1.3 新型空調器的基本工作原理

1.3.1 空調器的功能

空調器又叫空氣調節器，它的功能是通過制冷或制熱調節室內溫度和濕度，并使之保持在一定的范圍內。夏季溫度較高，濕度較大，空調器可以降溫和減濕，使室內溫度維持在22～26℃，相對濕度維持在55%～60%。冬季氣溫較低而且干燥，空調器可以升溫和加濕，使室內溫度維持在20～22℃，相對濕度維持在55%～60%。空調器還可以用來調節室內空氣流動的速度，因流動的空氣比靜止的空氣使人感到舒適（在制冷時，以不超過0.5m/s的流速吹出15～17℃的冷空氣為宜）。此外，污濁空氣中的塵埃附有很多細菌，空調器可以凈化空氣，并將新鮮空氣置換入室內等。綜合起來，功能齊全的空調設備可以用來控制建筑物中影響空氣的物理和化學因素，包括：溫度、濕度、流速、空氣的分布狀態、壓力、灰塵量、細菌量、氣味、有毒氣體、以及有害離子的含量。

1.3.2 空調器的制冷原理

1.制冷的實質

制冷的實質就是能量的轉移。制冷就是把房間內的熱量，通過制冷系統的壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器的工作置換到房間外面。制熱的過程（熱泵型）與制冷是相反的。在制冷的過程中，壓縮機是能量的搬運者，新型制冷劑THR03b為運送能量的媒介。

同一臺空調器因使用環境不同，其制冷（制熱）效果也不同。空調銘牌所標的制冷量、制熱量是在標準工況下測量的。國家標準規定的標準工況為：制冷時，室內溫度28℃，室外溫度35℃；制熱時，室內溫度19℃，室外溫度7℃。如果炎夏室外溫度高于38℃，寒冬室外溫度低于-5℃，則空調器的制冷、制熱效果會降低，這主要是因為壓縮機置換能量更困難。所以空調器工作的環境溫度一般為5～43℃。這是空調器廠按氣候類型設計和它本身的特性決定的。隨著近年來夏季氣溫的逐漸升高，銘牌標注的制冷量將有所改變，以適應新的工況要求。

2.制冷過程與原理

制冷系統是使制冷劑產生熱力學變化的熱力系統。制冷劑在系統內要經過四個熱力學變化過程（熱力學上稱“狀態變化”），才能產生連續不斷的制冷效應。這四個過程是壓縮、冷凝、節流和蒸發，它們分別由不同的部件，按不同的順序輪流完成。

（1）壓縮過程

此過程是由壓縮機來完成的。它將系統內來自蒸發器的制冷劑蒸汽吸入壓縮機汽缸內（低壓壓力為0.4～0.5MPa，溫度為5～10℃），經壓縮后成為高溫高壓的氣體（壓力為1.6～2.0MPa，溫度為80～105℃），并通過壓縮機口排出。壓縮機的主要任務是提供制冷劑THR03b流動的動力，它在系統內起著“心臟”的作用。

（2）冷凝過程

此過程由冷凝器完成，制冷劑冷凝過程如圖1-6所示。

由壓縮機排氣口排出的高溫高壓的氣體制冷劑，經過四通閥（冷暖型）進入冷凝器，室外軸流風扇把冷凝器的熱量帶走，溫度降低，高溫氣體逐步變為氣液兩相狀態，但制冷劑在冷凝器內的壓力基本不變。此時冷凝器出口處為常溫、高壓的液體，溫度只比環境溫度高5～6℃。這個過程中，冷凝效果的好壞是很重要的。冷凝效果好，制冷提高；冷凝效果差，對整個制冷系統的制冷效果、整機的使用壽命，以及耗電量都會有很大的影響。冷凝器不但散發蒸發器吸收的熱量，還要散發壓縮機做功耗電產生的熱量，因此冷凝器在空調器中是一個重要的部件。

（3）節流過程

節流過程在家用空調器中主要采用毛細管來實現，也有采用電子膨脹閥（變頻空調器）來實現的。節流過程也可以認為是液體制冷劑的降壓過程，高壓液體制冷劑經過毛細管降壓后，變為低壓液體，且有少量閃發氣。此時手摸毛細管感覺很涼，用溫度計測量約為6℃，用壓力表測量壓力約為0.6MPa。

（4）蒸發過程

制冷劑蒸發過程如圖1-7所示。

制冷劑經節流后流入蒸發器，進入蒸發過程，這是一個汽化吸熱的過程。制冷劑在蒸發器內由氣、液兩相狀態逐步汽化為飽和蒸汽，同時吸收周圍空氣的熱量，達到制冷目的。蒸發器出口處為低溫、低壓的氣體，溫度為5～8℃，壓力約為0.5MPa。制冷劑從蒸發器出口經回氣管到室外機低壓氣體截止閥，進入四通閥（冷暖型）和壓縮機的氣液分離器吸氣口，完成一個制冷循環。此時手摸低壓管感覺較涼并有結露，溫度比蒸發器出口約高5℃，這是回氣管吸收了熱量所致，這時，回氣管壓力約為0.5MPa。制冷制熱循環如圖1-8所示。

1.3.3 空調器的除濕原理

1.除濕作用

夏天濕度較大，霉菌易于生長，容易產生異味，且給人們以悶熱的感覺。除濕可以為人們提供健康的生存環境，使皮膚感覺干爽舒適，使人們的生活品位有所提高。

2.除濕原理

空調器制冷時，室內熱交換器表面溫度低于室內空氣露點，室內熱空氣經過熱交換器時，空氣中的部分水蒸氣在熱交換器表面上凝成露珠，其結果是空氣既被冷卻又被減濕，溫度下降了，濕度也下降了。為避免因除濕導致室溫波動太大，空調器壓縮機以間歇工作方式來達到除濕的目的。

1.3.4 空調器的制熱原理

空調器的制熱可分為電熱制熱和熱泵制熱兩種方式。

1.電熱制熱

電熱制熱方式的加熱元件有電熱管和PTC兩種。電熱制熱的原理是：空調器接通電源，發熱元件表面溫度升高；當達到設定溫度值時，風機運轉，室內空氣被風機吸入到發熱元件表面，流經發熱元件后溫度升高；升溫后的空氣又被吹到室內，如此不斷循環，使室內空氣溫度逐漸升高，從而達到取暖的目的。

2.熱泵制熱

熱泵型空調器與單冷型空調器的不同之處是在室外機增置了一個四通（換向）閥，在制熱時它能使室外、室內熱交換器（也稱蒸發冷凝器和冷凝蒸發器）的制冷劑流向“轉換”，將壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑氣體轉換流向室內，從而達到室內制熱的目的，如圖1-8所示。

制冷學定律表明，只要冬季室外溫度與室外熱交換器內制冷劑THR03b的蒸發器溫度有一個溫差存在（例如，室外溫度為8℃，THR03b的蒸發器溫度在3.8℃左右，這樣有4.2℃左右的溫差），就可以從室外空氣中吸取到熱量，使室內溫度上升。但是，如果室外溫度再變低，溫差變小，則從室外空氣中吸取熱量就將變得很困難。例如，一般室外氣溫為0℃時，其制熱量為名義制熱量的85%；室外氣溫為-5℃時，其制熱量將為名義制熱量的75%，而且這時還應考慮使用輔助設備及定時除霜。

1.3.5 空調器的除霜原理

1.室外環境溫度決定

冷暖型空調器在制熱運轉狀態下，當室外環境溫度低于0℃時，室外熱交換器的蒸發器溫度就會在-8℃以下，空氣中的水分便會在熱交換器表面結霜。隨著運轉時間的延長，霜層厚度不斷增加，導致熱交換器換熱能力下降，室內溫度緩慢下降。因此，必須及時除去熱交換器上的霜層。

2.制熱運轉除霜

采用制熱運轉除霜，由室外壓縮機出來的高溫、高壓制冷劑氣體，一部分流向室外熱交換器，使熱交換器表面的霜層融化，另一部分繼續流向室內熱交換器。長虹KFR-40GW/BM空調器，采用的是壓縮機連續運轉除霜方式。這是一種比較先進的除霜方式。

3.互換角色除霜

空調器制熱運轉50min后，系統中的換向閥閉合，這時冷凝器和蒸發器便“互換角色”，由原來的制熱狀態改為制冷狀態，把從壓縮機排出來的高溫、高壓制冷劑氣體切換，使其流向室外結霜的熱交換器，融化霜層。融化霜層需要約5～8min的時間。霜層融化完后，四通閥重新吸合，又進入制熱循環狀態。目前，家用空調大部分采用這種除霜方式。這種除霜方式的缺點是除霜時須停止制熱工作狀態。

4.電加熱除霜

電加熱除霜是在室外換熱器的翅片上裝置電加熱管，空調器工作50min，微電腦主芯片發出指令，使電加熱管通電發熱，融化霜層。當室外換熱器溫度達到5℃時，加熱停止。電加熱除霜方式如圖1-9所示。