永續科技|用水分子壓力差為地球降溫,背後的原理是什麼?

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「天氣好熱啊,家裡裝台新冷氣機吧。」「PM2.5好嚴重,家裡應該先裝空氣清淨機。」「室內家具常有甲醛釋出,密閉空間也會讓二氧化碳濃度升高,為何不先裝一台全熱交換機呢?」


這是一般家庭常見的對話,面對高溫、燠熱又空汙嚴重的環境,家裡到底應該先裝冷氣、空氣清淨機、還是全熱交換機好呢?


把整座亞馬遜雨林搬進家中


其實,如果能把一整座亞馬遜雨林搬進室內,讓空氣乾淨、清新又降溫,同時也不會造成室內溼度上升,才是最符合省電、節能又無熱排的三合一解決方案。
去年,行政院科技部「價創計畫」一共通過29件學術創業輔導計畫,其中一件為勤益科技大學翁國亮博士所提出的「全外氣引進循環熱交換健康節能空調系統」,目的就是在解決現代人常見的室內空調難題。


這個節能空調系統簡稱「全外氣自然能轉換系統」,最大的亮點是把室外新鮮空氣引進室內後,用水分子過濾把戶外的PM2.5洗淨為乾淨空氣,並讓降溫後的空氣一併降低室內高溫,以降低冷氣的使用量;另一方面,在排出室內髒空氣的同時,也把空氣洗淨且降溫,讓排出室外的熱空氣不會產生熱島效應。


乍聽翁國亮博士提出這一個論述的人,通常腦海中會浮現「能量不滅定律」—也就是室外高溫進入屋內時,溫度會降溫;但室內高溫氣體被排出室外時,溫度也會降低。
那請問,熱能跑到哪裡去了?


針對這一個簡單的物理問題,翁博士回答說:「因為熱能全跑去做工啦!」
「清洗空氣的原理,就是利用『霧凝效應』,」翁博士用簡單又生動的語言揭開謎題:「就好像雨林中的霧氣,霧凝的水分子會把空氣裡的霧霾抓住,同時也把熱能一起抓走。」

全外氣系統簡易運作流程圖

全外氣系統簡易運作流程圖

原來,這一台機器裡的秘密是裡頭有一個像噴霧式的灑水機在降溫、除塵啊!
但是,水分子抓住熱能後,水不就變熱了,怎麼說是利用溫度做工呢?


翁博士接著解釋:「全外氣自然能轉換系統是利用水蒸氣分子的壓力差與溫度差,去造成空氣的自然對流,以節省能耗。」


原來,空氣中會有風的形成,是因為有溫差,溫差造成壓力差,形成空氣的流動。翁博士就是有效利用「溫差」,或稱為「熱能的微質能轉換」,讓空氣可以做室內外的自然對流,以降低人為風扇的電力能耗。


從室內的角度看「全外氣自然能轉換系統」,一共兩個進出風口;反之,室外也有兩個進出風口。


實地觀察系統運作機制,當室外進風口為32度時,室外出風口卻僅28度;當室內抽風口為27.3度時,室內出風口卻僅26.8度。室內熱溫會被排出,冷空氣也能進入室內降溫;同時,室外排出的空氣一樣有降溫效果,顯示內外溫差所留下的熱能,真的成了協助推動空氣流通的推手。

全外氣自然能轉換系統

全外氣自然能轉換系統

多功能空調 耗電量僅冷氣1/5
也因此,這台機器只使用一台風扇馬達,加上進、出水管,就可產生與冷氣機、清淨機與全熱交換機一樣的效果,但用電量卻只有冷氣的1/5左右。加上有一個微晶片在監控室內溫度、濕度與氣流,因此也具有除濕的效果,堪稱多功能的節能系統。
事實上,這台機器早在25年前就被翁國亮博士發明出來,也成功導入墾丁海生館三館、慈濟高雄分會、台北大安運動中心與成大醫院斗六分院。


2020年受新冠肺炎疫情影響,負壓隔離病房的需求大增,「全外氣自然能轉換系統」利用空氣壓力差來做室內外空氣循環,屬於正負壓循環系統,具有能大量換氧與有效隔絕病房和醫護人員的防疫功能,因此也大受市場歡迎。


「全外氣自然能轉換系統」除成功取得獨步全球的專利技術之外,更曾榮獲內政部建築調節約能源特殊技術獎。今年在本住建築標準團隊攜手翁博士的合作下,希望能為所有的建築空間都帶來清新好空氣,降低病毒交叉感染之外,也希望為地球降溫盡一份心力。


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