1.3 新型空调器的基本工作原理

1.3.1 空调器的功能

空调器又叫空气调节器，它的功能是通过制冷或制热调节室内温度和湿度，并使之保持在一定的范围内。夏季温度较高，湿度较大，空调器可以降温和减湿，使室内温度维持在22～26℃，相对湿度维持在55%～60%。冬季气温较低而且干燥，空调器可以升温和加湿，使室内温度维持在20～22℃，相对湿度维持在55%～60%。空调器还可以用来调节室内空气流动的速度，因流动的空气比静止的空气使人感到舒适（在制冷时，以不超过0.5m/s的流速吹出15～17℃的冷空气为宜）。此外，污浊空气中的尘埃附有很多细菌，空调器可以净化空气，并将新鲜空气置换入室内等。综合起来，功能齐全的空调设备可以用来控制建筑物中影响空气的物理和化学因素，包括：温度、湿度、流速、空气的分布状态、压力、灰尘量、细菌量、气味、有毒气体、以及有害离子的含量。

1.3.2 空调器的制冷原理

1.制冷的实质

制冷的实质就是能量的转移。制冷就是把房间内的热量，通过制冷系统的压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器的工作置换到房间外面。制热的过程（热泵型）与制冷是相反的。在制冷的过程中，压缩机是能量的搬运者，新型制冷剂THR03b为运送能量的媒介。

同一台空调器因使用环境不同，其制冷（制热）效果也不同。空调铭牌所标的制冷量、制热量是在标准工况下测量的。国家标准规定的标准工况为：制冷时，室内温度28℃，室外温度35℃；制热时，室内温度19℃，室外温度7℃。如果炎夏室外温度高于38℃，寒冬室外温度低于-5℃，则空调器的制冷、制热效果会降低，这主要是因为压缩机置换能量更困难。所以空调器工作的环境温度一般为5～43℃。这是空调器厂按气候类型设计和它本身的特性决定的。随着近年来夏季气温的逐渐升高，铭牌标注的制冷量将有所改变，以适应新的工况要求。

2.制冷过程与原理

制冷系统是使制冷剂产生热力学变化的热力系统。制冷剂在系统内要经过四个热力学变化过程（热力学上称“状态变化”），才能产生连续不断的制冷效应。这四个过程是压缩、冷凝、节流和蒸发，它们分别由不同的部件，按不同的顺序轮流完成。

（1）压缩过程

此过程是由压缩机来完成的。它将系统内来自蒸发器的制冷剂蒸汽吸入压缩机汽缸内（低压压力为0.4～0.5MPa，温度为5～10℃），经压缩后成为高温高压的气体（压力为1.6～2.0MPa，温度为80～105℃），并通过压缩机口排出。压缩机的主要任务是提供制冷剂THR03b流动的动力，它在系统内起着“心脏”的作用。

（2）冷凝过程

此过程由冷凝器完成，制冷剂冷凝过程如图1-6所示。

由压缩机排气口排出的高温高压的气体制冷剂，经过四通阀（冷暖型）进入冷凝器，室外轴流风扇把冷凝器的热量带走，温度降低，高温气体逐步变为气液两相状态，但制冷剂在冷凝器内的压力基本不变。此时冷凝器出口处为常温、高压的液体，温度只比环境温度高5～6℃。这个过程中，冷凝效果的好坏是很重要的。冷凝效果好，制冷提高；冷凝效果差，对整个制冷系统的制冷效果、整机的使用寿命，以及耗电量都会有很大的影响。冷凝器不但散发蒸发器吸收的热量，还要散发压缩机做功耗电产生的热量，因此冷凝器在空调器中是一个重要的部件。

（3）节流过程

节流过程在家用空调器中主要采用毛细管来实现，也有采用电子膨胀阀（变频空调器）来实现的。节流过程也可以认为是液体制冷剂的降压过程，高压液体制冷剂经过毛细管降压后，变为低压液体，且有少量闪发气。此时手摸毛细管感觉很凉，用温度计测量约为6℃，用压力表测量压力约为0.6MPa。

（4）蒸发过程

制冷剂蒸发过程如图1-7所示。

制冷剂经节流后流入蒸发器，进入蒸发过程，这是一个汽化吸热的过程。制冷剂在蒸发器内由气、液两相状态逐步汽化为饱和蒸汽，同时吸收周围空气的热量，达到制冷目的。蒸发器出口处为低温、低压的气体，温度为5～8℃，压力约为0.5MPa。制冷剂从蒸发器出口经回气管到室外机低压气体截止阀，进入四通阀（冷暖型）和压缩机的气液分离器吸气口，完成一个制冷循环。此时手摸低压管感觉较凉并有结露，温度比蒸发器出口约高5℃，这是回气管吸收了热量所致，这时，回气管压力约为0.5MPa。制冷制热循环如图1-8所示。

1.3.3 空调器的除湿原理

1.除湿作用

夏天湿度较大，霉菌易于生长，容易产生异味，且给人们以闷热的感觉。除湿可以为人们提供健康的生存环境，使皮肤感觉干爽舒适，使人们的生活品位有所提高。

2.除湿原理

空调器制冷时，室内热交换器表面温度低于室内空气露点，室内热空气经过热交换器时，空气中的部分水蒸气在热交换器表面上凝成露珠，其结果是空气既被冷却又被减湿，温度下降了，湿度也下降了。为避免因除湿导致室温波动太大，空调器压缩机以间歇工作方式来达到除湿的目的。

1.3.4 空调器的制热原理

空调器的制热可分为电热制热和热泵制热两种方式。

1.电热制热

电热制热方式的加热元件有电热管和PTC两种。电热制热的原理是：空调器接通电源，发热元件表面温度升高；当达到设定温度值时，风机运转，室内空气被风机吸入到发热元件表面，流经发热元件后温度升高；升温后的空气又被吹到室内，如此不断循环，使室内空气温度逐渐升高，从而达到取暖的目的。

2.热泵制热

热泵型空调器与单冷型空调器的不同之处是在室外机增置了一个四通（换向）阀，在制热时它能使室外、室内热交换器（也称蒸发冷凝器和冷凝蒸发器）的制冷剂流向“转换”，将压缩机排出的高温高压的制冷剂气体转换流向室内，从而达到室内制热的目的，如图1-8所示。

制冷学定律表明，只要冬季室外温度与室外热交换器内制冷剂THR03b的蒸发器温度有一个温差存在（例如，室外温度为8℃，THR03b的蒸发器温度在3.8℃左右，这样有4.2℃左右的温差），就可以从室外空气中吸取到热量，使室内温度上升。但是，如果室外温度再变低，温差变小，则从室外空气中吸取热量就将变得很困难。例如，一般室外气温为0℃时，其制热量为名义制热量的85%；室外气温为-5℃时，其制热量将为名义制热量的75%，而且这时还应考虑使用辅助设备及定时除霜。

1.3.5 空调器的除霜原理

1.室外环境温度决定

冷暖型空调器在制热运转状态下，当室外环境温度低于0℃时，室外热交换器的蒸发器温度就会在-8℃以下，空气中的水分便会在热交换器表面结霜。随着运转时间的延长，霜层厚度不断增加，导致热交换器换热能力下降，室内温度缓慢下降。因此，必须及时除去热交换器上的霜层。

2.制热运转除霜

采用制热运转除霜，由室外压缩机出来的高温、高压制冷剂气体，一部分流向室外热交换器，使热交换器表面的霜层融化，另一部分继续流向室内热交换器。长虹KFR-40GW/BM空调器，采用的是压缩机连续运转除霜方式。这是一种比较先进的除霜方式。

3.互换角色除霜

空调器制热运转50min后，系统中的换向阀闭合，这时冷凝器和蒸发器便“互换角色”，由原来的制热状态改为制冷状态，把从压缩机排出来的高温、高压制冷剂气体切换，使其流向室外结霜的热交换器，融化霜层。融化霜层需要约5～8min的时间。霜层融化完后，四通阀重新吸合，又进入制热循环状态。目前，家用空调大部分采用这种除霜方式。这种除霜方式的缺点是除霜时须停止制热工作状态。

4.电加热除霜

电加热除霜是在室外换热器的翅片上装置电加热管，空调器工作50min，微电脑主芯片发出指令，使电加热管通电发热，融化霜层。当室外换热器温度达到5℃时，加热停止。电加热除霜方式如图1-9所示。