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〈冷氣五四三〉
2022/06/30 06:30
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〈冷氣五四三〉

 

冷氣真是人類最偉大的發明!」

臺灣氣候悶熱,從盛夏的戶外躲進冷氣房的人應該會認同這話。

冷氣機運轉時,可以降低空氣的濕度溫度,室內因而不再,人們才有幸能在清涼之中度過炎炎夏日。

 

冷氣小故事

提到冷氣,不得不聊聊臺灣第一台冷氣的小故事,這是一位知名博士年輕時親身經歷的大糗事!

這位博士的實驗室需使用一些精密儀器,對環境溫度十分敏感,所以決定從美國引進一台冷氣機來臺灣,冷氣機在當時是極新的玩意兒。

當這台冷氣機運抵實驗室,大家都很興奮,趕快依照所需電壓接上電源,讓冷氣開始運轉,冷氣機的出風口徐徐吹出冰涼的空氣時,在場的人都感到神奇新鮮,然而過了一陣子,卻漸漸覺得納悶,因為實驗室的環境溫度不但沒有下降,竟還緩緩升溫當中……讓人搞不清,這到底是怎麼一回事?

原來,他們把冷氣機直接擺在實驗室中間,像電風扇那樣吹風,冷氣機的出風口確實吹出冷氣,但背後的散熱風扇不斷排熱,依據熱力學原理,吃電做功的機器整體還是會發熱的,一整台冷氣放在室內當然會緩緩升溫。

搞清楚之後,就知道必須把冷氣機安裝在實驗室的窗戶上,出風口朝內,冷氣的散熱風扇那端要隔絕在室外,因為機器只能進行熱交換,將室內的熱能一點一點移出室外,而非將熱能直接吸收,像放個大冰塊在室內那樣。

畢竟是第一台引進臺灣的冷氣機嘛!第一時間沒人會裝冷氣也不算太糗……

 

冷氣小原理

一般人很容易理解機器如何加熱或發熱,但是要怎麼利用機器製冷呢?

坐在室內享受涼感溫度的人們多多少少都曾想過這問題,或也曾經搜尋過「冷凍循環」或「蒸氣壓縮製冷」來探知其原理,若讀過之後,仍是一頭霧水,不妨以較自然的說明來聊聊。

我們的地球大氣也不斷地進行類似的冷熱循環,透過了水的液相氣相變化。

水分子在地表吸熱會蒸發成氣相,帶著熱能的水氣升至高空降溫,也就是放熱後冷凝成液相,小水滴形成雲霧雨落回地面,再幫我們的城市吸熱又蒸發……

水蒸發的過程即從環境帶走熱能,水是地球上冷熱交換的媒介

 

類似的過程,在冷氣機內進行冷熱交換的媒介稱為冷媒,是蒸發冷凝溫度更低的流體,冷媒被密封在冷氣機管路之中,經過蒸發器、壓縮機、冷凝器、膨脹閥,這四個循環達到人造的冷凍效果。

 

蒸發器位於冷氣室內機的空氣濾網後方,管路外有細緻的金屬葉片,運作溫度約在攝氏四度左右,可以有效地冷卻室內流過的空氣,溫度再低的話,流過的室內空氣可能結霜,反而會堵住氣流,冷媒在蒸發器管路中吸熱會蒸發成氣相,然後流往下一站,壓縮機。

 

不同於大自然冷熱循環,人造的「冷凍循環」無法讓冷媒升到高空才降溫冷凝,這事只能就地解決,於是用了壓縮機,硬是把冷媒壓縮成高溫高壓的氣態,之後流往室外的冷凝器,冷媒在此放熱後會冷凝成液相

所謂的冷凝,是指流體的氣相液相變化,這兒冷凝器運作溫度高達攝氏四十五度之上,管路中的冷媒會在高壓狀態下冷凝,透過室外機的風扇嗡嗡嗡散熱之後,溫度大致降至室外的常溫。

從熱能流動的觀點來看,壓縮冷媒的過程也把室內帶出來的熱能壓縮集中,如此更高溫高壓的冷媒才能在戶外降溫排熱,室內的熱能就這樣被移到室外。

 

降溫後的常溫高壓液態冷媒,再來只需通過膨脹閥就可達到製冷效果,這是對應壓縮機的反向過程,冷媒膨脹時,體積會急遽增大,而所帶的熱能卻是固定的,其結果就是溫度下降,膨脹閥之後的冷媒會是低溫低壓的液氣混合狀態,如此再回到蒸發器去吸收室內空氣的熱能,完成冷凍循環

整個「冷凍循環」不容易以文字陳述,讀起來也生硬難嚼,所幸這一整段燒腦的過程都是冷氣機負責的工作,現代人只要動動手指,按按遙控器就能享受涼爽,冷氣是不是一項偉大的發明呢?

 

冷氣小麻煩

冷氣機吹出來的空氣只調節了溫度濕度,再如何涼爽舒適,都取代不了大自然最清新的空氣,一直待在冷氣房吹人造冷風,吹過頭也可能吹出一些小毛病。

閒暇之時,還是得趁早或趁晚到戶外走一走,或到山林吸收植物釋放的芬多精,可以活化體內自然殺手細胞,提升免疫力,還可降低人體交感神經系統的活動,同時降低焦慮、抑鬱、憤怒、困惑、疲勞……

 

冷氣最終仍會帶給後世人類一些麻煩,別忘了一開頭的故事,依據熱力學原理,吃電做功的機器整體就是會發熱,放在室內會讓室內緩緩升溫,放在城市就會讓城市整體緩緩升溫,而全世界有那麼多放在地球表面的冷氣機日夜持續運轉,其後果當然是地球整體不斷緩緩升溫

冷氣帶來的涼感只侷限在小範圍的室內空間,每個人躲在室內吹冷氣,享受涼爽空氣的當下,同時正讓室外環境不斷發熱,導致地球逐漸暖化。有朝一日,某代後世人必會抱怨,他們還沒吹到多少冷氣,為何得活在熱燥難耐又附帶極端氣候的地球呢?

或許人類還需要更偉大的發明,讓人們別老愛擠一起聚熱、避免城市過度開發、減少阻礙自然通風,保留更多的空間、綠地可進行大自然的冷熱循環,如此才能讓地球與人類一同享受涼爽的冷氣。

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