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制冷、制热、除湿模式 空调是如何做到自由切换的?

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刘晓楠

2019-09-1908:34  来源:人民网-科普中国
 

现在,几乎家家都有空调,夏天制冷,送来阵阵凉爽,冬天制热,提供丝丝暖意,梅雨除湿,营造清爽环境。空调极大地提升了我们生活的舒适度,那么,它是如何做到多种模式自由切换的呢?我们以氟利昂制冷剂为例,首先介绍空调四大件:压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀。

压缩机吸收来自蒸发器的低温低压气体氟利昂,通过电机运转带动活塞对其压缩后,排出高温高压的气态氟利昂,为制冷循环提供动力。

冷凝器是一个热交换器,将高温高压的气态氟利昂冷却并液化为常温高压的液态氟利昂,液化过程要释放大量热量。

蒸发器也是一个热交换器,液态的氟利昂经毛细管进入蒸发器,空间突然增大,压力减小,液态的氟利昂就会汽化,变成气态低温的氟利昂,而汽化过程要吸收大量热量。最后气态的氟利昂回到压缩机继续压缩,形成循环。

节流阀的作用是将冷凝器中冷凝压力下的饱和液体或过冷液体节流后降至蒸发压力和蒸发温度,同时根据负荷的变化,调节进入蒸发器制冷剂的流量。

制冷模式中,制冷剂的循环流向是压缩机-室外机-室内机-压缩机,室外机为冷凝器,因此吹出的是热风;室内机为蒸发器,风扇将室内的热空气从蒸发器中吹过变成冷风,于是空调达到制冷的效果。

制热模式中,空调利用一个叫四通阀的部件,使氟利昂在室内机和室外机的流动方向与制冷时相反,即制冷剂的循环流向是压缩机-室内机-室外机-压缩机。此时,压缩机排出的高温高压蒸汽经四通阀直接送入室内机,室内机发挥冷凝器的作用,将过热蒸汽在寒冷的室内冷却释放热量,室内冷空气经过风扇变成热风,于是空调达到制热的效果。而室外机发挥蒸发器的作用,因此吹出冷风。

可以看到制热循环和制冷循环其实就是运用了初中物理中液化(由气态变为液态)时要排出热量和汽化(由液态变为气态)时要吸收热量的原理。

除湿模式中,利用了空气中的水分遇冷会被冷凝成水的原理。空调蒸发器中的制冷剂蒸发时要吸收大量热量,使蒸发器表面温度降低很多,这时室内空气中的水蒸气遇冷便液化成水,这些冷凝水经出水管排出室外,房间空气中的部分水分就这样被除掉了,因此空调制冷过程中必然会伴随着除湿。

需要注意的是,夏季制冷时,温度设置26~27摄氏度,其冷负荷可以减少8%以上;冬季制热时,温度设置低2摄氏度,也可节电10%;人在睡眠时,代谢量减少30%~50%,将空调设于睡眠挡,设置温度高2摄氏度,可节电20%。

实践证明,对静坐或轻度劳动的人来说,室温保持在28~29摄氏度,相对湿度保持在50%~60%,人就不会感到闷热,也不会出汗,属于舒适范围。

本文由北京印刷学院物理系副教授李蜜丹进行科学性把关。

(责编:王绍绍、张希)
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