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，首先要認識蒸發和冷凝這兩種物理現象，因為空調就是利用工作物質（簡稱工質）的冷凝和蒸發來改變環境溫度的。

 

水的蒸發和冷凝與焓

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、節流閥、蒸發器四個基本單元，這四個基本單元構成壓縮、冷凝、節流、蒸發四個制冷行程。

 

 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（蒸發壓力），出氣口壓力則為1.83MPa（冷凝壓力）。

  

蒸發壓力與冷凝壓力

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。

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，蒸發壓力不繼續隨著蒸發溫度變化。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為濕飽和蒸汽的，制冷劑在冷凝器中處于氣-液共存狀態。

在這種狀態下，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，二者中有一個發生變化，另一個也將出現相應的變化。

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。

節流閥與節流行程

在空調系統中，節流閥是很不起眼的一個小東西，在變頻空調中，節流是通過電子膨脹閥來實現的，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。定頻空調節流是靠毛細管來實現的。冷凝器到蒸發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。

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

從冷凝器進入節流閥的制冷劑和從節流閥出口到蒸發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，就會發生“閃發”，即液態冷媒直接變成了氣態。

蒸發器與蒸發行程

在空調制冷時，蒸發器是節流閥出口到壓縮機吸氣口之間的翅片管式換熱器。

節流閥出來的濕蒸氣在蒸發器中氣化，干度不斷增加，出蒸發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，制冷劑在蒸發器中也是處于氣-液共存狀態，即飽和壓力與飽和溫度一一對應。蒸發溫度越低，吸熱能力越強。蒸發溫度的高低又是由蒸發壓力決定的。

  

冷媒壓力表

蒸發溫度＝室內溫度（27℃）-10℃=17℃。如果是風冷散熱，蒸發溫度和室溫差10℃
特別提醒，蒸發器、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和冷凝！

蒸發器對于室內空氣而言，其實是一種冷凝現象，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！