空調機組

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空調機組，或稱空氣處理單元（通常縮寫為 AHU），是一種用於在供暖、通風與空調（HVAC）系統中調節並循環空氣的設備。空調機組通常是一個大型金屬箱體，內部包含多種組件，例如：風機、加熱段或製冷段、過濾器框架或過濾段、消聲裝置以及風門。空調機組通常會連接到一套風管系統，用來將處理過的空氣分配到整個建築內，並將空氣再回送至 AHU；同時，有些系統還會將部分空氣排放到室外，並引入新鮮空氣。在某些情況下，AHU 也可以不通過風管，直接向所服務的空間送風（supply）和回風（return）。

用於局部使用的小型空調機組被稱為末端裝置，通常只包含空氣過濾器、盤管（coil）和風機；這類簡單的末端裝置也稱為風機盤管機組（fan coil units）。一種較大型的空調機組，如果處理的是100% 室外空氣、且沒有回風再循環，則稱為補風機組或新風機組。裝在屋頂的空調機組，被稱爲屋頂機組（rooftop unit, RTU）。

## 建造

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空調機組通常是以一個框架結構為基礎建造，並根據內部各組件的配置需求，填充金屬面板。在最簡單的形式中，框架可以由金屬槽鋼或型材製成，並配以單層金屬面板。這些金屬部件通常會進行鍍鋅處理，以提供長期的防腐蝕保護。對於安裝在戶外的機組，通常還會設置防風雨的頂蓋，並在接縫處增加額外的密封措施，以防止雨水和外界環境的影響。

較大型的空調機組通常採用方形截面的鋼製框架結構，並配有雙層且帶保溫的面板。這種結構可以減少冷熱量損失，同時具備良好的隔音效果。大型空調機組的長度可能達到數米，通常採用分段製造的方式。為了提高整體的強度與剛性，機組底部通常會設置鋼製底座導軌來支撐整個設備。

當一個平衡通風系統需要送風與排風量比例相等時，通常會將送風與排風組合在一起使用。這種組合方式一般可以並排配置或上下疊放配置。

## 組成部分

以下將按大致順序介紹主要組件：從回風管（進入 AHU）開始，經過機組內部，直到送風管（AHU 輸出）。

### 空氣過濾器

空氣過濾器幾乎在空調機組（AHU）中必不可少，目的是為建築使用者提供潔淨、無塵的空氣。常見的過濾方式包括低 MERV 等級的摺疊式濾材、HEPA 高效過濾器、靜電過濾（electrostatic）或多種技術的組合。此外，也可能採用氣相過濾和紫外線（UV）空氣處理等方式。

過濾裝置通常設置在 AHU 的最前端（進風側），目的是保持後續所有設備元件的清潔（如盤管、風機等）。根據所需的過濾等級，通常會採用兩級或多級過濾系統。常見配置是粗效面板過濾器在前，高效袋式過濾器或最終過濾器在後。

過濾器的使用壽命可以通過監測其在設計風量條件下的壓降來評估。這通常可以通過使用壓力表進行可視化顯示或使用壓力開關（pressure switch），並將訊號連接到建築控制系統中的報警點。如果未能及時更換過濾器，最終可能會導致其結構失效甚至塌陷。這是因為風機施加在過濾器上的壓力超過了其本身的承受能力，從而造成破損，進一步導致空調機組及下游風管系統受到污染。

### 加熱段和冷卻段

空調機組可能需要提供熱空氣、冷空氣，或兩者兼具，以根據不同地點與應用需求來調節送風的溫度與濕度。這種空氣調節通常是通過設置在氣流中的換熱器盤管來實現的。這些盤管可以根據提供供熱和冷卻效果的媒介分爲直接式和間接式。

直接式換熱器包括：燃氣或燃油加熱器，以及直接置於氣流中的製冷蒸發器。此外，也可以使用電阻加熱器和熱泵。在乾燥氣候中，蒸發冷卻特別實用，尤其當相對濕度低於 50% 時效果更佳。

間接式盤管則使用熱水或蒸汽進行加熱,冷凍水或乙二醇溶液進行冷卻 （這些加熱與製冷所需的能量，通常由建築內的冷熱機房提供）。盤管一般由銅管製成，並配有銅或鋁製翅片以增強傳熱效果。冷卻盤管通常還會配備擋水板，用於去除並排出冷凝水。在盤管下游，通常會設置溫度傳感器來監測並控制盤管後的空氣溫度，並與盤管前的電動控制閥配合使用，以實現精確調節。

如果需要除濕，則會利用冷卻盤管將空氣過度冷卻，使其達到露點溫度並產生冷凝。之後，在冷卻盤管後方設置一個加熱盤管，將空氣重新加熱至所需的送風溫度。這個過程可以有效降低送風的相對濕度。對於空調精度要求不高的場合，可以使用二次回風或直接取消再熱盤管。

在較寒冷的氣候中，當冬季氣溫經常低於冰點時，通常會在系統前端設置防凍盤管或預熱盤管，作為空氣處理的第一道工序，用來防止後續的過濾器和冷卻盤管發生結冰損壞。防凍盤管的控制邏輯通常是：如果盤管後的空氣溫度未達到設定值，整個空調機組停機保護。

### 加濕器

加濕在寒冷氣候中通常是必要的，因為持續供暖會使空氣變得更乾燥，從而導致不舒適的空氣品質以及增加靜電。可以採用多種加濕方式：

- 蒸汽式：來自鍋爐的蒸汽直接被送入氣流中。
- 噴霧式：水通過噴嘴或其他機械方式被分散成細小液滴，並由氣流攜帶。
- 超聲波式：氣流中的水盤受到超聲波裝置激發，形成霧狀或水霧。
- 濕膜式：氣流中的細纖維介質由帶有多個小出口的配水管持續供應新鮮水並保持濕潤。當空氣通過該介質時，會攜帶細小水滴。若前端空氣過濾維護不良，這種類型的加濕器可能會很快發生堵塞。
- 電熱式加濕器：用管狀電熱元件置於水盤中，元件通電之後便能將水加熱而產生蒸汽。發熱元件可用PTC陶瓷作成，具有安全可靠、壽命長、易於控制等優點。

### 混合箱

為了維持室內空氣品質，空調機組通常設有裝置，以允許將室外空氣引入系統，並將室內空氣排出建築物。在溫帶氣候中，將適量較冷的室外空氣與較暖的回風混合，可以用來接近所需的送風溫度。因此，系統中會設置一個混合箱，並配有風門來控制回風、新風與排風之間的比例。

### 鼓風機/風扇

空調機組通常採用一個大型的鼠籠式風機，由交流感應電動機驅動來輸送空氣。風機可以以單一轉速運行，或提供多種固定轉速，亦可由變頻器控制，以實現寬範圍的風量調節。風量也可以通過風機入口導葉或出口風門來控制。在美國，一些住宅用空調機組（中央「暖爐」或「空調機」）會使用無刷直流電機，具備可變轉速能力。歐洲、澳洲和紐西蘭的空調機組則常使用後彎葉片風機，無蝸殼或稱為「插入式風機」，並由高效率的EC（電子換向）電機驅動，且內置轉速控制功能。在大型商用空調機組中，可能會設置多個風機，通常位於 AHU 的末端以及送風管的起始位置（因此也稱為送風機）。此外，回風管中也常設有風機（稱為回風機），將空氣推送回 AHU。

### 動平衡

未經平衡的風機會產生擺動與振動。對於家用空調風機來說，這可能是一個嚴重問題：送風口的氣流量會明顯下降（因為擺動造成能量損失）、效率降低，同時噪音增加。另一個重要問題是，不平衡會影響軸承的壽命（軸承連接於風機與轉軸），可能導致其在預期壽命之前就發生故障。

可以通過在適當位置加裝配重來校正，使風機運轉更平穩（對於吊扇，通常可透過反覆試驗找到合適位置）。而家用或中央空調風機，以及其他大型風機，通常需要送到專業維修店，使用專用的動平衡設備進行校正（因為反覆試驗可能在找到正確位置前就已造成損壞）。風機的電動機本身通常不會產生振動。

### 熱回收裝置

為了節能並提高系統能力，可以在空調機組的送風與排風氣流之間安裝熱回收換熱器。常見類型包括：

板式換熱器：由塑料或金屬板組成的夾層結構，氣流在板間交錯流動。熱量通過板的一側傳遞到另一側。板間距通常為 4 至 6 mm。熱回收效率可達 70%。

轉輪式換熱器：由細波紋金屬構成的旋轉轉子，在相對流動的兩股氣流中以每分鐘約10-17轉的速度旋轉。在供熱模式下：排風側空氣通過時，轉輪吸收熱量；旋轉後在送風側釋放熱量，持續進行。在冷卻模式下：過程相反，排風側釋放熱量，送風側吸收熱量。熱回收效率可達 85%。此外，轉輪還可以塗覆吸濕材料，以實現潛熱交換，並對氣流進行除濕或加濕。

循環盤管：由兩個氣-液換熱盤管組成，分別位於相對的氣流中，並通過循環泵連接，使用水或鹽水作為傳熱介質。該裝置效率不高，但可以在遠距離或多組送排風系統之間實現熱回收。熱回收效率可達 50%。

熱管：在相對的兩股氣流中工作，使用封閉的製冷劑作為傳熱介質。熱管由多根密封管組成，並配有翅片以增強換熱。一側為製冷劑蒸發吸熱，另一側為製冷劑冷凝放熱，冷凝後的製冷劑在重力作用下流回初始位置，循環進行。熱回收效率可達 65%。

### 控制

控制系統對於調節空調機組的各個方面是必不可少的，例如：空氣流量、送風溫度、混合空氣溫度、濕度以及空氣品質。控制方式可以非常簡單，例如開/關式恆溫器，也可以非常複雜，例如採用 BACnet 或 LonWorks 的建築自動化系統。常見的控制元件包括：溫度傳感器、濕度傳感器、氣流開關、執行器、電動機以及控制器。

### 減振器

空調機組中的風機會產生相當大的振動，而面積較大的風管系統會將這些噪音與振動傳遞給建築內的使用者。為了避免這種情況，通常會在空調機組前後的風管中安裝減振器（柔性接頭），並且常常也會設置在風機段與 AHU 其他部分之間。這些部件通常由類似橡膠塗層帆布的材料製成，使空調機組內部的振動不會傳遞到連接的風管系統。

此外，風機段還可以透過以下方式進一步隔振：安裝在彈簧懸架裝置上、使用氯丁橡膠墊或懸掛於彈簧吊架上，這些方法都可以減少振動經由建築結構傳遞。

### 消聲器

空調機組中的風機也會產生噪音，因此在風管進入對噪音敏感的空間之前，需要對其進行衰減。為了在較短的距離內實現有效的降噪，通常會使用消聲器。消聲器是一種專用的風管附件，通常由內部帶孔的隔板以及吸音保溫材料組成。消聲器可以直接取代一段風管；或者作為管道式消聲器，安裝在靠近風機的位置，並採用喇叭口形狀，以減少對系統氣流性能的影響。