110 專技高考高等考試 冷凍空調工程技師 空調工程與設計 考古題詳解

核心觀念

本題使用達西－魏斯巴赫公式計算風管沿程損失，再加上彎管的局部損失，求出風車須補給空氣的壓力差。風車加諸空氣的功率為壓力差乘以體積流率：

解題方法

依圖示將風管長度視為矩形迴路的周長：

風管直徑 $D=2\ \mathrm{m}$，截面積及體積流率為

先計算雷諾數：

此時流況為紊流。依附圖的莫迪圖，在相對粗糙度 $\varepsilon/D=0$、$Re\approx4.12\times10^6$ 時，達西摩擦因子約為 $f=0.0093$。

沿程與局部壓力損失合併為

核心觀念

全熱交換器以室內排氣作為回收側，降低外氣進入空調箱前的顯熱與潛熱負荷。本題假設排氣狀態等於室內狀態，並以標準大氣壓 $P=101.325\ \mathrm{kPa}$ 計算空氣性質。

顯熱交換效率與全熱交換效率定義為：

其中 $o$、$i$、$p$ 分別代表室外空氣、室內排氣與全熱交換器處理後的外氣。顯熱效率用來求處理後乾球溫度；全熱效率用來求處理後焓值。

解題方法

（一）處理後外氣乾球溫度與焓值

由顯熱交換效率：

代入 $T_o=35^\circ\mathrm{C}$、$T_i=26^\circ\mathrm{C}$、$\varepsilon_s=0.75$：

接著計算室外空氣與室內排氣的焓值。以濕空氣焓值公式

其中 $T$ 的單位為 $^\circ\mathrm{C}$，$W$ 為含濕量（$\mathrm{kg/kg_{da}}$），$h$ 為焓值（$\mathrm{kJ/kg_{da}}$）。含濕量由相對濕度求得：

依水蒸氣飽和壓力計算，室外空氣（$35^\circ\mathrm{C}$、相對濕度 $80\%$）約為：

核心觀念

本題考查水噴霧等焓加濕的濕空氣能量平衡、飽和效率，以及由空氣含濕量增加量計算噴霧水量。

等焓加濕可用下式表示：

其中 $h$ 的單位為 $\mathrm{kJ/kg_{DA}}$，$T$ 為攝氏溫度，$w$ 為含濕量。

飽和效率定義為實際含濕量增加量與出口溫度下最大可能含濕量增加量之比：

其中 $w_{s,2}$ 是出口乾球溫度下的飽和含濕量。

解題方法

(一) 由等焓條件求出口溫度。入口空氣的焓為：

出口含濕量已知為 $w_2=0.012$，令 $h_2=h_1$：

解得：

(二) 出口溫度約 $22.4^\circ\mathrm{C}$ 時，按標準大氣壓查濕空氣性質，飽和含濕量約為 $w_{s,2}=0.0170\ \mathrm{kg/kg_{DA}}$。因此：

核心觀念

本題考查示蹤氣體稀釋法。在示蹤氣體與風管空氣完全混合，且流量穩定的假設下，出口的示蹤氣體濃度等於示蹤氣體體積流量除以風管總空氣流量：

其中 $q_t$ 為示蹤氣體釋放量，$Q$ 為風管空氣流量。濃度須先換算成無因次體積比；$1\ \mathrm{ppb}=10^{-9}$。

解題方法

已知示蹤氣體流量為 $q_t=5\times10^{-4}\ \mathrm{CFM}$，出口濃度為 $150\ \mathrm{ppb}$，換算為：

核心觀念

本題考查空調箱內的回風旁通、盤管旁通係數、空氣混合與心理狀態計算。計算順序是先找出通過盤管的風量，再求盤管進出口狀態；接著把盤管出風與旁通回風混合，得到送風狀態，最後計算室內負荷。

盤管旁通係數 $BF=20\%$，表示盤管出風狀態與設備露點狀態之間，保留 $20\%$ 的盤管入口狀態差：

其中 $m$ 為盤管入口混合空氣，$c$ 為盤管出口空氣，$ADP$ 為設備露點狀態。

解題方法

1. 判讀風量與各空氣狀態

回風總風量為 $17{,}500\ \mathrm{m^3/h}$，其中 $30\%$ 旁通盤管：

通過盤管的回風為：

盤管入口混合外氣與未旁通回風，因此盤管風量為：

送風則是盤管出風加上旁通回風，總風量為：

依題給空氣密度換算質量流率：

以附圖心理濕圖的海平面大氣壓 $101.325\ \mathrm{kPa}$ 計算，使用：

其中 $P_v=RH\cdot P_{ws}(T)$。各已知狀態約為：

盤管入口混合狀態以外氣與未旁通回風的質量加權平均求得：

由含濕量與焓換算，盤管入口乾球溫度約為 $29.07^\circ\mathrm C$。