暖通空調

暖氣、通風及空氣調節是由於許多科學家的發明及發現而產生，其中包括尼古拉·利沃夫、麥可·法拉第、威利斯·開利、魯本·特靈、詹姆斯·焦耳、威廉·蘭金及尼古拉·卡諾等人。

暖通空調系統的零件大約發明在工業革命前後，全世界的公司和發明家也不斷引進各種現代化及高效率的新方法。暖通空調的三個主要功能暖氣、通風及空氣調節都有相互關聯，其目的是在合理的安裝、運轉及維修成本下，提供舒適温度及適當的室內空氣品質。暖通空調系統提供通風功能，減少空氣滲透，維持室內外或不同房間之間的壓力關係, 空氣流進或流出房間的特性稱作室內空氣分佈。[1]

在現代的建築中，上述機能（包括其控制系統，及系統的設計及安裝）會整合在一個或多個的暖通空調系統中。針對小型的建築，承包商會直接依需求選擇暖通空調系統及設備。若是大型的建築，會由建築設計者及機械、結構等工程師共同分析、設計並選定暖通空調系統，再由專業的機械承包商來安裝。

暖通空調系統是一個國際性的產業，其相關工作包括系統的運行、保養、設計及架構、設備製造商及業務、研究以及教育推廣。暖通空調產業以往是由暖通空調設備的製造商所管理，現在有許多國際性管理及標準化組織關注此領域，包括空調採暖和製冷研究所、國際暖通空調分銷商管理辦法委員會、美國採暖、製冷和空調工程師協會、美國金屬片與空調承包商協會、美國空調承包商協會、統一機械規範（Uniform Mechanical Code）、國際建築法規於提供暖通空調產業相關服務並提升其水平。

供暖系統早在羅馬帝國時代就已出現，當時在公共浴池的牆壁及地板內，都有一種稱為hypocaust的風管系統。

供暖系統有許多種。在氣候寒冷的地區常使用中央供暖系統提給私人住宅和公共建築供暖。其系統會包括加熱蒸氣、水或空氣的鍋爐或加熱爐，此係統一般會放在大樓的機械室中。使用水作為熱交換介質的系統稱為循環水供冷供熱系統。供暖系統中也會包括傳送加熱流體的管道或是管線，以及利用對流將熱傳遞給空氣的暖氣片。暖氣片一般會埋在牆內或是埋在地板以下。大部份的供暖系統中都有泵可以使系統的水循環流動，使得每片暖氣片提供的熱不會差異太大。

風暖系統利用空氣作為熱交換介質，利用風管來輸送熱空氣送到室內。若天氣温暖甚至炎熱時，空調系統也可以使用相同的風管。有些系統會將熱空氣先經過濾網或空氣濾清器過濾，然後再送到室內。

供暖系統也可以使用電流流過電阻後所散發的熱量作為供熱源，可以作成踢腳板電熱器及可攜式電熱器，也可以是熱泵系統的主要（或備用）熱源或是備用熱源。

供暖系統的出風口或暖氣片需放在室內最冷的位置。若室內有對外的窗户，玻璃窗的低温會使得空氣冷卻，密度變大而下降，而且玻璃窗容易凝結水汽，出風口或暖氣片一般會放在窗户的旁邊，以減少冷空氣的形成及窗户的水汽。除了供暖系統本身的設計外，也需要儘量減少空氣滲透到室外的量。

通風是指將一區域的空氣排出或是將外界的空氣流進一區域的程序，其目的包括減少區域內的濕氣、異味、煙塵、細菌及二氧化碳，並補充氧氣。通風也包括建築物內的空氣循環，避免室內氣體停滯，是維持室內空氣品質的重要因素之一。

建築物的通風方式可以分為機械通風（或稱強迫通風）及自然通風二種。

機械通風

機械通風或強迫通風是利用機械設備進行通風，利用引入外界空氣的方式維持室內空氣品質，減少空氣中的濕氣、異味及污染物，不過若外界的濕度較高，還需要額外的能量去除引入空氣中的濕氣。排風扇可以提供初步的機械通風機能，空氣處理機組則可以提供較完整的機能。

機械通風分為正壓通風、負壓通風和平衡通風三種模式。在需要保護或對潔淨度要求比較高的房間一般採用正壓通風；在需要排除異味或危險氣體的房間一般採用負壓通風，如廚房、衞生間、浴室和產生危險氣體的廠房或倉庫等；在需要利用大量空氣進行冷卻的房間採用平衡通風，如變壓器房。

一般廚房及浴室都會有抽油煙機或排風扇來去除異味及濕氣。這類系統設計時的主要考量是空氣流率（和風扇轉速及大小有關）及噪音。若風管會經過一些温度較低的區域，風管需要作隔熱處理，以免風管因温度過低而造成水蒸汽凝結的問題。很多應用都會使用直接驅動型的風扇，可以減少維護的成本。

室內的電風扇可以讓空氣流動，皮膚上的汗水蒸發，因此室內的人會感覺比較涼爽。較熱的空氣會上升，在冬天也會用天花板的吊扇，使房間上方的較熱空氣和其他位置的空氣循環。不過室內的電風扇只能使室內的空氣流動，無法達到引入外界空氣的通風目的。

自然通風

自然通風是指一建築物的通風不借由風扇或其他機械裝置，可以打開的窗户是最簡單的自然通風設備，適用在需通風的區域不大，且建築物允許的情形下。較複雜的自然通風系統會利用暖空氣上升的原理（即煙囱效應），使得建築物內的空氣產生對流，暖空氣從建築物上方的開口處排出，同時使上方的冷空氣下降到較低的區域。這類系統耗能很少，不過需小心確保通風過程不會造成建築物內人員的不適。在較潮濕或較熱的天氣時，很難只靠自然通風使維持室內舒適的温度，因此仍然會配合傳統的空調系統一起使用。空氣側的節能裝置其功能也是自然通風，不過會視需要先對要導入的外界空氣進行預處理，調節温度及濕度後再進入室內。

廣義的空氣調節是指室內空氣的温度、濕度、清淨度的調整，狹義的空氣調節即為冷氣，也就是降低室內空氣的温度。空氣調節系統的功能包括冷氣、通風及空氣濕度控制等。

空氣調節系統的原理大致相近，主要都是透過熱泵，把熱由一個低温熱源傳送到另一個較高温的散熱裝置，此程序稱為冷凍循環。在空氣調節系統中傳遞能量的介質稱為工質或冷媒，可以是水、空氣、冰或其他化學物質都可以作為冷媒。

冷凍循環示意圖：1)凝結盤管，2)擴張閥，3)蒸發盤管，4)壓縮機

在冷凍循環中，冷媒一開始為氣態，藉由壓縮機使冷媒變成高温高壓的氣體，然後高温的冷媒流到室外的熱交換器（也稱為凝結盤管），冷媒釋放熱量，凝結成為液體。液態冷媒先經由擴張閥控制流量，再進入室內的另一個熱交換器（也稱為蒸發盤管），冷媒吸收室內空氣的熱量，在蒸發盤管中蒸發成為氣態，再進入壓縮機中重複下一個的循環。上述的循環會吸收室內的熱量，再將熱量釋放到室外，因此可以降低建築物內的温度。

現代許多住宅、辦公室及公共建築會裝設全空氣（all-air）式的中央空調系統，全空氣式的空調系統以空氣做為傳遞熱量的介質，由室外機吸收空氣的熱量（或提供熱量給空氣），處理後的空氣直接透過風管送到室內。不過全空氣式空調系統需要大型的風管，若建築物建造時未考慮這類的空調系統，後來很難針對全空氣式中央空調進行改造。而且風管設計需設法避免細菌的散佈。這類的空調系統主要使用在住宅，最近也開始使用在小型的商業大樓。

空氣調節系統中的除濕機能是由蒸發盤管所提供。蒸發盤管的工作温度在露點以下，使得空氣中的水汽凝結在蒸發器盤管的外側。凝結水集中在蒸發盤管下方的凝結水盤中，再排到排水系統或直接排到室外的地上。除濕機是用來降低室內濕度的電器，原理類似空氣調節系統。在食品零售業中的場合中，大型開放式冰水主機的除濕效率很高。加濕器的功能和除濕機恰好相反，是用來增加室內濕度的電器。

有空氣調節系統的建築物其窗户多半是密封式的窗户，因為開放式的窗户會使空調系統無法達到維持室內空氣條件恆定的目的。

現代的空氣調節系統都在內部裝有空氣過濾器。一般都使用重量較輕的空氣濾網，空氣經過濾網後才送到蒸發盤管。蒸發盤管依使用條件需定期清洗或是更換。例如建築物位在高粉塵環境，或是室內有飼養貓、狗等寵物，其濾網的更換頻率就會比較高。若空氣濾網遲遲沒有更換，會造成空氣流量的下降，降低熱交換效率、一方面浪費能源，使電費上升，也會縮短設備壽命。若冷涷系統中的空氣流量不足，會使得蒸發盤管結冰，使空氣流量變得更少。若暖氣系統中的空氣濾網很髒其至已經堵塞空氣流量不足，會造成暖氣循環系統過熱，甚至有失火的危險。

空氣調節系統的主要作用是將熱由室內的蒸發盤管傳遞到室外的凝結盤管。凝結盤管除了要將室內的熱排到室外之外，也負責將壓縮機運轉產生的熱排出。因此維持凝結盤管的清淨也非常重要，以免因壓縮機散熱不良造成系統的損壞。

（1）採暖、空調系統的節能設計；

（2）採暖、空調系統中新型節能產品的開發、測試及應用；

（3）空氣淨化設備的應用；

（4）空調系統應用發展趨勢；

（5）高功率密度機房的空調方式、設備選型；

（6）優化送、迴風氣流組織形式；

（7）蓄冷、蓄熱等方面的新技術；

（8）水源熱泵、地源熱泵、地表水低温熱源等應用技術；

（9）高功率密度機房的熱能回收利用研究；

（10）系統備份、設備備份、管路備份的合理方式的研究；

（11）劃分冷（熱）通道、封閉冷（熱）通道的最佳氣流組織方式的研究；

（12）倉儲式數據機房空調方式的研究；

（13）寒冷地區空調自然冷卻技術應用的研究。