一、空调基础知识 1. 介绍 加热器、通风和空调子系统 一个加热器、通风和空气调节(HCAV)系统可划以下三个子系统(见图1-1)：  致冷  冷却  空气分布 致冷子系统把致冷剂输送到整个HVAV系统里。它由致冷剂管路、压力控制装置和热传递部件组成。冷却子系统用于冷却进入冷凝器的热致冷剂。冷却子系统通过冷凝器将冷气送入发动机舱。空气分布子系统通过通风系统输导空气。 图1-1, HVAC子系统 致冷系统 常用的致冷系统有四种型式。系统通过压缩机控制的第一个字母和以下控制装置加以区别：  循环式离合器节流管(CCOT)  可变排量节流管(VDOT)  循环式离合器恒温膨胀阀(CCTXV)  可变排量恒温膨胀阀(VDTXV) 致冷系统使用两种致冷剂其中的一种：  R-12  R-134a 致冷系统的作用是把车厢里的空气热传递到致冷剂里。然后致冷剂被冷却并在系统里循环。所有致冷系统都有一些部件共同完成这项任务。蒸发器把进入车厢里的热传递给致冷剂。贮液-干燥器和收集-干燥器储藏致冷剂并除去所有水分。压缩机用来压缩汽化的致冷剂。冷凝器把致冷剂的热传递给经过它的空气。节流管(OT)或恒温膨胀阀(TXV)控制致冷剂的流动并把致冷系统高压端和低压端分开。 图1-2, 致冷系统部件 冷却系统 HVAC系统的冷却子系统引导空气通过冷凝器的散热片。流过冷凝器的空气使热量从热致冷剂传递到冷空气里，冷却系统由以下部件组成(见图1-3)。  进气口  冷凝器  散热器  风扇(多台)  密封圈和防护罩 图1-3, 冷却系统部件 空气分布系统 HVAC系统的空气分布子系统引导改善后的空气通过出气口。空气分布系统由以下部件组成(见图1-4)：  鼓风机  蒸发器  加热器  空气节门/阀门  通风口  控制系统 鼓风机产生的气流全部流过通风口。气流由多种节门/阀门控制。空气节门/阀门的操作由三种方法实现：机械方法，真空方法和电子方法，在空气分布系统内还可以混合使用三种方法。鼓风机风速和空气节门/阀门的控制结合起来，给出气口提供适宜的空气温度。 图1-4, 空气分布系统部件 2．制冷原理 介绍 汽车空调A/C系统是根据物理学，化学和电子学的定律设计的。若能基本熟悉这些定律 - 同时了解A/C部件和它们的操作 - 就具备了进行快速，准确地进行A/C系统诊断所必需的技能。物理学是物质和能量的科学。简单的说，它可使我们知道世界上的事物是如何相互作用的。汽车致冷系统应用了几个物理学定律：  热效应  液体和气体的特性  致冷剂效应(R-12和R-134a)  热和压力对液体和气体的作用 图2-1, 汽车空调系统的原理 空气的调节和舒适感 A/C系统的唯一目的是使用户感觉舒适。A/C系统通过冷却车厢内的温度和去除潮气(湿度)，灰尘和花粉颗粒使乘客感觉舒适。 通过去除潮气和降低湿度，A/C系统能在较高的温度环境里使用户感到舒适。实验室的实验表明：在26℃(79°F)、湿度为30%的环境里和在22℃(22°F)、湿度为90%的环境里人们感觉一样冷。原因是人们通过表皮水分的蒸发降低自身的体温。 相对湿度怎样迅速产生蒸发：  相对湿度高=蒸发速率低。  相对湿度低=蒸发速率高。 当A/C系统去除了空气中的潮气，车厢里的相对湿度降低了。相对湿度的降低，使乘客皮肤的水分蒸发，从而提高了A/C系统的效率。 图2-2, A/C系统的作用 热与温度 A/C系统是为了除去进入车厢空气的热而工作。它的结果是降低了温度。温度和热是不能混淆的两个概念。 热是物体的能量。热可被英国热量单位(BTUS)计量。一个BTU是在海平面将一磅水提高一度华氏温度所需的热量。热不同于温度。图2-3中咖啡杯和咖啡壶的温度相同，但它的热量不同。 温度是热的密度等级。 温度能被摄氏温度(C)和华氏温度(F)计量。热物体有高密度的热，冷物体有低密度的热。冷物体有热但是更低密度的热。图2-4中，虽然烧烤盘里有更高密度的热，但冷水池中有比热烧烤盘中更大的热量。 图2-3, 温度与能量 图2-4, 热与温度 热传递 热传递定律说明：  热总是由高温区流向低温区。 像水往低处流一样，热总是向温度刻度下方流动(见2-5)。因此，手握一杯冰水时，热从温暖的手流凉杯里。 热传递定律还说明：  温差越大，热流动越快。  两端温度相等以前，热不会停止流动(热传递试图使密度均匀)。 图2-5, 热传递使温度均匀 汽车发动机冷却系统是不同类型热传递的典型例子：传导，对流和辐射。热传递发生在整个系统上(见图2-6)。 在发动机汽缸内部，燃料产生了巨大的热量。然而，由于发动机冷却液保持汽缸壁比燃料温度冷，热就从燃烧的气体流向较冷的缸体内壁。然后热传到缸体外壁和液体冷却剂里。缸体外壁比冷却液热，所以热流向较低温的冷却液里。这种型式的热流动称为“传导”- 通过物体的热流动。 水泵把处于热饱和的冷却液从缸体壁循环到散热器。这种利用液体流动途径，从一处移到另一处的热传递称为“对流”。 传导同样在散热器中产生，热能量移到更冷的散热器表面。当空气流过散热器中部，热辐射到冷空气中。 设计冷却系统时要利用热传递定律，以防止发动机过热。每次热流动都证明：热总是由高温区流向低温区。 在原理上，空调系统和发动机冷却系统工作性质相同。发动机冷却系统通过冷却液降低发动机的热，而A/C系统通过致冷剂降低车厢的热，两者都向外排放自身积累的热。 图2-6, 发动机冷却系统里的热传导 物质的形态 因为A/C致冷系统和发动机冷却系统使用不同的热传导介质，两系统之间有一些重要的不同点。 发动机冷却液是乙二醇基液体。理论上，传递热时它保持液体状态。另一方面致冷剂每次蒸发和冷凝，都吸收和传导热量。结果它从液体变成蒸汽，当流过A/C系统时它又变回液体(见图2-7)。 物理学阐明，当物体分子结构重新排列时，形态会发生变化。三种物理形态：固体，液体和气体，它可任意在两者之间进行转变(见图2-8)。例如冰块是固体，把它放到热筛子上，随着冰溶化成液体，其形态也发生了改变。当水蒸发成蒸汽时，会发生另一种形态的转变。 图2-8, 物质形态的改变 潜热和液体的蒸发 另一个物理学定律是热蒸发定律。它说明：  从液体变成蒸汽需要一定量的热。 把一克液体变成蒸汽所需要的热量叫做液体的蒸发热。蒸发热又叫做潜热。潜热与液体改变形态时热的吸收有关。之所以叫做潜热，是因为虽然形态改变时吸收了大量的热，但液体和蒸汽的温度相同(见图2-9)。 当水吸收了足够的热量沸腾时，变为蒸汽。水在100℃(212°F)变为蒸汽，温度不变。在一般环境里，给水更多的热不能增加水温。沸水在标准大气压(1014KPa/14.7psi)不能加热到高于100℃(212°F)。任何多于沸水所需要的热只能使沸水在更短的时间产生更大量的蒸汽。 图2-9, 蒸发热 蒸汽变成液体叫做“冷凝”。在浴室淋浴时可在镜子上看到一个普通的冷凝例子。蒸汽接触到冷的镜子，水份从蒸汽里冷凝出来聚集在镜子上，并滴到地上形成液体。 蒸汽冷凝时释放了它的潜热(见图2-10)。冷凝的潜热是蒸汽变成液体时释放热量。 图2-10, 蒸发和冷凝 压力与温度的关系 物理学包括叙述压力与液体沸点关系的定理：  如果作用在液体上的压力增高，液体的沸点也增高(见图2-11)。  作用在液体上的压力降低，其沸点也降低。 因此，真空里的水在很低的温度下沸腾，而在压力增高的发动机冷却系统里，水在大大高于100℃(212°F)的温度下沸腾。 图2-11, 压力对沸点的作用 发动机冷却系统很容易证明压力对水沸点的作用。冷却系统中的水温升高时，密封的系统里产生压力。压力使水沸点大大地高于100℃(212°F)。只要系统保持密封和压力不变，水就能加热到高于其通常的沸点温度而不沸腾(见图2-12，示图A)。 然而，如果散热器的箱盖打开，冷却系统内的压力释放了，这意味着此时作用在水上的压力是周围空气的压力。压力一旦释放，在压力作用下加热到高于100℃(212°F)的水就会沸腾(见图2-12，示图B)。 这个例子很有用，压力对所有液体的作用方式与对水的一样。 图2 -12, 在密封和敞开系统中的沸点 压力对气体和蒸汽的作用 压力对气体和蒸汽也有影响。压缩气体或蒸汽会增高其温度，这是因为相同量的热被集中在更小的区域(见图2-13)。因此，气体和蒸汽可以增高温度而不用添加额外的热能。这就是A/C压缩机内所发生的事情。 压缩机利用压力聚集蒸汽热。当蒸汽接触到冷的表面就产生了热传递。从热的、高压蒸汽传递出热使蒸汽冷凝成液体。当它改变形态时，液体压力的降低引起了沸腾和吸收热。 图2-13, 挤压热提高了温度 A/C系统温度和压力的关系 A/C系统的压力提高了致冷剂的沸点。因此，设计汽车A/C系统时，要求压力保持致冷的沸点恰好是吸收车厢内热量的温度，汽车A/C系统要在此压力下运行。 确定的温度与压力关系存在于液体致冷剂和它们的蒸汽之间。在一个密闭的空间里，温度总是随着压力增高而提高 - 虽然没有压缩机参与。 每次温度升高，R-12或R134a贮罐里就有相应的压力。图2-14表示了温度与压力的关系。压力既可用正的计量压力(高于大气压，单位为kPa[psi])，也可用负的计量压力(低于大气压，接近真空)。 可以很容易地证明温度与压力的关系。将压力仪表插入R-12贮罐里，21℃(70°F)仪表显示的压力大约是484kPa(70psi)。在38℃(100°F)仪表显示的压力大约是808kPa(117psi)。 R-134a和R-12的压力特性不同。R-134a的沸点在海平面是-27℃(-16°F)或比R-12高3℃，R-12的沸点是-30℃(-22°F)。这样就改变了温度与压力的关系曲线。因为压力的不同，R-134a系统的仪表刻度与旧式R-12系统稍有不同。 如果致冷系统或贮液罐内的致冷剂不纯，其温度与压力的关系不能与图2-14内的数据表对比。