，凝結成高壓液體。
• 膨脹：高壓液態冷媒通過膨脹閥，壓力突然降低，部分液體閃發成蒸氣，形成低壓、低溫的冷媒混合物。
• 蒸發：低壓、低溫冷媒在蒸發器中吸收被冷卻物的熱量而蒸發，成為低壓蒸氣，再回到壓縮機。

解題方法

判斷冷凍循環順序時，可由壓縮機出口開始追蹤冷媒流向：

因此，冷媒的熱力過程為：

所以正確選項為 （D）。

選項分析

核心觀念

本題考查冷凍循環中冷凝器散熱能力下降對冷媒冷凝壓力的影響。

冷凝器的功能是將壓縮機排出的高溫、高壓冷媒氣體，藉由與空氣或冷卻水進行熱交換，使冷媒放熱並凝結成液體。當冷凝器表面積塵、翅片堵塞或水垢增加時，會造成散熱不良，冷媒熱量不易排出。

在冷凝器內，冷媒的冷凝壓力主要由冷凝溫度決定：

其中：

• $P_c$：冷凝壓力，也就是冷媒高壓側壓力
• $T_c$：冷凝溫度
• $P_{\mathrm{sat}}$：冷媒在該溫度下的飽和壓力

對一般冷媒而言，冷凝溫度升高時，飽和壓力也會升高。

解題方法

冷凝器變髒後，污垢會增加熱阻，使冷媒與外界之間的熱傳效果變差。冷凝器必須提高冷媒的冷凝溫度，才能在相同環境條件下排出足夠的熱量。

熱量排出關係可概念性表示為：

其中：

• $Q$：冷凝器排出的熱量
• $U$：總熱傳係數
• $A$：有效熱傳面積
• $\Delta T$：冷媒與冷卻介質之間的平均溫差

冷凝器變髒會使總熱傳係數 $U$ 降低。為維持所需的散熱量 $Q$，冷媒側溫度必須升高，使溫差 $\Delta T$ 增大。冷凝溫度升高後，依冷媒壓力—溫度關係：

核心觀念

本題考查蒸發器的冷凍能力平衡，以及冷媒「單位質量製冷效果」的應用。

蒸發器吸收水側熱量，等於冷媒循環所提供的製冷量，因此：

水的常用物性為：

• 密度約為 $1\text{ kg/L}$
• 比熱約為 $1\text{ kcal/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$

冷媒製冷效果 $50\text{ kcal/kg}$，表示每 $1\text{ kg}$ 冷媒通過蒸發器時，可吸收 $50\text{ kcal}$ 的熱量。

解題方法

水的流量為：

依水的密度約為 $1\text{ kg/L}$，換算為質量流量：

水由 $15^\circ\text{C}$ 冷卻至 $10^\circ\text{C}$，溫降為：

水側每分鐘放出的熱量為：

代入 $c_w=1\text{ kcal/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$：

設冷媒循環量為 $\dot{m}_r$，由冷媒製冷效果為 $50\text{ kcal/kg}$：

因此：

選項分析

核心觀念

本題考查製冷系統「冷媒充填量不足」對高、低壓側壓力的影響。

在正常運轉下：

• 高壓側壓力主要反映冷凝器內冷媒的凝結壓力。
• 低壓側壓力主要反映蒸發器內冷媒的蒸發壓力。
• 冷媒不足時，系統內循環的冷媒質量流率降低，蒸發器供液量不足，冷凝器內可凝結的冷媒量也減少。

冷媒的飽和壓力與飽和溫度具有對應關係：

$P_{\text{sat}}=f(T_{\text{sat}})$

因此，當蒸發溫度或冷凝溫度下降時，其對應壓力也會下降。

解題方法

冷媒充填太少時，會同時造成以下兩種現象：

1. 蒸發器供液不足

進入蒸發器的冷媒量減少，蒸發器內的蒸發壓力下降，故低壓側壓力降低。

此時常伴隨：

• 蒸發器出口過熱度升高
• 吸氣管溫度偏高
• 冷凍能力下降
• 壓縮機回氣不足

2. 冷凝器內冷媒量不足

高壓側循環冷媒量減少，冷凝器內的冷媒凝結量不足，冷凝壓力降低，故高壓側壓力也降低。

所以，冷媒充填不足的典型壓力特徵為：

$\text{高壓壓力降低，低壓壓力降低}$

因此正確選項為 (C)。

選項分析

• (A) 高壓壓力過低、低壓壓力過高

核心觀念

理想製冷循環中，壓縮機的壓縮過程通常假設為「可逆斷熱壓縮」。

由熱力學第二定律，可逆且斷熱的過程沒有熵傳遞，故冷媒的熵保持不變：

因此，理想壓縮機內的冷媒是以**等熵過程（isentropic process）**進行壓縮。

斷熱只表示過程中沒有熱量進出，即：

若再加上「可逆」條件，才可得到等熵過程。因此理想製冷循環中的壓縮過程稱為可逆斷熱壓縮或等熵壓縮。

解題方法

題目指出「理想製冷循環」及「壓縮機內以斷熱方式進行壓縮」。

理想循環對壓縮機的基本假設為：

1. 壓縮過程為斷熱；
2. 壓縮過程為可逆；
3. 因此熵值不變。

故：

這代表壓縮機內的冷媒由狀態 1 壓縮至狀態 2 時，進行等熵壓縮。

【答案】(B) 等熵

選項分析

• (A) 等溫：錯誤

等溫過程是指溫度保持不變：

$T=\text{常數}$

核心觀念

本題考查製冷循環各主要設備出口的冷媒狀態，以及「過冷液體（subcooled liquid）」的定義。

冷媒在冷凝器內經歷：

1. 高壓過熱蒸氣降溫。
2. 高壓蒸氣冷凝成飽和液體。
3. 液體再繼續降溫至低於該壓力下的飽和溫度。

當液態冷媒的實際溫度低於同一壓力下的飽和液體溫度時，稱為過冷液體，其過冷度為：

過冷液體通常出現在冷凝器出口，進入膨脹閥之前。

解題方法

判斷冷媒通過各設備後的狀態：

• 冷凝器：高壓過熱蒸氣放熱、冷凝，最後成為高壓液體，若冷凝器設計有過冷段，出口即為過冷液體。
• 膨脹閥：冷媒節流降壓，部分液體立即閃發成蒸氣，出口為低壓濕蒸氣混合物。
• 蒸發器：低壓濕蒸氣吸熱完全汽化，出口通常為低壓過熱蒸氣。
• 壓縮機：吸入低壓過熱蒸氣並壓縮，出口為高壓過熱蒸氣。

因此，過冷液體的位置是冷凝器出口。

選項分析

核心觀念

本題考查水冷式冷凝器中的熱傳方向與溫度差。

在冷凝器內，冷媒由高溫高壓氣體放熱，經過冷凝成為液體；冷卻水則吸收冷媒放出的熱量。因此：

• 冷媒冷凝飽和溫度：可視為冷媒在冷凝過程中的相變溫度。
• 冷卻水出水溫度：冷卻水吸熱後的出口溫度。
• 熱量必須由高溫物體傳向低溫物體，因此冷媒冷凝飽和溫度必須高於冷卻水溫度，才能持續將熱量傳給冷卻水。

解題方法

水冷式冷凝器的熱量關係為

其中：

• $\dot Q_c$：冷凝器排出的熱量
• $\dot m_w$：冷卻水質量流率
• $c_{p,w}$：水的比熱
• $T_{w,in}$、$T_{w,out}$：冷卻水進、出水溫度

冷媒在冷凝區放熱時，冷凝飽和溫度 $T_{cond}$ 通常近似維持固定，而冷卻水沿流動方向逐漸升溫。為了使熱量由冷媒傳至冷卻水，冷媒與冷卻水之間必須維持正的溫差：

特別是在冷卻水出口處，水溫已經是整個冷凝器內較高的水溫，因此仍須滿足

核心觀念

本題考查中央空調水冷式冰水主機的起動控制順序，重點在於：

1. 冰水主機起動前，必須先建立冰水側流量。
2. 水冷式冰水主機的冷凝器需要冷卻水帶走冷凝熱，因此冷卻水泵必須先運轉。
3. 冷卻水經冷卻水塔散熱後，才能使冰水主機在適當的冷凝壓力下運轉。
4. 冰水主機必須在相關水泵運轉、流量開關確認有水流後，才可啟動壓縮機。

典型的起動邏輯為：

其中「冷卻水塔」通常是指冷卻水塔風扇或相關散熱設備開始運轉。

解題方法

判斷順序可依「先建立水流，再散熱，最後啟動主機」的原則：

第一步，啟動冰水泵，使冰水在蒸發器側循環。如此可確保主機蒸發器內有足夠流量，避免蒸發器結冰或因低流量造成損壞。

第二步，啟動冷卻水泵，使冷卻水在冷凝器與冷卻水塔之間循環。

第三步，啟動冷卻水塔，使冷卻水能排放冷凝熱，降低冷凝器進水溫度。

第四步，確認冰水流量、冷卻水流量及相關保護開關均正常後，才啟動冰水主機。

因此正確順序為：

選項分析

(A) 冰水主機 $\rightarrow$ 冷卻水塔 $\rightarrow$ 冷卻水泵 $\rightarrow$ 冰水泵

核心觀念

本題考查壓力單位的換算關係。

帕斯卡（Pa）是國際單位制中的壓力單位，定義為：

而工程及冷凍空調領域常用的 bar 定義為：

因此，$1\text{ bar}$ 等於 $100{,}000\text{ Pa}$。

解題方法

直接利用 bar 與 Pa 的標準換算關係：

所以：

冷凍空調系統中的壓力表、壓縮機排氣壓力及冷媒壓力，常以 bar、kPa 或 MPa 表示，熟悉此換算是基本能力。

選項分析

• (A) $1\text{ Pa}$：錯誤。 $1\text{ Pa}$ 僅為 $1\text{ bar}$ 的十萬分之一：

$1\text{ bar}=100{,}000\text{ Pa}$

核心觀念

非共沸冷媒（non-azeotropic refrigerant mixture）由兩種以上不同沸點的冷媒組成。在一定壓力下，混合冷媒不會像純冷媒或共沸冷媒一樣於單一固定溫度完成相變，而是具有一段凝結溫度範圍。

此段由露點溫度（dew-point temperature）至泡點溫度（bubble-point temperature）的溫度差，稱為滑落溫度差（temperature glide）：

在冷凝器中，非共沸冷媒由高溫高壓氣體逐漸凝結為液體，因此其冷凝過程會產生溫度變化，此溫差即為滑落溫度差。

解題方法

判斷關鍵在於「非共沸冷媒」與「冷凝器」兩個條件：

1. 非共沸冷媒在定壓相變時，組成比例會隨氣液相變化而改變。
2. 因此，冷媒由氣相逐漸變成液相時，凝結溫度不是固定值。
3. 凝結開始的露點溫度與凝結完成的泡點溫度之間，形成一段溫度差。
4. 此溫度差稱為「滑落溫度差」。

因此正確選項為 (D)。

選項分析

核心觀念

冷氣機外殼屬於使用者可接觸的金屬外露導電部分。若冷氣內部電線絕緣破損，使火線碰觸外殼，外殼可能帶電；人體接觸後，電流會經人體流入大地，造成感電危險。

因此，冷氣安裝時，外殼必須依用電設備接地規定接至保護接地線，使故障電流具有低阻抗回路，促使保護裝置迅速動作，降低觸電風險。

本題以命題當年（民國110年）法規為準，依當時《屋內線路裝置規則》之用電設備接地原則判斷。現行法規名稱及條文編排已有修正，但金屬外殼應施行保護接地的安全原則不變。

解題方法

判斷重點在於「冷氣外殼」是否屬於應接地的外露金屬部分：

1. 冷氣外殼通常為金屬製，且使用者可直接接觸。
2. 發生漏電時，外殼可能帶有危險電位。
3. 將外殼接至地線，可使故障電流經由接地線流回電源側。
4. 故障電流增大後，促使無熔絲開關、漏電斷路器等保護裝置動作，切斷電源。

接地線的功能是安全保護，不是正常供電導線，因此外殼不可接火線，也不可因「看起來沒有漏電」而省略接地。

選項分析

核心觀念

分離式冷氣的冷凍循環主要由四大組件構成：

1. 壓縮機
2. 冷凝器
3. 膨脹閥
4. 蒸發器

冷媒在室內吸收熱量後，經壓縮機加壓，再流入室外側的冷凝器，將熱量排放至室外。因此，分離式冷氣的室外機主要對應冷凍循環中的冷凝器側。

室外機通常包含冷凝器盤管、壓縮機、室外風扇及控制元件；本題依一般考試命題慣例，是以室外機的主要熱交換功能判斷其所屬組件。

解題方法

判斷冷氣組件的位置與功能：

• 室內機：蒸發器吸收室內熱量，使室內降溫。
• 室外機：冷凝器將冷媒中的熱量排放到室外。
• 壓縮機：提高冷媒的壓力與溫度。
• 膨脹閥：降低冷媒壓力，使冷媒進入蒸發器前降溫。

由於題目將「室外機」與冷凍循環組件配對，標準答案採其主要熱交換器，即冷凝器。

選項分析

核心觀念

本題考查液態冷媒管路中發生閃氣（Flash Gas）對蒸發器供液量與冷凍能力的影響。

正常情況下，冷凝器出口的冷媒應以高壓液態進入膨脹閥。若液態冷媒在液管內因壓力降過大、管路過長、環境吸熱或過冷度不足而部分汽化，就會形成液氣兩相流，此現象稱為閃氣。

冷凍能力可表示為：

其中：

• $\dot Q_L$：冷凍能力
• $\dot m$：冷媒質量流率
• $h_e$：冷媒離開蒸發器時的焓
• $h_i$：冷媒進入蒸發器時的焓

閃氣發生於膨脹閥之前時，液管內已含有部分冷媒蒸氣，會造成：

1. 實際可供膨脹閥使用的液態冷媒量減少。
2. 膨脹閥前形成液氣兩相流，供液能力下降。
3. 蒸發器入口含有較多蒸氣，能夠在蒸發器內吸收潛熱的液態冷媒量減少。
4. 蒸發器供液不足，使整體冷凍能力降低。

解題方法

判斷重點在於「閃氣發生位置」及其對膨脹閥供液的影響。

液態冷媒若在液管中提前汽化，表示冷媒尚未進入膨脹閥，就已經有一部分完成汽化。此部分蒸氣在膨脹閥前幾乎不能提供有效的液態供給，會使膨脹閥及蒸發器的有效供液量減少。

核心觀念

本題考查蒸氣壓縮式冷凍循環中，冷媒通過蒸發器後的狀態。

蒸發器位於冷凍循環的低壓側。冷媒進入蒸發器時，通常是經膨脹閥節流後形成的低溫、低壓液氣混合物，吸收被冷卻物或周圍空氣的熱量後逐漸汽化。

冷媒離開蒸發器時，通常已成為低溫、低壓氣體；為避免液態冷媒進入壓縮機造成液擊，實際運轉時常使出口具有些微過熱度，成為低溫低壓的過熱蒸氣。

解題方法

依冷凍循環主要設備判斷：

1. 壓縮機出口：高溫、高壓氣體。
2. 冷凝器出口：高壓液體。
3. 膨脹閥出口：低溫、低壓液氣混合物。
4. 蒸發器出口：低溫、低壓氣體。

蒸發器的功能是讓冷媒吸熱汽化，而蒸發壓力大致維持在低壓側。因此冷媒離開蒸發器時，仍屬低壓狀態，且已由液體或液氣混合物轉變為氣體。

選項分析

核心觀念

本題考查冷媒依「分子組成」所作的分類：

• CFC：氯氟碳化物，含碳、氟、氯，不含氫。
• HC：碳氫化合物，僅含碳、氫，例如丙烷、異丁烷。
• HCFC：含氫氯氟碳化物，含碳、氫、氟、氯。
• HFC：氫氟碳化物，含碳、氫、氟，不含氯。

R-410A 是由 R-32 與 R-125 混合而成的混合冷媒：

• R-32：二氟甲烷，化學式為 $CH_2F_2$
• R-125：五氟乙烷，化學式為 $C_2HF_5$

兩者均含有碳、氫、氟，完全不含氯，因此 R-410A 屬於 HFC 冷媒。

解題方法

判斷冷媒分類時，先看其分子中是否含有氯元素：

1. 含氯且不含氫，屬於 CFC。
2. 含氯且含氫，屬於 HCFC。
3. 不含氯，但含氫、氟與碳，屬於 HFC。
4. 僅含碳與氫，屬於 HC。

R-410A 的主要成分為 R-32 與 R-125，兩者皆無氯元素，故分類為 HFC。

核心觀念

本題考查冷媒鋼瓶的顏色識別。依冷媒容器常用色碼，R-134a 冷媒瓶的標準識別色為淡藍色，考試選項通常以「藍色」表示。

R-134a 是常見的氫氟碳化物冷媒，化學名稱為四氟乙烷，主要用於汽車冷氣、家用冰箱及空調設備。冷媒瓶顏色的用途，是協助使用者快速辨識冷媒種類，避免充填錯誤。

解題方法

直接依冷媒鋼瓶色碼判斷：

因此，在選項中應選擇代表藍色的選項。

選項分析

核心觀念

本題考查冷媒的化學分類、臭氧層破壞潛勢（ODP）及國際禁用規範。

R11 的化學名稱為三氯氟甲烷，屬於氯氟碳化合物（CFC）。其分子含有氯原子，進入平流層後會破壞臭氧層，因此受到《蒙特婁議定書》管制，已禁止生產與使用。

以命題當年（民國 110 年）法規為準，我國依《臭氧層保護法》及相關管制規定，對 CFC 類冷媒進行禁用與管制。

解題方法

判斷冷媒是否被禁用，可依下列步驟：

1. 先辨認冷媒所屬類別。
2. 判斷其是否含有氯、溴等會破壞臭氧層的元素。
3. 對照《蒙特婁議定書》管制對象。

CFC 類冷媒的臭氧層破壞潛勢較高，典型代表包括 R11、R12、R113 等，均屬早期被淘汰的冷媒。

R11 的化學式為：

其中含有氯元素，具有破壞臭氧層的能力，因此為禁用冷媒。

選項分析

(A) R11

R11 屬於 CFC 冷媒，化學名稱為三氯氟甲烷，具有高臭氧層破壞潛勢，已列入《蒙特婁議定書》管制物質。

因此，R11 是本題正確答案。

(B) R-410A

R-410A 為混合冷媒，主要由 R32 與 R125 組成，屬於 HFC 類冷媒，不含氯，因此臭氧層破壞潛勢為：

核心觀念

冷媒莫里爾線圖通常指壓力—焓圖（$P$-$h$圖），用來表示冷媒在不同壓力、焓值下的熱力狀態。飽和區域以「飽和液體曲線」與「飽和蒸氣曲線」為界：

• 飽和液體曲線左側：過冷液體區
• 兩條飽和曲線之間：飽和液氣混合區，又稱濕蒸氣區
• 飽和蒸氣曲線右側：過熱蒸氣區

當冷媒蒸發完成，乾度達到 $x=1$，成為飽和蒸氣；若繼續吸熱，溫度會高於該壓力下的飽和溫度，即進入過熱蒸氣狀態。

解題方法

題目問「飽和蒸氣曲線的右邊」所代表的區域。

在莫里爾線圖中，飽和蒸氣曲線是液體完全汽化的分界線：

$x=1$

曲線右側表示冷媒已經完全汽化，且焓值持續增加。於固定壓力下，冷媒溫度高於飽和溫度，因此屬於過熱蒸氣區。

判斷關係可表示為：

$T>T_{\mathrm{sat}}(P)$

所以正確答案為過熱蒸氣。

選項分析

核心觀念

膨脹閥位於冷凝器與蒸發器之間，主要功能包括：

1. 使高壓液態冷媒節流降壓，進入蒸發器。
2. 依據蒸發器負荷調節冷媒流量。
3. 維持蒸發器出口冷媒具有適當的過熱度，避免液態冷媒回到壓縮機造成液擊。

過熱度定義為蒸發器出口冷媒的實際溫度，減去該壓力下的飽和溫度：

因此，膨脹閥的主要控制目標是蒸發器出口的過熱度。

解題方法

判斷膨脹閥功能時，掌握「蒸發器出口不能帶液」這項核心原則。

冷媒在蒸發器內吸收熱量並蒸發。若冷媒供給過多，蒸發器出口仍含有液態冷媒，液冷媒可能被壓縮機吸入，造成液擊與壓縮機損壞；若冷媒供給過少，則蒸發器有效換熱面積未充分利用，冷凍能力下降。

膨脹閥透過調節進入蒸發器的冷媒量，使出口冷媒維持適當的過熱狀態。故其主要是在維持蒸發器出口的過熱度。

選項分析

(A) 壓力

核心觀念

冷凍循環系統的效率，是以「提供冷凍效果所需付出的功」作為比較基準，通常以性能係數 COP（Coefficient of Performance）表示。

冷凍機的 COP 定義為：

其中：

• $Q_L$：蒸發器自低溫環境吸收的熱量，即冷凍能力
• $W$：壓縮機等設備對系統所輸入的功
• $COP_R$：冷凍性能係數

因此，COP 越大，表示輸入相同功率時能移除更多熱量，冷凍循環的性能越好、效率越高。

解題方法

題目問的是「冷凍循環系統之效率依據何種值大小判定」，關鍵在於辨認冷凍系統的效率指標。

冷凍機不是以熱效率表示性能，而是以 COP 表示。其基本關係為：

COP 數值越大，代表系統以較少的輸入功達成較大的冷凍效果，因此效率越高。

【答案】$\text{(B) COP}$

選項分析

• (A) 冷凍能力：錯誤

冷凍能力通常指單位時間內蒸發器所吸收的熱量，例如 $\mathrm{kW}$、$\mathrm{kcal/h}$ 或冷凍噸。

核心觀念

本題考查蒸發器出口冷媒的「過熱度」概念。

• 蒸發溫度：蒸發器內冷媒在蒸發壓力下的飽和蒸發溫度。
• 壓縮機冷媒回流溫度：冷媒離開蒸發器，經吸氣管回到壓縮機入口時的實際溫度。

正常冷凍循環中，為避免液態冷媒進入壓縮機造成液擊，蒸發器出口至壓縮機入口的冷媒通常必須呈現過熱蒸氣狀態。因此，壓縮機回流溫度會高於蒸發溫度。

過熱度公式為：

正常運轉時，過熱度通常大於零，因此：

所以蒸發溫度相對於壓縮機冷媒回流溫度較低。

解題方法

直接比較兩者的物理意義：

1. 冷媒在蒸發器內沸騰時，溫度約維持在該壓力下的飽和蒸發溫度。
2. 冷媒完全蒸發後，繼續吸收熱量而成為過熱蒸氣。

核心觀念

本題考查冰箱蒸發器與庫內空氣之間的熱傳方向。

冰箱是利用冷媒在蒸發器內蒸發吸熱，使庫內熱量傳給冷媒。熱量自然傳遞的方向，必須由高溫處流向低溫處，因此庫內要求溫度必須高於冷媒的蒸發溫度，才能使庫內熱量傳入蒸發器並被冷媒吸收。

解題方法

冷媒在蒸發器內以蒸發溫度 $T_e$ 吸收庫內熱量。若庫內溫度為 $T_{\text{庫}}$，要有熱量由庫內傳至蒸發器，必須符合：

實際冰箱中，庫內空氣與蒸發器表面之間需要一定的溫差，熱量才會持續傳遞。因此蒸發溫度通常低於冰箱庫內要求溫度。

例如，冰箱庫內要求約 $5^\circ\text{C}$，冷媒蒸發溫度可能低於此溫度，使庫內熱量能傳至蒸發器。

核心觀念

本題考查熱傳遞的三種基本方式：

• 熱傳導：熱能經由物質內部粒子振動或自由電子傳遞，通常不伴隨物質整體流動。
• 熱對流：流體因溫度差造成密度差，產生流體的流動，並藉由流體流動傳遞熱能。
• 熱輻射：以電磁波形式傳遞熱能，不必依靠介質。
• 熱擴散：並非冷凍空調原理中熱傳遞的標準分類，不能作為本題答案。

解題方法

電冰箱蒸發器位於冷藏室上方，蒸發器內的冷媒蒸發吸收周圍空氣的熱量，使鄰近蒸發器的空氣溫度降低。

空氣冷卻後密度增加，會向下沉降；冷藏室下方較溫暖、密度較小的空氣則向上流動，補充至蒸發器附近。此種由溫度差與密度差造成的空氣循環，稱為自然對流或自由對流。

因此，冷藏室內部主要藉由空氣的自然循環，使冷度逐漸均勻。

選項分析

核心觀念

熱泵式暖氣機在暖房運轉時，屬於逆循環系統，將室外低溫環境中的熱量搬運至室內。其能量來源包括：

1. 室外蒸發器吸收的熱量 $Q_L$
2. 壓縮機消耗的輸入功 $W$

依熱力學第一定律，室內冷凝器釋放的熱量 $Q_H$ 為：

因為壓縮機必須消耗功，故 $W>0$，因此：

也就是室內所釋放的熱量，等於室外吸收熱量再加上壓縮機輸入功。

解題方法

題目比較的是：

• 室外吸收的熱量：$Q_L$
• 室內釋放的熱量：$Q_H$

熱泵暖氣循環的能量平衡為：

因此：

所以，在室外所吸收的熱量低於室內所釋放的熱量。

選項分析

核心觀念

本題考查毛細管的節流作用，以及蒸發器出口過熱度的定義。

過熱度（Superheat）是吸入管或蒸發器出口冷媒實際溫度，與該處蒸發壓力所對應之飽和溫度的差值：

毛細管的長度越長，流動阻力越大，供給蒸發器的冷媒量越少；毛細管剪短後，流動阻力降低，冷媒流量增加。

解題方法

在冷凍系統其他條件大致不變時：

1. 毛細管剪短。
2. 毛細管的摩擦阻力與壓降減少。
3. 單位時間通過毛細管的冷媒質量增加。
4. 蒸發器內的冷媒供給量增加，蒸發器較充分被液態冷媒潤濕。
5. 冷媒在蒸發器出口處的乾涸區縮短，出口氣體額外升溫的程度降低。
6. 因此，蒸發器出口過熱度會減少。

毛細管過度剪短時，冷媒流量過大，甚至可能造成液態冷媒尚未完全蒸發便進入壓縮機，形成液擊或壓縮機回液問題；但就本題所問的基本變化而言，過熱度的趨勢是減少。

選項分析

核心觀念

冷凍循環中：

• 蒸發器吸收室內或被冷卻物的熱量，稱為蒸發器冷凍能力 $Q_e$。
• 冷凝器向外界排出的熱量，稱為冷凝器放熱量 $Q_c$。
• 壓縮機對冷媒作功，輸入功率為 $W$。

依冷凍循環的能量守恆：

因為壓縮機需消耗外界輸入功，該功轉化為冷媒系統的能量，最後也須在冷凝器排出，所以冷凝器散出的熱量大於蒸發器吸收的熱量。

解題方法

以整個冷凍循環進行能量平衡：

即：

正常運轉時，壓縮機輸入功 $W>0$，因此：

所以冷凝器所散出的熱量較蒸發器所吸收的熱量高。

選項分析

核心觀念

本題考查風扇的相似律（風扇定律）：

在同一風扇、相同環境及相同系統條件下，風量 $Q$ 與風扇轉速 $N$ 成正比：

因此，風扇轉速增加時，風量會依相同比例增加。

解題方法

設原轉速為 $N_1$，原風量為 $Q_1$；轉速增加一倍後：

由風量與轉速成正比：

代入：

所以：

風量為原來的 $2$ 倍。

其物理意義為：風量可表示為通過面積與平均風速的乘積，而同一風扇的葉片線速度與轉速成正比，因此在相同條件下，風量也與轉速成正比。

選項分析

核心觀念

本題考查空調送風量分配與風量、風速、出風口面積三者的關係。

在各房間室內條件、單位面積熱負荷及送風溫差相同，且欲維持相同室溫的估算條件下，各房間所需風量可按地面積比例分配：

其中：

• $Q$：房間送風量，單位為 $\text{CMM}=\text{m}^3/\text{min}$
• $A$：房間地面積，單位為 $\text{m}^2$

出風口的基本關係式為：

因此出風口面積為：

其中 $V$ 為出口風速，$A_o$ 為出風口面積。

解題方法

三個房間總地面積為：

$30\text{ m}^2$ 房間所占面積比例為：

因此該房間所分配的風量為：

已知出口風速為：

代入出風口面積公式：

所以 $30\text{ m}^2$ 房間的出風口面積為：

選項分析

核心觀念

本題考查風機相似定律（Fan Laws）中的馬力定律。在風機葉輪尺寸、空氣密度及其他條件不變時：

• 風量 $Q$ 與轉速 $N$ 成正比：$Q \propto N$
• 風壓 $\Delta P$ 與轉速平方成正比：$\Delta P \propto N^2$
• 所需馬力 $H$ 或軸功率 $P$ 與轉速立方成正比：$P \propto N^3$

題目已明確指出空氣密度不變，因此可直接使用馬力定律。

解題方法

設原來風機轉速為 $N_1$，所需馬力為 $P_1$；降低後轉速為 $N_2$，所需馬力為 $P_2$。

依風機相似定律：

題目給定：

代入得：

因此，風機所需馬力變為原來的 $\frac{1}{27}$。

選項分析

• (A) $\frac{1}{3}$：錯誤。 $\frac{1}{3}$ 是轉速比例，亦可對應風量比例，並非所需馬力比例。

核心觀念

本題考查「公制冷凍噸位」與冷凍能力的換算。

在冷凍空調工程中：

箱型冷氣機的額定冷凍能力，應至少等於使用空間的總熱負荷。因此，冷氣機的冷凍噸位可換算為使用空間所能負擔的最高總熱負荷量。

解題方法

已知冷氣機容量為 $5$ 公制冷凍噸：

因此，使用空間之總熱負荷量最高可達：

選項分析

• (A) $15000\text{ kcal/hr}$：錯誤。 此數值低於 $5$ 公制冷凍噸所代表的 $16600\text{ kcal/hr}$，並非完整換算結果。

核心觀念

相對濕度定義為：

其中：

• $p_v$：空氣中實際水蒸氣分壓
• $p_{ws}(T)$：該溫度下水的飽和蒸氣壓

露點溫度是空氣在水蒸氣含量不變下，冷卻至開始凝結的溫度。露點溫度不變，代表實際水蒸氣分壓 $p_v$ 維持不變。

解題方法

空氣溫度升高時，水的飽和蒸氣壓會隨溫度升高而增加，即：

由於露點溫度不變，實際水蒸氣分壓 $p_v$ 不變，因此：

分母增加，整體相對濕度降低。因此空氣雖然沒有減少實際水蒸氣含量，但在較高溫度下能容納更多水蒸氣，故相對濕度下降。

核心觀念

風管內的動壓是流體因流速所產生的壓力，公式為：

其中：

• $P_d$：動壓
• $\rho$：空氣密度
• $V$：風速

在空氣密度固定的條件下，動壓 $P_d$ 與風速平方 $V^2$ 成正比：

因此，本題考查的是「動壓與風速平方的關係」。

解題方法

直接由動壓公式判斷：

由於 $\frac{1}{2}\rho$ 為固定係數，動壓的變化主要取決於 $V^2$。因此：

• 風速增加為原來的 2 倍，動壓增加為原來的 4 倍。
• 風速增加為原來的 3 倍，動壓增加為原來的 9 倍。

故動壓與風速平方成正比。

選項分析

(A) 風速

錯誤。動壓不是與風速 $V$ 成正比，而是與風速平方 $V^2$ 成正比。

(B) 風速平方

正確。依據：

核心觀念

VWV 是 Variable Water Volume，變水量系統，其節能原理是依空調負載需求改變水側流量。當負載降低時，利用變頻器降低水泵轉速，使循環水量減少，降低水泵耗電。

水泵功率與轉速約有下列關係：

其中 $P$ 為水泵功率，$N$ 為水泵轉速。因此降低水泵轉速，可大幅節省能源。

解題方法

判斷縮寫所代表的控制對象：

• VAV：Variable Air Volume，變風量，主要控制空調箱風車轉速。
• VRV／VRF：Variable Refrigerant Volume／Flow，變冷媒量，主要控制壓縮機容量或轉速。
• VWV：Variable Water Volume，變水量，主要控制水泵轉速。

因此，本題問 VWV 系統的轉速，應選擇水泵，而不是壓縮機、冷凝器風扇或空調箱風車。

核心觀念

本題考的是風機的並聯特性。

兩台相同風機並聯時：

• 各風機的出口接至同一風管或系統。
• 兩台風機承受相同的系統壓力。
• 風量可以相加。
• 風壓並不因並聯而直接相加。

設單台風機的風量為 $Q$，風壓為 $\Delta p$，則並聯後的理論關係為：

因兩台風機完全相同，故：

因此：

所以並聯的主要效果是增加供應風量，風壓則維持與單台風機相同。

解題方法

判斷風機組合方式時，掌握以下基本規則：

• 並聯運轉：風量相加，風壓相同
• 串聯運轉：風壓相加，風量相同

本題為兩台相同風機並聯，因此：

故正確敘述為「風量加倍、風壓不變」。

此處的「理論上」代表忽略風管阻力、效率降低、風機互相干擾及實際系統工作點變化等因素，直接採用理想風機組合關係。

核心觀念

壓縮比是壓縮機排氣壓力與吸氣壓力的絕對壓力比：

題目給的是壓力錶讀值，單位標示為 $\text{kg/cm}^2\text{G}$，其中 G 表示錶壓（Gauge pressure）。壓縮比必須使用絕對壓力計算，不能直接以錶壓相除。

解題方法

大氣壓力約為：

因此，高壓側與低壓側的絕對壓力分別為：

壓縮比為：

所以壓縮比約為 $2.59$。

選項分析

核心觀念

本題考查熱交換器的基本熱傳公式：

其中：

• $Q$：熱傳量，單位為 $\text{kcal/h}$
• $U$：總熱傳係數，單位為 $\text{kcal/(m}^2\cdot\text{h}\cdot{}^\circ\text{C)}$
• $A$：總熱傳面積，單位為 $\text{m}^2$
• $\Delta T$：平均溫差，單位為 ${}^\circ\text{C}$

水冷式冷凝器中，冷媒凝結所放出的熱量由冷卻水帶走，因此可利用上述公式求出管壁的總熱傳係數。

解題方法

題目給定：

由

整理得：

代入數值：

因此，冷凝器管壁之總熱傳係數為：

選項分析

核心觀念

本題考查冷凍機在已知冷凝溫度、蒸發溫度及壓縮機功率時，利用卡諾冷凍循環最大性能係數求最大冷凍能力。

理想冷凍機的最大性能係數為：

其中：

• $T_e$：蒸發溫度，須使用絕對溫度（K）
• $T_c$：冷凝溫度，須使用絕對溫度（K）

冷凍能力與壓縮機功率的關係為：

題目使用「最大的冷凍能力」，代表採用卡諾循環所能達到的最大 $COP$。

解題方法

先將攝氏溫度換算為絕對溫度：

因此最大性能係數為：

壓縮機功率為 $2\text{ HP}$。以 $1\text{ HP}=0.746\text{ kW}$ 換算：

最大冷凍能力：

所以最大冷凍能力為：

選項分析

核心觀念

本題考查冷凝器散熱量與冷卻水流量的熱量平衡關係：

其中：

• $\dot Q$：冷凝器散熱量，單位為 $\text{kcal/hr}$
• $\dot m$：水質量流率，單位為 $\text{kg/hr}$
• $c_p$：水的比熱，約為 $1\text{ kcal/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$
• $\Delta T$：進、出水溫差，單位為 ${}^\circ\text{C}$

水的密度約為 $1\text{ kg/L}$，因此質量流率換算為體積流率時，可近似視為：

解題方法

空調負荷為：

冷凝器散熱量為空調負荷的 $1.5$ 倍，因此：

由熱量平衡式：

代入 $c_p=1\text{ kcal/(kg}\cdot{}^\circ\text{C)}$ 及 $\Delta T=5^\circ\text{C}$：

換算成每分鐘：

因水的密度約為 $1\text{ kg/L}$：