家用空调的工作原理是怎样的？
空调工作原理图
家用空调的工作原理
空调的工作原理图
我们在设计空调产品时，往往都是设定一个制冷工况，制热工况你是如何确定的呢？你是根据经验，还是领导或老工程师传教所得。那你有没有想过这些所谓的经验又是如何得出，而且具有通用性吗？当然，我这里所说的工况指的是氟路系统的，水路系统的工况，标准里都有说明。 下面我们就利用Excel软件进行简单的计算，得出合理的制热工况，以便在设计阶段合理设计选择换热器。以下的计算均以水水热泵机组为基准。水路系统的工况依据《GB/T 18430.1-2007 蒸气压缩循环冷水（热泵）机组 第1部分：工业或商业用及类似用途的冷水（热泵）机组》和《GB/T 19409-2013 水（地）源热泵机组》设计，具体见标准截图。 首先我们来理解标准18430和19409中的流量说明，这个也是以下计算里特别注意的地方。 如果单独的看标准18430，很难理解0.172/0.215/0.134的含义，如果结合标准19409中“a采用名义制冷工况确定的单位制冷（热）量水流量”就可以很好理解了。为方便说明流量确定问题，我举个例子，大家就非常明白了。 假设一个系统的名义制冷量为10kW，那么名义制冷时使用侧（蒸发器）的水流量就为 10kW*0.172m3/（h·kW）=1.72 m3/h， 热源侧（冷凝器）的水流量就为 10kW*0.215m3/（h·kW）=2.15 m3/h。 还是这个系统，名义制热量为12.8 kW，那么名义制热时使用侧（冷凝器）的水流量就为 12.8kW*0.172m3/（h·kW）=2.202 m3/h， 热源侧（蒸发器）的水流量就为 12.8kW*0.134m3/（h·kW）=1.715 m3/h。 这个例子是说明标准18430里流量的确定。接下来我们再说说标准19409里流量的确定。从两个标准上可以发现19409里水环式名义制冷工况与18430的名义制冷工况一致。那我们就用刚才的例子往下说。还是看标准19409中“a采用名义制冷工况确定的单位制冷（热）量水流量”这句话，还是这个系统，水环式名义制热量为15.6 kW，那么名义制热时使用侧（冷凝器）的水流量就为 15.6kW*0.172m3/（h·kW）=2.6832 m3/h， 热源侧（蒸发器）的水流量就为 15.6kW*0.215m3/（h·kW）=3.354 m3/h。 其中0.172和0.215就是水环式名义制冷工况确定的单位制冷（热）量水流量。 流量问题已经确定，下面我们就来说说如何来确定设计工况。 一开始我们说了制冷工况都是设计者设定的，我们就拿最常见的蒸发器出水7℃，假定传热温差5℃，则蒸发温度2℃，假定冷凝器传热温差也为5℃，那么冷凝温度就是冷凝出水温度+5℃。一般水路换热器传热温差相对恒定，在以下的计算里，均以5℃恒定传热温差为基准。如果你设计的是高能效机组，你可以将传热温差减小。 我用大家都熟知的能量守恒来计算，简单直观。就是说空调系统水侧热量的得失和氟侧热量的得失相等。 Q=cmΔt=f(te,tc)，水侧的换热量为水的比热*水的质量流量*水侧进出水的温差确定的，而氟侧的换热量是由蒸发温度及冷凝温度一个变量的函数关系确定的。一提到双变量函数，大家第一时间就觉得有点复杂，其实这个函数（AHRI10系数模型）每个压缩机厂家都可以提供。这个函数足够我们设计之初确定设计工况的计算精度，而且可以简单的应用于Excel中，非常方便实用。
普通家用空调的工作原理是什么？
家用空调器一般都是采用机械压缩式的制冷装置，其基本的元件共有四件：压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置，四者是相通的，其中充灌着制冷剂（又称制冷工质）。压缩机象一颗奔腾的心脏使得制冷剂如血液一样在空调器中连续不断的流动，实现对房间温度进行调节。 制冷剂通常以几种形态存在：液态、气态和气液混合物。在这几种状态互相转化中，会造成热量的吸收和散发，从而引起外界环境温度的变化。在从气态向液态转化的过程，称为液化，会放出热量；反之，从液态向气态转化的过程，叫做汽化（包括蒸发和沸腾）要从外界吸收热量。 首先，低压的气态制冷剂被吸入压缩机，被压缩成高温高压的气体；而后，气态制冷剂流到室外的冷凝器，在向室外散热过程中，逐渐冷凝成高压液体；接着，通过节流装置降压（同时也降温）又变成低温低压的气液混合物。此时，气液混合的制冷剂就可以发挥空调制冷的“威力”了：它进入室内的蒸发器，通过吸收室内空气中的热量而不断汽化，这样，房间的温度降低了，它也又变成了低压气体，重新进入了压缩机。如此循环往复，空调就可以连续不断的运转工作了。 制冷剂真是神奇！它是怎样在高温下冷凝向外界散发热量又在低温下蒸发从外界吸收热量呢？这与制冷剂本身的性质有关，大家知道，在山顶上煮鸡蛋很难煮熟，而用高压锅做饭时，鱼和肉等食品很快就能做熟，这是因为随着压力的升高，水的饱和温度（通常叫做沸点）也升高。所以，在大气压低于标准大气压的情况下，水的沸点低于100oC，反之则高于100oC。同理，高温高压气态制冷剂从压缩机出来时饱和温度要高于室外气温。通过不断散热并开始液化后，其温度依然很高，甚至在其完全变成液态后，仍继续向室外空气散热；而在室内，情况则相反，由于经过节流装置，制冷剂的压力和温度都降低很多，它的饱和温度也比室内气温低，这才能够连续不断的从室内空气中吸收热量。 原来，空调器并没有违反热力学第二定律。它是通过消耗机械能改变制冷剂的状态，才将热量从温度低的物体传给温度高的环境的。 刚才我们详细分析了家用空调器制冷循环的工作原理，那么如果是在寒冷的冬天，我们需要用空调来给房间加热时，空调的作用同样是将从室外的低温环境中吸收的热量释放到房间空气中，维持室内的温度。大家想一想，空调器的四个主要部件该怎么布置，制冷剂又怎样在系统中循环呢？ 空调实际上是“空气调节”的简称，是指把经过处理的空气，以一定的方式送入室内，使室内的温度、湿度和噪声等都控制在需要范围内。它不仅为人们生活和停留的场所提供了舒适的温度条件，随着工业发展和科学技术的进步，其技术已经在国民经济的各个领域（如国防、交通、化工、机械制造、航空、仪表、电子、医药、食品工业、农业等）得到了极大的应用和普及，成为促进生产发展，提高工艺水平及完善科学研究的重要条件。
