空调的概念以及原理

 空调即空气调节器（Air Conditioner）。是指用人工手段，对建筑或构筑物内环境空气的温度、湿度、流速等参数进行调节和控制的设备。

一般包括冷源/热源设备，冷热介质输配系统，末端装置等几大部分和其他辅助设备。主要包括，制冷主机、水泵、风机和管路系统。末端装置则负责利用输配来的冷热量，具体处理空气状态，使目标环境的空气参数达到一定的要求。

空调是现代生活中人们不可缺少的一部分，空调为人们提供了凉爽，但同时空调常开也易引起疾病，如“空调病”等，需要慎用。

起源

公元前1700年左右，巴比伦人已发明一种古式的空气调节系统，利用装置于屋顶的风杆，以外面的自然风穿过凉水并吹入室内，令室内的人感到凉快。

19世纪，英国科学家及发明家麦可·法拉第（Michael Faraday），发现压缩及液化某种气体可以将空气冷冻，此现象出现在液化氨气蒸发时，当时其意念仍停留于理论化。

1842年，佛罗里达州医生约翰·哥里（John Gorrie）以压缩落成的新大楼设有中央空调。一名新泽西州Hoboken的工程师Alfred Wolff协助设计此崭新的空气调节系统，并把技术由纺织厂迁移至商业大厦，他被认为是令工作环境变得凉快的先驱之一。

1902年后期，首个现代化，电力推动的空气调节系统由威利斯·开利（1876年-1950年）发明。其设计与Wolff的设计分别在于并非只控制气温，亦控制空气的湿度以提高纽约布克林一间印刷厂的制作过程质素。此技术提供了低热度及湿度的环境，令纸张面积及油墨的排列更准确。其后，开利的技术开始用于在工作间以提升生产效率，开利工程公司亦在1915年成立以应付激增的需求。在逐渐发展下，空气调节开始用于提升在家居及汽车的舒适度。住宅空调系统的销量到1950年代才真正起飞。建于1906年，位于北爱尔兰贝尔法斯特的皇家维多利亚医院，在建筑工程学上具有特别意义，被称为世界首座设有空气调节的大厦。

1906年，美国北卡罗莱纳州夏洛特的Stuart W. Cramer正找寻方法增加其南方纺织厂的空气湿度。Cramer把技术命名为空气调节，并在同年将其用于专利申请中，作为水调节（water conditioning）的代替品。水调节当时是一个著名的程序，令纺织品的生产较容易。他把水汽与通风系统结合以“调节”及转变工厂里的空气，控制纺织厂中极重要的空气湿度。威利斯·开利使用此名称，并把它放进其1907年创办的公司名称：“美国加利亚空气调节公司”（今开利公司）。

1915年，卡里尔成立了一家公司，它是世界最大的空调公司之一。但空调发明后的20年，享受的一直都是机器，而不是人。直到1924年，底特律的一家商场，常因天气闷热而有不少人晕倒，而首先安装了三台中央空调，此举大大成功，凉爽的环境使得人们的消费意欲大增，自此，空调成为商家吸引顾客的有力工具，空调为人们服务的时代，正式来临了。 [1] 

制冷剂的发展

最初的空调、电冰箱使用氨、氯甲烷之类的有毒气体。这类气体泄漏后会酿成重大事故。托马斯·米基利在1928年发明了氯氟碳气体（chlorofluorocarbon gas）， 并将其命名为氟利昂。 这种制冷剂对人类安全得多，但是对大气臭氧层有害。 氟利昂是杜邦公司CFC、HCFC或HFC类冷冻剂的商标，其中每一类冷冻剂名称还包括一个数字，以表示其成分的分子组成（例如R-11, R-12, R-22, R-134）。其中，在直接蒸发式适度冷却产品领域应用最广的R-22 HCFC制冷剂将于2010年起停止用于新生产的设备中，并于2020年彻底停止使用。R-11和R-12在美国已经停产。作为替代品，一些对臭氧层无害的制冷剂已投入使用， 包括商品名为“Puron”的制冷剂R-410A。R290和R32新型的环保制冷剂也逐步走向市场，R290分子中只含有碳和氢，不含有氯和氟，破坏臭氧潜能值（ODP）为零。

普及

但说到空调可以普及，主要是通过电影院。大多数美国人是在电影院第一次接触到空调的。20世纪20年代的电影院利用空调技术，承诺能为观众提供凉爽的空气，使空调变得和电影本身一样吸引人，而夏季也取代了冬季成为看电影的高峰季节。随后出现了大量全年开放的室内娱乐场所，如赌场、室内运动场和商场，这些都得归功于空调的出现。

在20世纪六七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气，为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出风冷式冷水机，用空气散热代替冷却塔，其英文名称是：Air Cool Chiller，简称为Chiller!

效率评估

EER（Energy Efficiency Ratio），能源效率比，即制冷量除以每小时的耗电瓦数，因此冷气机EER值越高则通常越省电。

COP（Coefficient of Performance），性能系数，即冷气机在单位时间抽走的热量除以它所消耗的功率。

空调种类

家用空调的种类分为很多种，其中常见的包括挂壁式空调、立柜式空调 、窗式空调和吊顶式空调，但是这些产品各有特点，价格也各不相同，要根据自己的需求来挑选。

家用空调分为以下4种：

挂壁式空调

挂壁式空调广受大家欢迎，技术也在不断革新。 您应注意比较各品牌的功能区别。

换气功能是最新运用在挂壁式空调的技术，保证家里有新鲜空气，防止空调病的产生，使用起来更舒适，更合理。

此外，静音和节能设计也很重要，能让您安睡到天明。有的挂壁式空调具有超小室外机，如果打算把室外机放在阳台，这也是很好的选择。

至于冷暖型的挂壁式空调，要注意选择制热量大于制冷量的空调，以确保制热效果。如果有电辅热加热功能，就能保证在超低温环境下（最低-10摄氏度）也能制热（出风口温度40摄氏度以上）。

立柜式空调

要调节大范围空间的气温，比如大客厅或商业场所，立柜式空调最合适。

在选择时应注意是否有负离子发送功能，因为这能清新空气，保证健康。而有的立柜式空调具有模式锁定功能，运行状况由机主掌握，对商业场所或家中有小孩的家庭会比较有用，可避免不必要的损害。

另外，送风范围是否够远够广也很重要。立柜式空调送风的最远距离可大于15米，再加上广角送风，可兼顾更大的面积。

窗式空调

安装方便，价格便宜，适合小房间。在选择时要注意其静音设计，因为窗机通常较分体空调噪音大，所以选择接近分体空调的噪音标准的窗机好一些。除了传统的窗式空调外，还有新颖的款式，比如专为孩子设计的彩色面板儿童机，带有语音提示，既活泼又实用安全，也是不错的选择。

吊顶式空调

创新的空调设计意念，室内机吊装在天花上，四面广角送风，调温迅速，更不会影响室内装修。

根据空调功能，可以将空调分为单冷式空调和冷暖式空调。单冷式空调：不具有制热功能，适用于夏天较热或冬天有充足暖气供应的地区。冷暖式空调：具有制热功能。

根据其制热方式又可分为热泵型和电辅助加热型。热泵型适用于夏季炎热、冬季较冷的地区；电辅助加热型因加了电辅助加热部件，制热强劲，所以适用于夏季炎热，冬季寒冷的地区

以上各种空调还可按调温情况分为：单冷型：仅用于制冷，适用于夏季较暖或冬季供热充足地区。冷暖型：具有制热，制冷功能，适用于夏季炎热，冬季寒冷地区。电辅助加热型：电辅助加热功能一般只应用于大功率柜式空调，机身内增加了电辅助加热部件，确保冬季制热强劲。不过，在冬季供暖比较充足的北方地区似乎并无必要。

组成结构

空调的结构包括：压缩机，冷凝器，蒸发器，四通阀，单向阀毛细管组件等。

压缩机

空调压缩机中所指定的一个齿间容积对的工作过程。阴螺杆、阳螺杆转向互相迎合一侧的气体受压缩，这一侧面称为高压区；相反，螺杆转向彼此背离的一侧面， 齿间容积在扩大并处在吸气阶段，称为低压区。这两个区域被阴螺杆、阳螺杆齿面间的接触线分隔开。可以近似地认为：两螺杆轴线所在平面是高、低压力区的分界 面。

压缩制冷剂（例如氟利昂）变成液态。然后利用液态在常压下变气态时的吸热现象制冷。

空气密度是很小的。你拿根打针用的针管。抽满一针管空气，用手堵住出气口，推动针管就是在压缩空气了。用针管就可以把气体压缩三分之一的体积。

冷凝器

压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。对某些应用来说，气体必须通过一根长长的管子（通常盘成螺线管），以便让热量散失到四周的空气中，铜之类的导热金属常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。散热片是用良导热金属制成的平板。

蒸发器

蒸发器就是室内机里面的，管子组成的，套有翅片。通过加热使溶液浓缩或从溶液中析出晶粒的设备。主要由加热室和蒸发室两部分组成。加热室向液体提供蒸发所需要的热量，促使液体沸腾汽化；蒸发室使气液两相完全分离。加热室中产生的蒸气带有大量液沫，到了较大空间的蒸发室后，这些液体借自身凝聚或除沫器等的作用得以与蒸气分离。

四通阀

四通阀，液压阀术语，是具有四个油口的控制阀。四通阀是制冷设备中不可缺少的部件，其工作原理是，当电磁阀线圈处于断电状态，先导滑阀在右侧压缩弹簧驱动下左移，高压气体进入毛细管①后进入右端活塞腔，另一方面，左端活塞腔的气体排出，由于活塞两端存在压差，活塞及主滑阀左移，使排气管与室外机接管相通，另两根接管相通，形成制冷循环。

毛细管组件

毛细管组件包括毛细管和单向阀。其中单向阀普遍应用于空调室外机中，它由辅助毛细管及单向阀组成，空调不同型号的机器的单向阀组件大同小异。在单向阀上有一个箭头，它表示气流 只能是按照箭头的方向流动，反向则停止，只能从辅助毛细管通过。单向阀组件它安装在室外机的下后方，通常有一块黑颜色的减震块包着，包沥青是起消音的作用。

单向阀组件只用在空调制热过程中，制冷中单向阀组件是不起作用的。单向阀组件在制热时的作用是为了增大制冷剂的流动阻力，减小制冷剂的流动速度，使制冷剂在室外机充分蒸发，使压缩机排出的制冷剂气体变为制冷剂液体，提高空调制热效果。

工作原理

空调分为单冷空调和冷暖两用空调，工作原理是一样的，空调以前大多一般使用的制冷剂是氟利昂。 氟利昂的特性是：由气态变为液态时，释放大量的热量。而由液态转变为气态时，会吸收大量的热量。（即先吸热气化再液化放热）空调就是据此原理而设计的。

压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂，然后送到冷凝器（室外机）散热后成为常温高压的液态制冷剂，所以室外机吹出来的是热风。

然后到毛细管，进入蒸发器（室内机），由于制冷剂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会汽化，变成气态低温的制冷剂，从而吸收大量的热量，蒸发器就会变冷，室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过，所以室内机吹出来的就是冷风；空气中的水蒸汽遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴，顺着水管流出去，这就是空调会出水的原因。

制热的时候有一个叫四通阀的部件，使制冷剂在冷凝器与蒸发器的流动方向与制冷时相反，所以制热的时候室外吹的是冷风，室内机吹的是热风。

其实就是用的初中物理里学到的液化（由气体变为液态）时要排出热量和汽化（由液体变为气体）时要吸收热量的原理。

环保型空调工作原理：

用循环水泵不间断地把水箱内的水抽出，并通过布水系统均匀地喷淋在蒸发过滤层上，室外热空气进入蒸发降温介质，在蒸发降温介质CELdek(特殊材质的蜂窝状过滤层，让降温效果更理想，瑞典的高科技专利产品)内与水充分进行热量交换，因水蒸发吸热而降温的清凉、洁净的空气由低噪音风机加压送入室内，使室内的热空气排到室外，从而达到室内降温的目的。