空調(diào)使炎熱的天氣變得可以忍受。 謝斯托克/蓋蒂圖片社

　　第一個現(xiàn)代空調(diào)系統(tǒng)是由一位名叫威利斯·哈維蘭·開利的年輕電氣工程師于 1902 年開發(fā)的。它旨在解決紐約布魯克林的薩克特-威廉平版印刷和出版公司的濕度問題，工廠的紙張有時會從溫暖的夏季空氣中吸收水分，因此難以應(yīng)用當(dāng)時的分層墨跡技術(shù)。開利通過吹過冷卻管道來處理建筑物內(nèi)的空氣?？諝庠谕ㄟ^冷管時冷卻，由于冷空氣不能像暖空氣那樣攜帶那么多的水分，因此該過程降低了植物中的濕度并穩(wěn)定了紙張的水分含量。降低濕度也有降低空氣溫度的附帶好處 - 一項新技術(shù)誕生了。

　　開利意識到他已經(jīng)開發(fā)出了具有深遠(yuǎn)潛力的東西，不久之后，空調(diào)系統(tǒng)開始出現(xiàn)。 劇院 和商店，使漫長而炎熱的夏季更加舒適[來源： 時間].

　　空調(diào)用于降低房間內(nèi)環(huán)境空氣溫度的實際過程是基于一個非常簡單的科學(xué)原理。其余的都是通過應(yīng)用一些巧妙的機(jī)械技術(shù)來實現(xiàn)的。實際上，空調(diào)與您家中的其他電器非常相似 - 冰箱.空調(diào)沒有冰箱所依賴的外部外殼來隔熱其冷藏箱。相反，您家中的墻壁將冷空氣擋在里面，熱空氣擋在外面。

　　讓我們轉(zhuǎn)到下一頁，我們將發(fā)現(xiàn)當(dāng)您使用空調(diào)時，所有熱空氣會發(fā)生什么。

　　空調(diào)基礎(chǔ)知識

　　空調(diào)利用制冷來冷卻室內(nèi)空氣，利用了一個非凡的物理定律：當(dāng)液體轉(zhuǎn)化為氣體時(在一個稱為 相位轉(zhuǎn)換)，它吸收熱量?？照{(diào)利用這種相轉(zhuǎn)換的特點，迫使特殊的化合物在封閉的線圈系統(tǒng)中一遍又一遍地蒸發(fā)和冷凝。

　　涉及的化合物是 制冷 劑 具有使它們能夠在相對較低的溫度下發(fā)生變化的特性?？照{(diào)還包含風(fēng)扇，可將溫暖的室內(nèi)空氣通過這些冷的、充滿制冷劑的盤管移動。事實上，中央空調(diào)有一個完整的管道系統(tǒng)，旨在將空氣輸送到這些蛇形的空氣冷卻盤管中。

　　當(dāng)熱空氣流過冷的低壓時 蒸發(fā)器盤管，內(nèi)部的制冷劑在從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時吸收熱量。為了保持高效冷卻，空調(diào)必須將制冷劑氣體再次轉(zhuǎn)化為液體。為此，壓縮機(jī)將氣體置于高壓下，這一過程會產(chǎn)生不必要的熱量。然后，在第二組線圈的幫助下，通過壓縮氣體產(chǎn)生的所有額外熱量被排空到室外，稱為 冷凝器盤管，以及第二個風(fēng)扇。當(dāng)氣體冷卻時，它會變回液體，然后該過程重新開始。把它想象成一個無休止的、優(yōu)雅的循環(huán)：液體制冷劑、相轉(zhuǎn)化為氣體/熱量吸收、壓縮和再次相變回液體。

　　很容易看出，空調(diào)中發(fā)生了兩件截然不同的事情。制冷劑正在冷卻室內(nèi)空氣，產(chǎn)生的氣體不斷被壓縮和冷卻，以便再次轉(zhuǎn)化為液體。在下一頁中，我們將看看空調(diào)的不同部分如何使這一切成為可能。

　　空調(diào)的零件

　　如何工作在解決構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)的獨特組件之前，讓我們先解決一些內(nèi)務(wù)管理主題?？照{(diào)要做的最大工作是冷卻室內(nèi)空氣。不過，這還不是它的全部?？照{(diào)通過 恒溫器.它們還有一個機(jī)載過濾器，可以從循環(huán)空氣中去除空氣中的顆粒物。空調(diào)的作用是 除濕 機(jī).由于溫度是相對濕度的關(guān)鍵組成部分，因此降低一定體積潮濕空氣的溫度會導(dǎo)致其釋放部分水分。這就是為什么在空調(diào)附近或連接到空調(diào)時有排水溝和集濕盤，以及為什么空調(diào)在潮濕的日子里運行時會放水。

　　盡管如此，空調(diào)的主要部件管理制冷劑并在兩個方向上移動空氣：室內(nèi)和室外：

　　蒸發(fā)器- 接收液體制冷劑

　　冷凝器- 促進(jìn)熱傳遞

　　膨脹閥 - 調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量

　　壓縮機(jī)- 對制冷劑加壓的泵

　　空調(diào)的冷側(cè)包含蒸發(fā)器和風(fēng)扇，風(fēng)扇將空氣吹過冷卻盤管并進(jìn)入房間。熱側(cè)包含壓縮機(jī)、冷凝器和另一個風(fēng)扇，用于將壓縮制冷劑排出的熱空氣排放到室外。在兩組線圈之間，有一個 膨脹閥.它調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的壓縮液體制冷劑的量。一旦進(jìn)入蒸發(fā)器，制冷劑就會經(jīng)歷壓降、膨脹并變回氣體。這 壓縮機(jī) 實際上是一個大型電動泵，它對制冷劑氣體加壓，作為將其變回液體的過程的一部分。還有一些額外的傳感器、計時器和閥門，但蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和膨脹閥是空調(diào)的主要部件。

　　雖然這是空調(diào)的傳統(tǒng)設(shè)置，但您應(yīng)該了解幾種變化。窗戶空調(diào)將所有這些組件安裝到一個相對較小的金屬盒中，該金屬盒安裝在窗戶開口中。熱空氣從設(shè)備背面排出，而冷凝器盤管和風(fēng)扇冷卻并再循環(huán)室內(nèi)空氣。較大的空調(diào)的工作方式略有不同：中央空調(diào)與家庭供暖系統(tǒng)共用一個控制恒溫器，而壓縮機(jī)和冷凝器，即設(shè)備的熱側(cè)，甚至不在房子里。它位于戶外一個單獨的全天候住房中。在非常大的建筑物中，如酒店和醫(yī)院，外部冷凝裝置通常安裝在屋頂?shù)哪硞€地方。

　　窗戶和分體式空調(diào)機(jī)組

　　如何工作窗式空調(diào)單元在狹小的空間內(nèi)實現(xiàn)完整的空調(diào)。這些裝置做得足夠小，可以放入標(biāo)準(zhǔn)窗框。您關(guān)閉設(shè)備上的窗戶，將其插入并打開以獲得冷空氣。如果您取下未插電的窗戶單元的蓋子，您會發(fā)現(xiàn)它包含：

　　一臺壓縮機(jī)

　　膨脹閥

　　熱線圈(在外面)

　　冷卻線圈(內(nèi)部)

　　兩個風(fēng)扇

　　一個控制單元

　　風(fēng)扇將空氣吹過盤管，以提高其散熱(向外部空氣)和冷(對正在冷卻的房間)的能力。

　　當(dāng)您進(jìn)入更大的空調(diào)應(yīng)用時，是時候開始研究分體式系統(tǒng)單元了。分體式空調(diào)將系統(tǒng)的熱側(cè)與冷側(cè)分開，如下圖所示。

　　冷側(cè)由膨脹閥和冷盤管組成，通常放置在 爐 或其他一些空氣處理器?？諝馓幚砥魍ㄟ^盤管吹氣，并使用一系列管道將空氣輸送到整個建筑物中。熱側(cè)，稱為冷凝裝置，位于建筑物外。

　　該裝置由一個形狀像圓柱體的長螺旋線圈組成。線圈內(nèi)部是一個風(fēng)扇，用于通過線圈吹空氣，以及 天氣-抗性壓縮機(jī)和一些控制邏輯。這種方法多年來一直在發(fā)展，因為它成本低，還因為它通常會導(dǎo)致房屋內(nèi)的噪音降低(以增加房屋外的噪音為代價)。除了熱側(cè)和冷側(cè)分開并且容量更高(使線圈和壓縮機(jī)更大)之外，分體式系統(tǒng)和窗式空調(diào)之間沒有區(qū)別。

　　在倉庫、大型商務(wù)辦公室、商場、大型百貨公司和其他大型建筑物中，冷凝機(jī)組通常位于屋頂上，并且可能非常龐大。或者，屋頂上可能有許多較小的單元，每個單元都連接到一個小型空氣處理器上，該空氣處理器冷卻建筑物中的特定區(qū)域。

　　在較大的建筑物中，特別是在多層建筑物中，拆分系統(tǒng)方法開始遇到問題。要么在冷凝器和空氣處理器之間運行管道超過距離限制(運行時間過長會導(dǎo)致壓縮機(jī)潤滑困難)，要么管道工作量和管道長度變得難以管理。在這一點上，是時候考慮冷凍水系統(tǒng)了。

　　冷凍水和冷卻塔空調(diào)機(jī)組

　　如何工作雖然標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)非常受歡迎，但它們會消耗大量能量并產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量。對于辦公樓等大型設(shè)施，空氣處理和空調(diào)的管理有時略有不同。

　　某些系統(tǒng)使用 水 作為冷卻過程的一部分。最著名的兩種是冷凍水系統(tǒng)和冷卻塔空調(diào)。

　　冷凍水系統(tǒng) - 在冷凍水系統(tǒng)中，整個空調(diào)安裝在屋頂或建筑物后面。它將水冷卻到40至45華氏度(4.4至7.2攝氏度)之間。然后，冷凍水通過管道輸送到整個建筑物中，并連接到空氣處理器。這可以是一個多功能系統(tǒng)，其中水管像標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)中的蒸發(fā)器盤管一樣工作。如果它絕緣良好，冷凍水管的長度沒有實際的距離限制。

　　冷卻塔技術(shù) - 在我們到目前為止描述的所有空調(diào)系統(tǒng)中，空氣都用于從壓縮機(jī)盤管散熱。在一些大型系統(tǒng)中，使用冷卻塔代替。塔產(chǎn)生一股冷水流，流經(jīng)熱交換器，冷卻熱冷凝器盤管。塔將空氣吹過水流，導(dǎo)致部分蒸發(fā)，蒸發(fā)冷卻水流。這種系統(tǒng)的缺點之一是必須定期加水以彌補蒸發(fā)損失的液體?？照{(diào)系統(tǒng)從冷卻塔獲得的實際冷卻量取決于空氣的相對濕度和氣壓。

　　因為上升 電氣 成本和環(huán)境問題，其他一些空氣冷卻方法也在探索中。一種是非高峰或冰冷技術(shù)。一 非高峰期 冷卻系統(tǒng)使用傍晚凍結(jié)的冰在一天中最熱的時候冷卻室內(nèi)空氣。盡管該系統(tǒng)確實使用能源，但最大的能源消耗是在社區(qū)電力需求最低的時候。非高峰時段的能源成本較低，高峰時段的能耗降低緩解了對電網(wǎng)的需求。

　　另一種選擇是地?zé)峁┡Ｋ鞑幌嗤?，但在地下約6英尺(1.8米)處，地球的溫度范圍為45至75華氏度(7.2至23.8攝氏度)。背后的基本思想 地?zé)崂鋮s 就是用這個恒溫作為熱源或冷源，而不是用電來生熱或冷。最常見的家庭地?zé)嵫b置類型是閉環(huán)系統(tǒng)。充滿液體混合物的聚乙烯管道埋在地下。在冬季，流體從地球收集熱量，并將其通過系統(tǒng)帶入建筑物。在夏季，該系統(tǒng)通過管道將熱量吸入地下來反轉(zhuǎn)以冷卻建筑物[來源： 地暖].

　　為了提高能源效率，太陽能空調(diào)也首次亮相?？赡苋匀挥幸恍﹩栴}需要解決，但美國消耗的所有電力中約有5%用于為一種或另一種類型的空調(diào)供電，因此節(jié)能空調(diào)選擇有很大的市場[來源： 王牌].

　　BTU 和 EER

　　大多數(shù)空調(diào)的容量以英國熱量單位(Btu)為單位。Btu 是將 1 磅(0.45 公斤)水的溫度提高一華氏度(0.56 攝氏度)所需的熱量。一個 Btu 等于 1，055 焦耳。在加熱和冷卻方面，一噸等于12，000 Btu。

　　典型的窗式空調(diào)的額定值可能為 10，000 Btu。相比之下，典型的 2，000 平方英尺(185.8 平方米)的房子可能有一個 5 噸(60，000 Btu)的空調(diào)系統(tǒng)，這意味著您可能需要每平方英尺 30 Btu。這些是粗略的估計。要根據(jù)您的特定應(yīng)用準(zhǔn)確確定空調(diào)的尺寸，您應(yīng)該聯(lián)系暖通空調(diào) 承包商.

　　空調(diào)的能效等級 (EER) 是其 Btu 等級相對于其瓦數(shù)。例如，如果一臺 10，000 Btu 的空調(diào)消耗 1，200 瓦，則其 EER 為 8.3(10，000 Btu/1，200 瓦)。顯然，您希望 EER 盡可能高，但通常更高的 EER 伴隨著更高的價格。

　　假設(shè)您可以在兩個 10，000-Btu 單位之間進(jìn)行選擇。一個 EER 為 8.3，消耗 1，200 瓦，另一個 EER 為 10，消耗 1，000 瓦。假設(shè)價格差異為100美元。要確定更昂貴設(shè)備的投資回收期，您需要知道您每年將運行空調(diào)大約多少小時以及您所在地區(qū)的千瓦時 (kWh) 成本。

　　假設(shè)您計劃在一年中的四個月中每天使用空調(diào)六小時，費用為 0.10 美元/千瓦時。兩個單元之間的能耗差異為 200 瓦。這意味著每五個小時，較便宜的裝置將比較昂貴的裝置多消耗一千瓦時(或 0.10 美元)。

　　讓我們算一算：一個月大約有 30 天，您正在操作空調(diào)：

　　4 個月 x 每月 30 天 x 每天 6 小時 = 720 小時

　　[(720 小時 x 200 瓦)/ (1000 瓦/千瓦)] x 0.10 美元/千瓦時 = 14.40 美元

　　更昂貴的空調(diào)機(jī)組的購買成本要高出100美元，但運營成本卻更少。在我們的示例中，價格較高的單位需要七年才能實現(xiàn)收支平衡。

　　濕度背后的熱量

　　人類使用汗水來保持涼爽，大約45%的相對濕度幾乎非常適合出汗。非常潮濕的條件非常不舒服，因為空氣被水分飽和，所有那些好的，涼爽的汗水都無法蒸發(fā)。它無處可去。只要把那閃亮的光芒想象成你身體的個人空調(diào)——當(dāng)它不太潮濕時[來源：HSW]。

　　節(jié)能冷卻系統(tǒng)

　　由于成本上升 電力 隨著“綠色環(huán)?！壁厔莸脑鲩L，越來越多的人轉(zhuǎn)向替代冷卻方法，以保護(hù)他們的錢包和環(huán)境。大企業(yè)甚至紛紛加入進(jìn)來，以改善其公眾形象并降低管理費用。

　　冰冷卻系統(tǒng)是企業(yè)在夏季應(yīng)對高電費的一種方式。冰冷卻就像聽起來一樣簡單。大水箱在夜間凍結(jié)成冰，此時能源需求較低。第二天，一個很像傳統(tǒng)空調(diào)的系統(tǒng)將冰中的冷空氣泵入建筑物。冰冷卻可以節(jié)省資金，減少污染，減輕電網(wǎng)壓力，并且可以與傳統(tǒng)系統(tǒng)一起使用。冰冷卻的缺點是系統(tǒng)安裝成本高且需要大量空間。即使啟動成本很高，全球仍有3，000多個系統(tǒng)在使用[來源： 美國有線電視新聞網(wǎng)].您可以在 中閱讀有關(guān)冰冷卻的更多信息 冰塊比空調(diào)好嗎?

　　冰冷卻系統(tǒng)是省錢和節(jié)約能源的好方法，但其價格標(biāo)簽和空間要求將其限制在大型建筑物中。房主節(jié)省能源成本的一種方法是安裝地?zé)峁┡椭评湎到y(tǒng)，也稱為地源熱泵 (GSHP)。環(huán)境保護(hù)局最近將地?zé)釞C(jī)組命名為“所有空間調(diào)節(jié)系統(tǒng)中最節(jié)能和環(huán)境敏感的裝置”

　　雖然它有所不同，但在地下六英尺處，地球的溫度在 45 到 75 華氏度之間。地?zé)崂鋮s背后的基本原理是利用這種恒溫作為熱源，而不是用電產(chǎn)生熱量。

　　最常見的家庭地?zé)嵫b置類型是閉環(huán)系統(tǒng)。聚乙烯管埋在地下，要么像井一樣垂直，要么水平埋在三到六英尺的溝渠中。它們也可以埋在池塘下。水或防凍液/水混合物通過管道泵送。在冬季，流體從地球收集熱量，并將其通過系統(tǒng)帶入建筑物。在夏季，系統(tǒng)會通過從建筑物中抽取熱量，將其通過系統(tǒng)攜帶并將其放置在地下來反轉(zhuǎn)以冷卻建筑物.

　　房主可以通過用地源熱泵替換傳統(tǒng)的HVAC系統(tǒng)來節(jié)省30%至50%的冷卻費用。初始成本可能高達(dá)30%，但這筆錢可以在三到五年內(nèi)收回，大多數(shù)州都提供財務(wù)購買激勵措施。另一個好處是該系統(tǒng)比傳統(tǒng)裝置使用壽命更長，因為它不受元素的影響并且不會被盜[來源： 地理交換].

　　被動冷卻

　　有些人走極端，完全擺脫他們的空調(diào)。被動冷卻是最環(huán)保的趨勢，也是省錢的好方法。被動冷卻圍繞著利用房屋與周圍環(huán)境之間的相互作用從家中去除暖空氣的概念。有幾種方法可以阻擋和消除熱量，包括通過景觀美化遮陽，使用深色外墻涂料，在屋頂椽子上安裝輻射屏障和良好的老式絕緣材料。另一種方法是通過熱虹吸，即通過受控氣流去除熱量的過程。打開房子微風(fēng)一側(cè)的下部窗戶和對面的上部窗戶會產(chǎn)生真空，吸出熱空氣。吊扇和屋頂通風(fēng)口是以低成本將熱量引出的其他方法[來源： 地球容易].