對于空調，雖然也不覺得有啥神奇，但要把它的工作原理搞明白，沒有一定熱力學知識，還真是難以說清楚。

要明白空調的工作原理，首先要認識蒸發(fā)和冷凝這兩種物理現(xiàn)象，因為空調就是利用工作物質（簡稱工質）的冷凝和蒸發(fā)來改變環(huán)境溫度的。

 

水的蒸發(fā)和冷凝與焓

空調中的工質，也叫制冷劑、冷媒、雪種，常見的有R22、R32、及R410A等氟利昂制冷劑。這類制冷劑沸點比較低，在常溫下是氣體，通過壓縮就可變成液體。

例如，氟利昂R22在標準大氣壓（0.1013MPa）時的沸點是-40.8℃。這個沸點與外界壓強相關，當液體所受的壓強增大時，它的沸點會升高；反之，壓強減小時，沸點相應會降低。

制冷劑溫度在臨界溫度和相應的臨界壓力之內都遵循這一規(guī)律。氟利昂R22的臨界溫度是96.15℃，相應的臨界壓力是4.99MPa。

  

R22壓-焓圖

這和在標準大氣壓下水的沸點是100℃，而在青藏高原大氣壓低，水燒到80～90℃就沸騰是一個道理。

空調必須有壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器四個基本單元，這四個基本單元構成壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)四個制冷行程。

 

 汽車空調結構原理

制冷劑與壓縮行程

1匹的空調充裝大約1kg氟利昂R22，具體充裝多少，以壓縮機沒有運轉時氟利昂的壓力為0.96MPa為宜。

這樣壓縮機運轉時，壓縮機吸氣口的壓力就是0.48MPa（蒸發(fā)壓力），出氣口壓力則為1.83MPa（冷凝壓力）。

  

蒸發(fā)壓力與冷凝壓力

壓縮機開始運行時，排氣壓力增加，排氣溫度也同時升高，蒸汽焓增加，其實也就是壓縮機對制冷劑做功的表現(xiàn)。

注意，為了保證壓縮機的可靠運行，壓縮機吸入的制冷劑必須是純蒸汽，因此吸入的制冷劑必須是過熱蒸汽！

所謂過熱蒸汽就是在一定的壓力下，蒸汽溫度高于飽和溫度，蒸發(fā)壓力不繼續(xù)隨著蒸發(fā)溫度變化。過熱蒸汽還要有足夠的過熱度，一般為5℃。

  

制冷劑狀態(tài)變化

冷凝器與冷凝行程

在空調制冷時，冷凝器是壓縮機出口與節(jié)流閥進口之間的熱交換器。

在冷凝器中，高溫高壓制冷劑流過冷凝器內的銅盤管，銅管上的鋁箔翅片散熱，放出的熱量就會被軸流風機吹走。冷凝器內的制冷劑遇冷放熱就成了液體。

應該清楚，在冷凝器中，制冷劑是由干飽和蒸汽逐漸變?yōu)闈耧柡驼羝�的，制冷劑在冷凝器中處于�?液共存狀態(tài)。

在這種狀態(tài)下，制冷劑的溫度和壓力具有一一對應關系。即飽和壓力增高，飽和溫度就會隨之增高，二者中有一個發(fā)生變化，另一個也將出現(xiàn)相應的變化。

別看夏天室外空氣溫度很高，但是只要我們提高冷凝器內制冷劑的壓力，就可以提高制冷劑的溫度，只要制冷劑的冷凝溫度高于冷卻介質的溫度就可以放熱液化。

冷凝溫度=室外環(huán)境溫度（35℃）+冷凝傳熱溫差（15℃）=50℃。

對于50℃氟利昂R22，冷凝溫度對應的冷凝壓力是1.83MPa。

  

冷凝溫度與蒸發(fā)溫度

制冷劑在冷凝器中的液化速度主要取決于冷卻介質的溫度及流量，還有冷凝面積。空調的能效等級也主要是由這些因素決定的。降低冷凝溫度可以提高壓縮機制冷量，而減少功率消耗。

節(jié)流閥與節(jié)流行程

在空調系統(tǒng)中，節(jié)流閥是很不起眼的一個小東西，在變頻空調中，節(jié)流是通過電子膨脹閥來實現(xiàn)的，因此也叫膨脹閥或熱力膨脹閥。

在定頻空調中甚至找不到這樣一個閥門。定頻空調節(jié)流是靠毛細管來實現(xiàn)的。冷凝器到蒸發(fā)器之間的銅管其中一段變得很細，這個很細的銅管就是毛細管。

高壓液態(tài)制冷劑經過節(jié)流閥降壓為蒸發(fā)壓力（節(jié)流閥前的是冷凝壓力），蒸汽焓值幾乎不受損失，也就是說節(jié)流閥前后的壓力不一樣，焓值幾乎一樣。

從冷凝器進入節(jié)流閥的制冷劑和從節(jié)流閥出口到蒸發(fā)器的制冷劑必須是過冷制冷劑，即純液體。

對于風冷空調，如果沒有3～5℃的過冷度，飽和制冷劑在“液管”中溫度或壓力稍有損失，就會發(fā)生“閃發(fā)”，即液態(tài)冷媒直接變成了氣態(tài)。

蒸發(fā)器與蒸發(fā)行程

在空調制冷時，蒸發(fā)器是節(jié)流閥出口到壓縮機吸氣口之間的翅片管式換熱器。

節(jié)流閥出來的濕蒸氣在蒸發(fā)器中氣化，干度不斷增加，出蒸發(fā)器后就會成為干飽和蒸氣。在這個變化過程中，制冷劑吸收室內空氣熱量，降低室內空氣的溫度。

應該清楚，制冷劑在蒸發(fā)器中也是處于氣-液共存狀態(tài)，即飽和壓力與飽和溫度一一對應。蒸發(fā)溫度越低，吸熱能力越強。蒸發(fā)溫度的高低又是由蒸發(fā)壓力決定的。

  

冷媒壓力表

蒸發(fā)溫度＝室內溫度（27℃）-10℃=17℃。如果是風冷散熱，蒸發(fā)溫度和室溫差10℃
特別提醒，蒸發(fā)器、冷凝器是以制冷劑為對象來說的，是制冷劑在銅管內面進行蒸發(fā)和冷凝！

蒸發(fā)器對于室內空氣而言，其實是一種冷凝現(xiàn)象，熱空氣通過銅管上的鋁箔翅片，空氣中的水分遇冷就會產生冷凝現(xiàn)象，室內機會有水排出就是這個原因。

如果不進行物理分析，僅從字面理解，很多人會誤以為冷凝器是室內機，而蒸發(fā)器是室外機。

正像水泵可以把低處的水送到高處；空調則是可以把低溫處的熱量送到高溫處，讓低溫處的溫度更低，空調的工作原理這樣理解就很簡單了！