空調(diào)制冷原理說明
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跟著阿寶混,避免挨一棍,跟著阿寶操,才能不挨刀。
在炎炎夏日,特別是類似寶哥這樣的微胖人士,簡直受不了,毫不夸張的說,半條老命都是空調(diào)給的,如果要評(píng)現(xiàn)代偉大電器發(fā)明,我會(huì)毫不猶豫的把票投給空調(diào),其他冰箱、電視都往后排隊(duì)。
有的寶子會(huì)問,寶哥難度你還懂空調(diào)?開什么玩笑,我們那個(gè)集團(tuán),什么電器都做,小到電風(fēng)扇,大到冰箱洗衣機(jī)空調(diào)電視,什么賺錢做什么,當(dāng)然夏天嘛,除了雪糕就是空調(diào)賺錢。
7月10日,世界氣象組織報(bào)告稱,全世界度過了有氣溫紀(jì)錄以來最熱的一周。
此前,美國國家海洋和大氣管理局發(fā)布了測量數(shù)據(jù),在短短4天內(nèi),全球平均氣溫已經(jīng)3次創(chuàng)下新高,分別為7月3日的17.01℃、7月4日的17.18℃和7月6日的17.23℃。今年6月8日,該機(jī)構(gòu)就宣布全球出現(xiàn)厄爾尼諾現(xiàn)象,并指出它“可能會(huì)在某些地區(qū)創(chuàng)造新的溫度紀(jì)錄”。
在我國,今年5月底以來共發(fā)生了4次區(qū)域性高溫過程,全國共有301個(gè)國家氣象站日最高氣溫達(dá)到極端事件標(biāo)準(zhǔn),其中,云南巧家(44.4℃)和元謀(43℃)、北京湯河口(41.8℃)、河北廊坊(41.6℃)等110個(gè)氣象站的日最高氣溫達(dá)到或突破了歷史極值。
中央氣象臺(tái)預(yù)計(jì),7月中旬,江南、華南等地多35℃以上高溫天氣,高溫日數(shù)一般有7~9天,其中,湖南、江西、浙江、福建等地的部分地區(qū)可達(dá)38~40℃。(圖/中國氣象局)
唯一能和氣溫相比的,大概就是火熱的空調(diào)市場了。
寶哥所在的城市是深圳,說溫度為烤箱確實(shí)有點(diǎn)過份,但是溫度高的像火爐這個(gè)一點(diǎn)不夸張。
1、首先說說人在夏天怎么感受到?jīng)隹臁?/strong>
這個(gè)簡單嘛,吃冰鎮(zhèn)西瓜,吃老冰棍,恒溫泳池一呆,空調(diào)房一待都是快速?zèng)隹斓姆椒?。?shí)在不行就是使用電風(fēng)扇或者蒲扇進(jìn)行扇風(fēng)散熱。
我們來看看古代皇帝怎么避暑的。
在古代,同樣也存在很熱的天氣,遭遇炎熱高溫,皇宮會(huì)想出各種辦法來降溫,其中,使用冰塊降溫是最為常見的方法。比如唐朝時(shí)期,長安城就有專門的匠人,為皇宮運(yùn)送冰塊,這些冰塊一般都是在冬天的時(shí)候開鑿出來,然后儲(chǔ)存在地下很深的地窖中,等到夏天來臨的時(shí)候,就會(huì)運(yùn)上來,供皇宮降溫使用!
這里我們進(jìn)行一下科普,學(xué)過初中物理的人都知道。
這個(gè)圖片有點(diǎn)弄不懂,我舉兩個(gè)例子就比較好懂了,比如你買了老冰棍是固體的吧,放在夏天的房間里面,要融化為液體的水,此時(shí)吸收了空氣中的熱量了吧,想想一下,如果整個(gè)房間都是大的冰塊,此時(shí)在熔化的時(shí)候,這個(gè)房間就會(huì)非常冷,因?yàn)槿刍M(jìn)行吸收熱量,此時(shí)房間里面的熱量都用于冰塊熔化,此時(shí)房間就能快速降溫。
古代皇帝就是這樣避暑的,采用冰塊降溫,就是利用固體變?yōu)橐后w,帶走空氣中的熱量,讓空間溫度下降。當(dāng)然在城市里面,會(huì)遇到拉閘限電的情況,公司的空調(diào)此時(shí)又是耗電大戶,此時(shí)很多公司就會(huì)買工業(yè)冰塊放在辦公室里面給寶子們降溫。
還有一種方法就是液體變?yōu)闅怏w也是帶走熱量,這個(gè)例子學(xué)過游泳的寶子就深有感觸。
游完泳從水中出來,人身上有水,水蒸發(fā)時(shí)從人體吸收熱量,所以人會(huì)感覺到冷.如果有風(fēng)過,加快了人皮膚表面空氣的流動(dòng)速度,從而加快了蒸發(fā),在相同時(shí)間里從人體吸收的熱量也增多,所以更冷。
所以為了防止感冒,游泳完上岸需要批一件浴巾呢,能夠防止液體變?yōu)闅怏w帶著身上熱量。
其實(shí)吹風(fēng)扇也是類似的原理,同時(shí)也有一些不同,有強(qiáng)迫對(duì)流的原理,同時(shí)你身上的汗液在風(fēng)扇的加持下,也會(huì)由液體變?yōu)闅怏w,讓體溫感覺涼快。
2、空調(diào)的原理就是利用液體變?yōu)闅怏w,會(huì)帶走熱量,讓整個(gè)空間涼快下來的原理。
上圖是一個(gè)基本的空調(diào)的架構(gòu),分為室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)。
室內(nèi)機(jī)吹出來的毫無疑問就是我們夏天保命的涼風(fēng),室外機(jī)呢,一般安裝的位置比較遠(yuǎn),主要是噪音也大,室外機(jī)的出風(fēng)口的位置是非常熱的熱風(fēng),有好幾次我在停車場停我的兩輪自行車,就停到這個(gè)室外機(jī)的對(duì)面,那個(gè)熱風(fēng)簡直把我烤化了。
2.1 首先我們想用冰塊從固體變?yōu)橐后w方式,這個(gè)是否可以行得通呢?
這個(gè)方式理論上可行,但是實(shí)施起來成本太貴,整個(gè)冰塊從固體變?yōu)橐后w的時(shí)候,管道中容易有水滲透出來,同時(shí)在由液體變?yōu)楣腆w的時(shí)候,整個(gè)耗電量太大,同時(shí)在管道里面的流通性非常受影響。
2.2 其次我們想到通過液體變?yōu)闅怏w方式,這條路是可行的。
這里的制冷劑就不能是普通的水,需要找到一種專門應(yīng)用于空調(diào)制冷額液體。也就是我們經(jīng)常要給空調(diào)增加的“雪種”。制冷劑是一大類物質(zhì),通常是一些沸點(diǎn)比較低,又很容易被壓縮的有機(jī)物。
汽化吸熱,液化放熱,把這兩個(gè)過程連接起來,讓制冷劑在溫度低的地方汽化,在溫度高的地方液化,就可以從低溫處吸熱,然后把熱量排放到高溫處了。 以前人們用氟利昂做制冷劑,后來發(fā)現(xiàn)氟利昂中的氯會(huì)破壞臭氧層,所以現(xiàn)在改用不含氯的烷,比如四氟乙烷等等。
制冷劑有3個(gè)很有用的特性:
1. 液態(tài)的制冷劑在低氣壓的條件下很容易汽化,同時(shí)吸收大量的熱。
2. 氣態(tài)的制冷劑在高氣壓的條件下,又很容易回到液態(tài),同時(shí)放出熱量。
3. 汽化和液化的過程中,溫度都不會(huì)改變。
常見的空調(diào)制冷循環(huán)如圖2所示。從左上角開始,這個(gè)循環(huán)可以分4步:
1. 制冷劑處在高溫高壓的“飽和液體”狀態(tài)(1),就好比高壓鍋里強(qiáng)行壓住沒有沸騰的熱水。
2. 從1到2:制冷劑流經(jīng)一個(gè)膨脹閥。 那里,外界壓力迅速下降。高溫高壓的液體按耐不住,開始膨脹。 有一小部分制冷劑汽化成了氣體,而剩下的則變成低溫低壓的液體(2)。
3. 從2到3:低溫低壓的制冷劑液體和氣體混合物流經(jīng)蒸發(fā)器,蒸發(fā)器和室內(nèi)的空氣相連。在蒸發(fā)器里,所有的制冷劑液體全部蒸發(fā),同時(shí)從室內(nèi)空氣中吸收熱量。但是蒸發(fā)的時(shí)候,氣體的溫度不會(huì)變,所以制冷劑全部變成了低溫低壓的氣體(3)。被吸走熱量的室內(nèi)空氣溫度降低,變成冷風(fēng),從空調(diào)出風(fēng)口里吹出來,讓我們感到?jīng)鏊?/p>
膨脹閥,會(huì)使空間增大,壓力減小,讓液態(tài)制冷劑的沸點(diǎn)降到室溫以下,這樣制冷劑液體在流入室內(nèi)后,就會(huì)因?yàn)槭覂?nèi)溫度超過了沸點(diǎn),自動(dòng)沸騰汽化,吸收室內(nèi)的熱量,所以室內(nèi)機(jī)都是冷風(fēng)。
4. 從3到4:低溫低壓的氣體制冷劑流經(jīng)空調(diào)壓縮機(jī)。這里,壓縮機(jī)強(qiáng)行壓縮這些氣體的體積。體積縮小,溫度和壓力都迅速上升,變成了高溫高壓的氣體(4)。
5. 從4到1:高溫高壓的氣體制冷劑流經(jīng)冷凝器,按耐不住要變回液體。氣體液化的時(shí)候,雖然溫度也不變,但也會(huì)釋放熱量。制冷劑又變回了高溫高壓的液體狀態(tài)(1)。液化釋放出來的熱量,被空調(diào)外機(jī)吹出室外。而高溫高壓的液體制冷劑(1)則準(zhǔn)備再次進(jìn)入膨脹閥,開始下一個(gè)制冷循環(huán)。
在這種制冷循環(huán)中,制冷劑的狀態(tài)不斷發(fā)生變化:從液體變成氣體,再回到液體;從高溫降到低溫,再回到高溫。
不斷將室內(nèi)的熱量搬運(yùn)到室外,這也是空調(diào)最主要的原理。
壓縮機(jī)將氣態(tài)的氟利昂壓縮為高溫高壓的氣態(tài)氟利昂,然后送到冷凝器(室外機(jī))散熱后成為常溫高壓的液態(tài)氟利昂,所以室外機(jī)吹出來的是熱風(fēng)。然后到毛細(xì)管,進(jìn)入蒸發(fā)器(室內(nèi)機(jī)),由于氟利昂從毛細(xì)管到達(dá)蒸發(fā)器后空間突然增大,壓力減小,液態(tài)的氟利昂就會(huì)汽化,變成氣態(tài)低溫的氟利昂,從而吸收大量的熱量,蒸發(fā)器就會(huì)變冷,室內(nèi)機(jī)的風(fēng)扇將室內(nèi)的空氣從蒸發(fā)器中吹過,所以室內(nèi)機(jī)吹出來的就是冷風(fēng)。
空氣中的水蒸汽遇到冷的蒸發(fā)器后就會(huì)凝結(jié)成水滴,順著水管流出去,這就是空調(diào)會(huì)出水的原因。然后氣態(tài)的氟利昂回到壓縮機(jī)繼續(xù)壓縮,繼續(xù)循環(huán)。制熱的時(shí)候有一個(gè)叫四通閥的部件,使氟利昂在冷凝器與蒸發(fā)器的流動(dòng)方向與制冷時(shí)相反,所以制熱的時(shí)候室外吹的是冷風(fēng),室內(nèi)機(jī)吹的是熱風(fēng)。