暖通空調系統（HVAC）設計
暖通空調系統（HVAC，Heating, Ventilation and Air Conditioning）是現代建築中不可或缺的一部分，廣泛應用於住宅、辦公樓、商場、工廠及醫院等各類場所。其主要目的在於維持室內空氣條件，滿足居住、工作與生產的需求，涵蓋溫度控制、濕度調節、氣流分配與空氣品質管理等方面。
室內空氣品質（IAQ, Indoor Air Quality）對人體健康至關重要。一套設計與運行良好的 HVAC 系統能大幅提升工作效率，降低患病風險，並提高使用者的滿意度。此外，它亦有助於降低運營成本、提升能源效率、確保建築物長期穩定運作。
1. 技術原理與科學基礎
1.1 熱傳導原理
在 HVAC 系統中，熱的傳遞主要透過三種方式進行：傳導、對流與輻射。
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傳導是熱量由高溫區域透過建築材料（如牆壁、地板與屋頂）傳遞到低溫區域。
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對流指的是空氣流動所攜帶的熱能，在空氣分配系統中扮演關鍵角色。
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輻射則是透過電磁波傳遞能量，常見於陽光照射建築外牆所產生的熱效應。
1.2 熱平衡與冷負荷/熱負荷計算
為了維持室內所需的溫度條件，HVAC 系統必須補償空間內所產生的總熱量。
熱負荷主要可分為兩類：
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內部熱負荷（例如：人員、機械設備、照明）
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外部熱負荷（來自太陽輻射與外部空氣影響）
正確計算冷負荷/熱負荷是 HVAC 設計的第一步，直接影響系統的規模與設備容量選擇。
1.3 熱舒適與濕度控制
人體對溫度的感知不僅受乾球溫度影響，還與空氣濕度、風速與輻射熱相關。
設計師常使用焓濕圖（Psychrometric Chart）來分析空氣狀態，從而確定各種空間（辦公室、住宅、醫院等）的最佳空氣條件。
一般而言，人體感覺最舒適的環境為：溫度 22–26°C，濕度相對為 40–60%。
2. HVAC 系統設計流程
2.1 場地勘查與資料收集
在開始 HVAC 設計之前，需對既有建築進行詳盡的實地勘查，或對新建項目進行需求分析。
關鍵資訊包括：
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建築的地理位置與朝向
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建材類型、保溫隔熱效果
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使用人數、內部熱源設備配置
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各區域的功能屬性與使用需求
這些資料將作為後續計算冷/熱負荷與選擇最適系統形式的依據。
2.2 冷熱負荷計算
冷負荷的計算是 HVAC 系統設計中最關鍵的步驟。
可採用 ASHRAE 標準的手動方法，或使用專業軟體，如：
- HAP（Hourly Analysis Program）
- Trace 700
- Revit MEP
輸入參數包括：建築面積、天花高度、隔熱狀況、熱傳係數（U 值）、當地氣候數據等。
透過這些資料，軟體能夠精準計算出所需的總冷負荷與熱負荷，作為後續設備選型的依據。
2.3 系統類型選擇
根據建築的規模與功能需求，可選擇以下不同類型的 HVAC 系統：
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分離式空調（Split、Multi-split) 適用於住宅與小型辦公室。
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變冷媒流量系統（VRV / VRF）適合酒店與商業辦公樓，具備區域獨立控制功能。
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冷水主機系統（Chiller System）用於大型建築，效率高但需專業維運。
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混合系統或自然通風結合常見於廠房與倉儲建築，有助節能與改善通風。
3.1 通風設計目標
通風設計的目標不僅僅是降溫，更重要的是維持室內空氣品質（IAQ）。
透過有效的通風系統可以：
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移除二氧化碳（CO₂）、有害氣體、過多濕氣與異味
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保持空氣新鮮、減少疾病風險
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根據空間使用功能與人員密度，計算新風供應與排氣量，以符合相關標準與法規。
3.2 計算風量
最小換氣量須依據 ASHRAE 62.1 或 越南國家標準 TCVN 5687:2010 進行設計。
舉例：
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辦公室：最低需 8–10 公升/秒/人
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會議室、餐廳：需達 15–20 公升/秒/人
計算風量時，也需考慮室內需排除的廢氣量，確保二氧化碳濃度 不超過 1000 ppm，以維持良好的室內空氣品質。
3.3 通風系統分類
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自然通風：依靠風壓或溫差產生的自然氣流。施工簡便、成本低，但效果易受天氣影響，不穩定。
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強制通風（機械通風）：透過送風機、排風扇與風管系統運作。可穩定控制風量與氣流方向，效果可靠，適用於需要穩定 IAQ 的建築。
3.4 風管與相關設備
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風管材質可選擇鍍鋅鐵板、可撓式布管或複合材料，依建築類型與需求而定。
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風速設計原則：
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主風管：4-6m/s
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支管： 2-3m/s
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系統中應搭配以下元件：
- 導風板（Baffle）
- 風量調節閥（Damper）
- 消音器（Silencer）
- 過濾裝置（Filter）（適用於對空氣品質要求高之場所）
HVAC（暖通空調）系統在確保建築內部的空氣品質、溫濕控制與能源效率中，扮演關鍵角色。一套設計良好的 HVAC 系統不僅提供舒適的生活與工作環境，還能有效節能、降低營運成本並延長建築壽命。
為達此目的，設計人員必須從實地調查、負荷分析、系統選型到智能化控制，進行全面性考慮。設計時需平衡技術性能、經濟成本與實際運行需求，才能打造真正高效、可持續的 HVAC 解決方案。
隨著綠建築與智慧城市的發展趨勢，HVAC 已不再是附屬系統，而是整體設計中不可或缺的一環。從初期即重視 HVAC 設計，將為建築帶來長期效益，提升建築價值並改善使用者的生活品質。
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