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随着室外气温的节节攀升,许多人开始寻求室内空调带来的凉爽惬意。空调就像水塔和电线一样,我们天天见到,却很少留意。
这些机器功能神奇而又不可或缺,如果能够了解个中奥妙不亦乐乎?本文将探讨大大小小的各种空调,让您不再对这些东西司空见惯却知之甚少。
空调工作原理   空调工作原理
 
 
 
空调外形
空调的外形大小各异,制冷能力有别,价格也参差不齐。最常见的空调是窗式空调和分体空调(见上图)。
如果您到医院、大学和写字楼群后面看看,就会发现它们都有巨大的冷却塔连接着空调系统:
空调工作原理
 
这些机器看起来差别很大,但工作原理都是一样的。让我们走近它们一探究竟。
空调的基本原理
空调基本上可看作是不带隔热箱的冰箱,它利用氟里昂等制冷剂的蒸发来制冷。冰箱和空调中氟里昂的蒸发循环机制是相同的。根据韦伯斯特在线词典,“氟里昂”一词“统指作为制冷剂和气雾推进剂的任何不可燃碳氟化合物”。
 
典型空调图示
空调工作原理
典型空调结构
 
空调中的蒸发循环过程如下:
压缩机压缩凉的氟里昂气体,使之变成高压高温氟里昂气体(图中红色部分)。
高温气体流经一组盘管,散热后凝结成液体。
液态氟里昂流过一个膨胀阀,在此过程中蒸发为低压低温氟里昂气体(图中淡蓝色部分)。
低温气体流经一组盘管,在此过程中吸收热量,从而使室内温度降低。
氟里昂中混有微量用来润滑压缩机的油脂。
窗式空调机组
窗式空调机组是在很小的空间里安装的一套完整的空调系统。这些空调机组体积很小,可安装在一般的窗框之内。关上机组上的窗户,插入机组,接通电源就可以得到冷气了。窗式空调机组断开电源线后,如果打开它的外壳,可以看到里面有以下部件:
一个压缩机
一个膨胀阀
一个换热盘管(位于室外)
一个蓄冷盘管(位于室内)
两个风扇
一个控制部件
风扇将空气吹过盘管,以此来提高盘管的室外散热和室内制冷能力。
空调工作原理
 
匹和EER
大多数空调都用匹(HP)来标注制冷能力。一匹实际上就是一马力。具体地说,1匹的制冷量等于2,500瓦。在制热和制冷术语中,1“冷吨”等于3,517瓦。
一台典型的窗式空调的制冷能力大约是2,500瓦。对照一下,一个典型的185.8平方米的房间可能需要使用5冷吨(17,580瓦)的空调系统,这意味着每平方米大概需要94瓦。(注意,这些数据只是粗略的估计。若要根据您的具体需求选择合适的空调尺寸,请联系采暖通风与空调系统供应商。)
空调的“能源效率比”(EER)是它的瓦数与电功率的比值。例如,如果一台2匹空调的功率为1,500瓦,它的EER就是3.3(5,000瓦/1,500瓦)。显然,您可能希望EER越高越好,但一般来讲EER值越高,空调价格也越高。
假设您要在两台2匹空调间做一个选择。一台的EER为3.3,功率为1,200瓦;另一台的EER为5,功率为1,000瓦。假设两台空调价格相差100元。如果想要弄清较贵的那台空调要用多长时间才能节约出差价,您需要知道:
您每年使用空调的估计小时数
您所在地区每度(kWh)电的费用是多少
假设您计划在整个夏季使用空调,即每年用四个月,每天用大约六个小时。另外假设您所在地区每度电的费用是0.5元。这两台空调的功率相差200瓦,这意味着较便宜的空调每用五小时就比较贵的空调多消耗1度电,因此多费0.5元。
假设每个月有30天,则您在夏天使用空调的小时数和两台空调的电费差异如下:
4个月x30天/月x6小时/天= 720小时
[(720小时x200瓦)/(1000瓦/千瓦)]x0.5元/千瓦时=72元
两台空调的差价是100元,也就是说,较贵的那台空调要用大约一年半的时间才能弥补差价。
“分体式空调”将系统的冷热两端分开,如下图所示:
空调工作原理
 
“冷端”由膨胀阀和冷却盘管构成,通常安置在一个炉堂或其他某种空气处理装置之中。空气处理装置将空气吹过冷却盘管,使用一系列管道将空气传送到房屋的各个角落。“热端”就是我们所知的“冷凝机组”,它安装在屋外。冷凝机组在大多数家用安装中类似图所示: 空调工作原理    空调工作原理
冷凝机组外部是一个很长的螺旋管,形似圆柱体。这个螺旋管的内部有一个风扇,用来将空气吹入螺旋管,另外还有一个“耐候压缩机”和一些“控制逻辑”。这种设计方式历经多年演变而成,不仅能节约成本,而且可以减少室内噪音(不足之处是增加了室外噪音)。分体式空调和窗式空调没有本质区别,只不过分体式空调将冷热两端分开放置,螺旋管和压缩机更大,因而功率更大。
在仓库、办公楼、商场和大型百货公司等场所,冷凝机组可能非常庞大,一般安在屋顶上。或者,也可能在屋顶上安装许多小型机组,每个机组在内部接装小型空气处理装置,用以冷却建筑内某一特定区域。
在更大的建筑尤其是多层建筑中,分体式安装渐遇难处:冷凝机和空气处理装置之间布设的管道过长,致使压缩机润滑困难,而且,管道工程和长度也会变得难以管控。鉴于此,“水蓄冷空调”应运而生。
在水蓄冷空调系统中,整个空调都安放于屋顶上或建筑物的后面。这一系统把水冷却到4.4到7.2摄氏度之间。冷却水通过管道流经建筑的各个角落,在需要的位置与空气处理装置相连。假以良好的绝热性能,冷却水输送管道的长度几乎不受限制。
空调工作原理
空调工作原理
此图中的空调(左侧)是一个完全标准的空调。热交换器借助冷氟里昂将流向建筑物各个角落的水冷却。
冷却塔
上述所有空调系统都利用空气为外部盘管散热。在大型系统中,可以使用“冷却塔”显著提高散热效率。冷却塔释放一股低温水,这股低温水流经一个热交换器,从而冷却空调机组中的换热盘管。购买这种系统的先期投入很高,但由于其优越的节能特性(在低湿度地区尤佳),很快就能变亏为赢。
空调工作原理
冷却塔
冷却塔的形状和规模各异,但工作原理相同:
冷却塔将空气吹过水流,让一些水蒸发。
水一般经过一层展开的厚塑料网喷淋而下。
空气相对水流方向成直角吹过网眼。
蒸发使水流得到冷却。
由于蒸发使水量减少,冷却塔要不停补足水流。
空调工作原理
 
冷却塔
冷却塔可以实现的冷却效果取决于空气的相对湿度和大气压力。
例如,假设某天的气温为35摄氏度,大气压为760毫米(海平面正常气压),湿度为80%,那么冷却塔里的水温将降低大约3.36摄氏度,变成31.7摄氏度。
如果湿度是50%,那么水温将降低大约8.4摄氏度,变成26.7摄氏度。
如果湿度是20%,那么水温将降低大约15.7摄氏度,变成 19.4 摄氏度。温度的小幅变化也会对能量消耗产生显著影响。
想要了解任意一天中相对湿度和大气压对冷却塔中温度降低幅度的影响,请查看今日美国:悬摇式湿度计的工作原理。
当您从一幢建筑后面走过的时候,要是发现有一种装置中有大量的水流过一个塑料网,那个装置就是冷却塔了!
很多写字楼群和大学校园中都集中控制冷却塔和空调设备,冷却水流过数公里的地下管道到达所有建筑。
有关空调及相关主题的更多信息,请查看下一页上的链接。
 

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