热力学 / 蒸气压缩制冷循环
空调怎样把热量搬出去
空调并不“制造冷气”。它消耗电能，让制冷剂循环流动，把室内热量吸收后搬到室外。
制冷循环全貌
先跟着制冷剂走完一个闭环
制冷的本质是搬运热量。低温、低压的制冷剂在室内盘管中吸收房间热量；压缩机再把蒸气升压、升温，让它能在室外盘管中把热量交给更热的室外空气。
制冷剂放热并冷凝成液体后，膨胀装置会降低它的压力。低温混合物重新回到室内，循环不断重复。正常情况下，制冷剂是在密闭管路中循环，并不会被持续消耗。
先记住三件事
- 热量向外搬
房间变凉，是因为热能离开了房间，而不是空调凭空制造了“冷”。
- 压力决定沸点
改变制冷剂压力，就能改变它沸腾或冷凝时的温度。
- 循环分高低压两侧
低压侧服务室内蒸发器，高压侧服务室外冷凝器。
步骤 01
室内盘管吸收热量，也带走水分
风机让室内空气流过蒸发器盘管。盘管内的制冷剂比空气更冷，因此热量流入制冷剂，让它从气液混合物逐渐沸腾成蒸气。
当盘管表面温度低于空气露点时，水蒸气还会在盘管上凝结并通过排水管排走，所以空调制冷通常也会降低湿度。
这里发生了什么
- 空气降温
风机推动室内空气流过更冷的金属盘管。
- 制冷剂沸腾
相变能吸收大量热量，而不需要让制冷剂温度大幅升高。
- 冷凝水排走
盘管低于露点时，空气中的水分会凝结。
步骤 02
压缩机让热量能够排向室外
制冷剂离开室内盘管时是低压蒸气。压缩机对蒸气做机械功，同时提高它的压力和温度。
这股高于室外温度的蒸气很关键：热量会从高温处流向低温处，因此室外盘管里的制冷剂必须足够热，才能把热量交给环境空气。
压缩机增加了什么
- 压力
制冷剂蒸气从循环的低压侧进入高压侧。
- 温度
压缩后的排气温度高于室外空气。
- 做功
空调的大部分电能用于驱动这次压力提升。
步骤 03
室外盘管排出的热量比房间失去的更多
高温高压的制冷剂流过冷凝器盘管，室外风机推动环境空气掠过盘管。热量离开制冷剂，蒸气逐渐冷凝成高压液体。
室外机必须同时排出两部分能量：从室内收集的热量，以及压缩机输入的电功。这就是室外机吹出的空气明显偏热的原因。
为什么风路很重要
- 风机
不断用环境空气替换被加热的空气，把热量带离盘管。
- 冷凝
制冷剂在从蒸气变成液体时释放热量。
- 保持畅通
翅片堵塞或热风回流会迫使压缩机更费力。
步骤 04
膨胀装置把制冷剂重置为可在室内吸热的状态
冷凝后，制冷剂是温度较高的高压液体。热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管等节流装置，会限制并计量它进入低压侧的流量。
压力突然降低后，一部分液体会闪蒸成气体。这个相变让剩余混合物降温，为它再次进入室内盘管吸热做好准备。
节流前后
- 之前
来自室外盘管的高压液体抵达节流装置。
- 通过
装置计量流量，并把循环分成高压侧和低压侧。
- 之后
低温气液混合物进入蒸发器。
步骤 05
制冷量可以大于输入电功率
空调本质上是一台热泵，所以它的制冷量并不等于把电能一比一“变成冷量”。电能用来驱动系统，把额外的热量从房间搬出去。
例如，一台示意设备消耗 1 kW 压缩机功率、制冷 COP 为 3，它大约能从室内移走 3 kW 热量，并在室外排出约 4 kW 热量。真实 COP 会随设备、温度、湿度、风量和部分负荷而变化。
读懂能量账本
- 输入电功
它驱动压缩机和风机。
- 搬走的室内热量
这是室内盘管产生的有效制冷效果。
- 室外排热
根据能量守恒，它等于室内热量加输入电功。
重新组装整个循环
每条换热路径都畅通，制冷循环才能正常工作
制冷循环依赖两条空气路径和一条制冷剂路径：室内空气必须顺利到达蒸发器，室外空气必须带走冷凝器的热量，制冷剂回路则要维持设计所需的高低压差。
控制系统会启停或调节压缩机与风机，以匹配负荷、保护设备并维持温湿度。可逆热泵在制热时会通过换向阀交换室内外盘管的角色。
日常使用清单
- 使用合理设定温度；把数字调到最低并不会让普通定频空调瞬间制冷更快。
- 定期清洁过滤网，让室内盘管获得足够风量。
- 不要堵住室外机的进风口和热风排出口。
- 制冷时尽量关闭门窗，避免热负荷不断补充。
- 出现结冰、制冷剂泄漏、电气故障或持续制冷能力下降时，请联系合格技术人员。
四个热力学站点
- 蒸发器室内热量从哪里进入循环？
低压制冷剂在室内沸腾并吸热。
- 压缩机怎样把热量排给更热的室外空气？
输入做功提高蒸气压力和温度。
- 冷凝器收集到的能量从哪里离开？
高压制冷剂在室外冷凝并放热。
- 膨胀装置怎样恢复低压侧？
节流装置计量流量，并为蒸发器制造低温混合物。
空调通过不断改变制冷剂压力，让热量能够在室内进入循环，并在室外离开循环。
技术说明：本文展示的是简化的制冷模式蒸气压缩循环。温度、压力、COP 和部件布局均为示意；真实系统会因制冷剂、设计、控制策略和运行工况而不同。