空調使炎熱的天氣變得可以忍受。 謝斯托克/蓋蒂圖片社

　　第一個現代空調系統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，因此難以應用當時的分層墨跡技術。開利通過吹過冷卻管道來處理建筑物內的空氣。空氣在通過冷管時冷卻，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 - 一項新技術誕生了。

　　開利意識到他已經開發出了具有深遠潛力的東西，不久之后，空調系統開始出現。 劇院 和商店，使漫長而炎熱的夏季更加舒適[來源： 時間].

　　空調用于降低房間內環境空氣溫度的實際過程是基于一個非常簡單的科學原理。其余的都是通過應用一些巧妙的機械技術來實現的。實際上，空調與您家中的其他電器非常相似 - 冰箱.空調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。

　　讓我們轉到下一頁，我們將發現當您使用空調時，所有熱空氣會發生什么。

　　空調基礎知識

　　空調利用制冷來冷卻室內空氣，利用了一個非凡的物理定律：當液體轉化為氣體時(在一個稱為 相位轉換)，它吸收熱量。空調利用這種相轉換的特點，迫使特殊的化合物在封閉的線圈系統中一遍又一遍地蒸發和冷凝。

　　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生變化的特性。空調還包含風扇，可將溫暖的室內空氣通過這些冷的、充滿制冷劑的盤管移動。事實上，中央空調有一個完整的管道系統，旨在將空氣輸送到這些蛇形的空氣冷卻盤管中。

　　當熱空氣流過冷的低壓時 蒸發器盤管，內部的制冷劑在從液態變為氣態時吸收熱量。為了保持高效冷卻，空調必須將制冷劑氣體再次轉化為液體。為此，壓縮機將氣體置于高壓下，這一過程會產生不必要的熱量。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，以及第二個風扇。當氣體冷卻時，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、優雅的循環：液體制冷劑、相轉化為氣體/熱量吸收、壓縮和再次相變回液體。

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

　　空調的零件

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

　　盡管如此，空調的主要部件管理制冷劑并在兩個方向上移動空氣：室內和室外：

　　蒸發器- 接收液體制冷劑

　　冷凝器- 促進熱傳遞

　　膨脹閥 - 調節進入蒸發器的制冷劑流量

　　壓縮機- 對制冷劑加壓的泵

　　空調的冷側包含蒸發器和風扇，風扇將空氣吹過冷卻盤管并進入房間。熱側包含壓縮機、冷凝器和另一個風扇，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.它調節進入蒸發器的壓縮液體制冷劑的量。一旦進入蒸發器，制冷劑就會經歷壓降、膨脹并變回氣體。這 壓縮機 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，但蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥是空調的主要部件。

　　雖然這是空調的傳統設置，但您應該了解幾種變化。窗戶空調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。熱空氣從設備背面排出，而冷凝器盤管和風扇冷卻并再循環室內空氣。較大的空調的工作方式略有不同：中央空調與家庭供暖系統共用一個控制恒溫器，而壓縮機和冷凝器，即設備的熱側，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，如酒店和醫院，外部冷凝裝置通常安裝在屋頂的某個地方。

　　窗戶和分體式空調機組

　　如何工作窗式空調單元在狹小的空間內實現完整的空調。這些裝置做得足夠小，可以放入標準窗框。您關閉設備上的窗戶，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，您會發現它包含：

　　一臺壓縮機

　　膨脹閥

　　熱線圈(在外面)

　　冷卻線圈(內部)

　　兩個風扇

　　一個控制單元

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

　　當您進入更大的空調應用時，是時候開始研究分體式系統單元了。分體式空調將系統的熱側與冷側分開，如下圖所示。

　　冷側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。空氣處理器通過盤管吹氣，并使用一系列管道將空氣輸送到整個建筑物中。熱側，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。線圈內部是一個風扇，用于通過線圈吹空氣，以及 天氣-抗性壓縮機和一些控制邏輯。這種方法多年來一直在發展，因為它成本低，還因為它通常會導致房屋內的噪音降低(以增加房屋外的噪音為代價)。除了熱側和冷側分開并且容量更高(使線圈和壓縮機更大)之外，分體式系統和窗式空調之間沒有區別。

　　在倉庫、大型商務辦公室、商場、大型百貨公司和其他大型建筑物中，冷凝機組通常位于屋頂上，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域。

　　在較大的建筑物中，特別是在多層建筑物中，拆分系統方法開始遇到問題。要么在冷凝器和空氣處理器之間運行管道超過距離限制(運行時間過長會導致壓縮機潤滑困難)，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了。

　　冷凍水和冷卻塔空調機組

　　如何工作雖然標準空調非常受歡迎，但它們會消耗大量能量并產生相當多的熱量。對于辦公樓等大型設施，空氣處理和空調的管理有時略有不同。

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

　　冷凍水系統 - 在冷凍水系統中，整個空調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，其中水管像標準空調中的蒸發器盤管一樣工作。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 - 在我們到目前為止描述的所有空調系統中，空氣都用于從壓縮機盤管散熱。在一些大型系統中，使用冷卻塔代替。塔產生一股冷水流，流經熱交換器，冷卻熱冷凝器盤管。塔將空氣吹過水流，導致部分蒸發，蒸發冷卻水流。這種系統的缺點之一是必須定期加水以彌補蒸發損失的液體。空調系統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。一 非高峰期 冷卻系統使用傍晚凍結的冰在一天中最熱的時候冷卻室內空氣。盡管該系統確實使用能源，但最大的能源消耗是在社區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的需求。

　　另一種選擇是地熱供暖。它各不相同，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 地熱冷卻 就是用這個恒溫作為熱源或冷源，而不是用電來生熱或冷。最常見的家庭地熱裝置類型是閉環系統。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，并將其通過系統帶入建筑物。在夏季，該系統通過管道將熱量吸入地下來反轉以冷卻建筑物[來源： 地暖].

　　為了提高能源效率，太陽能空調也首次亮相。可能仍然有一些問題需要解決，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供電，因此節能空調選擇有很大的市場[來源： 王牌].

　　BTU 和 EER

　　大多數空調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)的空調系統，這意味著您可能需要每平方英尺 30 Btu。這些是粗略的估計。要根據您的特定應用準確確定空調的尺寸，您應該聯系暖通空調 承包商.

　　空調的能效等級 (EER) 是其 Btu 等級相對于其瓦數。例如，如果一臺 10，000 Btu 的空調消耗 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。

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

　　假設您計劃在一年中的四個月中每天使用空調六小時，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：

　　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

　　更昂貴的空調機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。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——當它不太潮濕時[來源：HSW]。

　　節能冷卻系統

　　由于成本上升 電力 隨著“綠色環保”趨勢的增長，越來越多的人轉向替代冷卻方法，以保護他們的錢包和環境。大企業甚至紛紛加入進來，以改善其公眾形象并降低管理費用。

　　冰冷卻系統是企業在夏季應對高電費的一種方式。冰冷卻就像聽起來一樣簡單。大水箱在夜間凍結成冰，此時能源需求較低。第二天，一個很像傳統空調的系統將冰中的冷空氣泵入建筑物。冰冷卻可以節省資金，減少污染，減輕電網壓力，并且可以與傳統系統一起使用。冰冷卻的缺點是系統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多個系統在使用[來源： 美國有線電視新聞網].您可以在 中閱讀有關冰冷卻的更多信息 冰塊比空調好嗎?

　　冰冷卻系統是省錢和節約能源的好方法，但其價格標簽和空間要求將其限制在大型建筑物中。房主節省能源成本的一種方法是安裝地熱供暖和制冷系統，也稱為地源熱泵 (GSHP)。環境保護局最近將地熱機組命名為“所有空間調節系統中最節能和環境敏感的裝置”

　　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。地熱冷卻背后的基本原理是利用這種恒溫作為熱源，而不是用電產生熱量。

　　最常見的家庭地熱裝置類型是閉環系統。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，并將其通過系統帶入建筑物。在夏季，系統會通過從建筑物中抽取熱量，將其通過系統攜帶并將其放置在地下來反轉以冷卻建筑物.

　　房主可以通過用地源熱泵替換傳統的HVAC系統來節省30%至50%的冷卻費用。初始成本可能高達30%，但這筆錢可以在三到五年內收回，大多數州都提供財務購買激勵措施。另一個好處是該系統比傳統裝置使用壽命更長，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。被動冷卻是最環保的趨勢，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。打開房子微風一側的下部窗戶和對面的上部窗戶會產生真空，吸出熱空氣。吊扇和屋頂通風口是以低成本將熱量引出的其他方法[來源： 地球容易].