空调的发展现状及趋势分析

目录
摘要 (4)
1.空调的生产 (5)
2.空调的原理 (5)
2．1．空调的组要的四个组成部分 (6)
2.2．空调的主要工作过程 (6)
2.3.压缩机的发展和原理 (7)
2.4.电机 (12)
3．中央空调系统概述 (14)
4．家用小型中央空调系统型式 (14)
5.我国家用小型中央空调的发展趋势 (16)
6.结论 (18)
参考文献 (18)
致谢 (19)
空调的发展现状及趋势分析
摘要：近几年来随着空调业的发展，各层次普遍使用上了空调，本文主要论述空调的发展，生产，原理。

介绍了世界各国家庭小型中央空调发展现状及趋势分析，各国空调的使用情况，空调的质量和价格分析。

关键词：空调，发展，现状，趋势分析
1、空调的生产
（一）一台空调从材料开始到打包总共经过一百多道工序，材料的选择，这是很严格的, 如果某个供货商常出点小问题，不但赔偿损失，还要退出供货。

平时厂家包修内换下的配件，大部分都返还给供货商了，所以，配件质量关是很严的。

（二）组装,从第一个配件上流水线上，就开始给空调贴条形码(空调的身份证，一台机一个，不能重复)便于今后安装和维修使用,然后分段安装各部分配件，如底盘，压缩机，冷凝器，四通阀等，这是外机流水线，内机流水线操做一样，但无须加氟。

（三.）检漏，抽真空，己防止有漏点使制冷剂漏走，并且系统内不能有空气和水份，所以还要抽真空。

（四）定量加氟(内机无此工序)，这是空调工作必要的制冷剂(R22),跟据空调的大小，制冷剂加入量也不一样多。

（五）包装。

这些是在流水线上的,最后还有批量抽检试验,符合设计要求才准出厂。

2、空调的原理
空调是空气调节器的简称。

空调的主要内容是制冷，是人为制造凉爽。

就是用人工的方法来制造凉爽。

人们为了制冷，千方百计地寻找容易蒸发的物质。

现在用的空调采用的蒸发工作物质一般都是氟里昂(氟里昂是总称,分很多种)。

我们知道，在一般情况下，水要烧到100度才开，才沸腾，才大量蒸发。

而氟里昂在零下30度时就开了，就沸腾了，就大量蒸发了。

而且它的化学性质稳定，在一般情况下又无毒性，因此，它是一种比较理想的制冷物质。

现在让我们来做一个模拟试验。

假如我们把这个氟里昂，象水一们灌进水箱中，在常温下它就会大量蒸发，水箱外表面就会很冷。

这时我们用风扇吹水箱，出来的风一定很凉爽。

这也是一种人为制造凉爽的方法。

因此它也是一种空调（不过一般不实用）。

不过，灌进去的氟里昂蒸发了，跑掉了，再灌进去的氟里昂又蒸发了，又跑掉了，就算以400克的小瓶装氟里昂，每瓶最低价六元计算，那要用上一小时这样的空调，光买氟里昂就得花掉一万多元。

看来这种空调没有使用价值。

不过我们可以利用它来进一步理解空调的基本原
理。

常见空调的基本原理都是这样的。

现在的问题是费用太高。

如何解决呢？就是要重复利用氟里昂。

要重复利用氟里昂，首先要使变成气态的氟里昂还原为液态的氟里昂。

如何使气态氟里昂还原为液态氟里昂呢？只要注意一下我们周围两种极普通的情况，就能想出办法来。

将灌满液化气的钢瓶，稍微摇晃几下，就可体察到，里面大都是液体。

这就是液化气被压缩而成的液体。

从而为我们解决这个问题得到一个启发。

只要将气体加压，就可以把气体变成液体。

而且压力越高，越容易变成液体。

还有一种情况是，锅里烧水，锅盖上会有水珠。

大家知道，这是锅里的水蒸汽遇到较冷的锅盖凝结而成的。

这又为我们解决这个问题得到一个启发，只要将气体冷却，就能把气体变成液体。

而且温度越低，越容易变成液体。

要重复利用氟里昂，还要使氟里昂不要漏掉了，不要跑掉了。

这就要一个密闭的系统。

人们都叫它做空调系统。

2.1空调的主要四个组成部分：
压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器。

2.2空调的主要工作过程：(见附图)
1. 制冷原理图(反之制热)
２.工作原理图
首先，低压的气态氟里昂被吸入压缩机，被压缩成高温高压的气体氟里昂；而后，气态氟里昂流到室外的冷凝器，在向室外散热过程中，逐渐冷凝成高压液体氟里昂；接着，通过节流装置降压（同时也降温）又变成低温低压的气液氟里昂混合物。

此时，气液混合的氟里昂就可以发挥空调制冷的“威力”了：它进入室内的蒸发器，通过吸收室内空气中的热量而不断汽化，这样，房间的温度降低了，它也又变成了低压气体，重新进入了压缩机。

如此循环往复，空调就可以连续不断的运转工作了。

而室外机主要就是空调压缩机，所以室外温度会被高温高压的气体氟里昂升高。

最后讲一讲空调水又是怎么来的，平时你一定见过拿出冰箱的冷饮外表面立刻凝结很多露珠的现象，这是因为空气中含有很多的水蒸气，温度越高，可以包含的水蒸气就越多，温度越低，可以包含的水蒸气就越少（和水溶解盐的多少随温度改变原理有点相似是吧），而前面说的空调蒸发器是冷却周围空气的，温度就低，周围空气里的水蒸气就和凝结在蒸发器上了，和冷饮瓶外表面凝结很多露珠一样的道理。

但是这个水不能任其凝结，不然房间里就不断滴水了，所以需要用一个托盘收集起来排到室外，这就是空调水。

2.3压缩机的发展和原理
2.3.1.发展
现代的制冷技术，是18世纪后期发展起来的。

在此之前，人们很早已懂得冷的利用。

我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。

马可·波罗在他的著作《马可·波罗游记》中，对中国制冷和造冰窖的方法有详细的记述。

1755年爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。

他的学生布拉克从本质上解释了融化和气化现象，提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。

在普冷方面，1834年发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。

这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。

到1875年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸气压缩式制冷机开始占有统治地位。

在此期间，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。

1844年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。

威廉·西门斯在空气制冷机中引入了回热器，提高了制冷机的性能。

1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统，申请了原理专利。

1910年左右，马利斯·莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统。

到20世纪，制冷技术有了更大发展。

全封闭制冷压缩机的研制成功（美国通用电器公司）；米里杰发现氟里昂制冷剂并用于蒸气压缩式制冷循环以及混合制冷剂的应用；伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现，均推动了制冷技术的发展。

在低温方面，1877年卡里捷液化了氧气；1895年林德液化了空气，建立了空气分离设备；1898年杜瓦用液态空气预冷氢气，然后用绝热节流使氢气成为液体，温度降至20.4K；1908年卡末林·昂纳斯用液态空气和液态氢预冷氦气，再用绝热节流将氦液化，获得4.2K的低温。

杜瓦于1892年发明的杜瓦瓶，用于贮存低温液体，为低温领域的研究提供了重要条件。

1934年，卡皮查发明了先用膨胀机将氦气降温，再用绝热节流使其液化的氦液化器；1947年柯林斯采用双膨胀机于氦的预冷。

大部分的氦液化器现已采用膨胀机，在制冷技术的开发和实际使用中获得广泛的应用。

新的降低温度方法的发明，扩大了低温的范围，并进入了超低温领域。

德拜和焦克分别在1926年和1927年提出了用顺磁盐绝热退磁的方法获取低温，应用此方法获得的低温现已达到（1×10－3~5×10－3）K；由库提和西蒙等提出的核子绝热去磁的方法可将温度降至更低，库提用此法于1956年获得了20×10－3K。

1951年伦敦提出
并于1965年研制出的3He-4He混合液稀释制冷法，可达到4×10－3K；1950年泡墨朗切克提出的方法，利用压缩液态3He的绝热固化，达到1×10－3K。

更近期的制冷技术发展主要缘于世界范围内对食品、舒适和健康方面，以及在空间技术、国防建设和科学实验方面的需要，从而使这门技术在20世纪的后半期得到飞速发展。

受微电子、计算机、新型原材料和其它相关工业领域的技术进步的渗透和促进，制冷技术取得了一些突破性的进展，同时也面临一场新的挑战。

2.3.2.微电子和计算机技术的应用
“机电一体化”浪潮给制冷技术以巨大推动。

基础研究方面：计算机仿真制冷循环始于1960年。

如今，普冷和低温领域中的各种循环，如：焦－汤节流制冷循环（J －T循环）、斯特林制冷循环、维勒米尔循环（VM循环）、吉福特－麦克马洪循环（G －M循环）、索尔文循环（SV循环）、逆向布雷顿循环、脉管式循环、吸收式制冷循环、热电制冷循环；利用声制冷、光制冷、化学方法制冷的各种循环；以及各种新型的混合型循环，如：热声斯特林发动机驱动小型脉管制冷机的循环均广泛应用计算机仿真技术于循环研究。

研究制冷系统的热物理过程、系统及部件的稳态和瞬态特性以及单一工质和混合工质的性质等等，也离不开微电子和计算机技术的应用。

在制冷产品的设计制造上：计算机现已广泛用于产品的辅助设计和制造（CAD，CAM）。

例如：结构零件设计的有限元法和有限差分法以及用计算机控制精密机械加工。

计算机和微处理器对制冷技术的最大影响在于高级自动控制系统的开发。

这是一项综合技术，涉及到先进的控制方法、可靠的集成块芯片及专门的控制模块、精良的传感器。

当前制冷系统采用电脑控制已极为普遍，控制模式正在发生变化，由简单的机械式控制发展到综合控制，为提高产品性能作出贡献。

2.3.3.新材料在制冷产品上的应用
陶瓷及陶瓷复合物（如熔融石英、稳定氧化锆、硼化钛、氧化硅等）具有一系列优良性质：比钢轻、强度和韧性好、耐磨、导热系数小、表面光洁度高。

将陶瓷用烧结法渗入溶胶体制成零件或用作零件的表面涂釉，可改善零件的性能。

聚合材料（工程塑料、合成橡胶和复合材料）用于制冷产品中作为电绝缘材料、
减振件和软管材料；利用聚合材料的热塑性，以新工艺通过热定型的方法制造压缩机中的复杂零件（转子、阀片等）。

这些新材料的应用，带来产品性能、寿命的提高和成本的降低。

2.3.4.机器、设备的发展
为满足各种用冷的需要，新产品不断推出，商品化程度不断提高。

压缩机以高效、可靠、低振动、低噪声、结构简单、成本低为追求目标，由往复式向回转式发展。

如新型螺杆式压缩机、涡旋式压缩机、摆线式压缩机等，都具有优良特性和竞争力。

在压缩机的驱动装置上，将变频器用于空调、热泵及集中式制冷系统的变速驱动，带来了节能效果。

在低温机器和设备方面，前述各种低温循环虽早已提出，但近年来生产开发的产品在温度，制冷量、启动速度、可靠性、能耗、体积等方面均有长足的进步。

现在，氦液化器多数为膨胀型，中型的为双膨胀机组成的柯林斯机器，大型的采用透平膨胀机。

辐射制冷、固态制冷已经实际应用。

利用3He-4He混合稀释制冷原理的低温制冷机已经商品化，可作为磁制冷机的预冷设备。

各种气体分离设备，热交换器，低温恒温器也在高效、紧凑、可靠等方面取得很大的进展。

2.3.5. 工质
继氟里昂和共沸混合工质之后，由于1970年石油危机，节能意识提到重要地位，在开发新工质上引人注目地研究出一系列非共沸工质，收到了节能的效果和满足一些特定需要。

由于臭氧耗损和温室效应引起了严峻的环境保护问题，导致了80年代末开始全球禁止CFCs物质，进而波及到HCFC类物质，这既是一次历史性的冲击，同时又提供了新的发展机遇。

近年来在替代工质开发及其热物理性质研究方面取得的成就即是证明。

当工质处于很低温度时，其量子特性变得十分重要，必须考虑其量子效应，此时循环的性能系数和制冷量不同于经典表达式，而需要通过对量子热力循环的研究得出。

制冷和低温技术是充满勃勃生机的学科和工业领域。

巨大的市场增长潜力和新技
术的交叉渗透为它开辟了广阔的发展天地。

在二十世纪六,七十年代,美国地区发生罕见的干旱天气,为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题,美国率先研制出风冷式冷水机,用空气散热代替冷却塔,其英文名称是:Air cool Chiller,简称为Chiller!
在空调历史中，美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统，并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商的强力支持。

WRAC是最简单和最便宜的系统，能够很容易的在零售商店中购得，并在持续高温来的时候自己安装。

同时，无风管的SRAC和SPAC自70年代起在有别于美国市场的动力下在日本得到发展和改进。

之后，设备设计和制造技术在90年代被转让到中国，这是通过与当地公司(包括主要元件如压缩机、热交换器、电劝机、精细阀和电子控制器的本地制造商)组成的合资公司进行的。

在90年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。

现今，中国已是一个顶级国家，她的当地主要工厂和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满足增长的国内市场和出口需要。

日本过去几年在把SRAC和SPAC机组出口到中国、欧洲和中东以建立新的市场。

但是中国现今已是最大的空调出口国，在2001年出口的WRAC，SRAC和SPAC机组总数达500万台，2002年预计有750或800万台机组出口，而日本正在失去出口的地位。

2.3.6原理及种类
压缩机是制冷系统的心脏，它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝→膨胀→蒸发( 吸热) 的制冷循环。

压缩机一般由壳体、电动机、缸体、活塞、控制设备( 启动器和热保护器) 及冷却系统组成。

冷却方式有油冷和自然冷却两种。

一般家用冰箱和空调器的压缩机是以单相交流电作为电源，它们的结构原理基本相同。

两者使用的致冷剂有所不同。

目前家用冰箱和空调器压缩机都是容积式，其中又可分为往复式和旋转式。

往复式压缩机使用的是活塞、曲柄、连杆机构或活塞、曲柄、滑管机构，旋转式使用的是转轴曲轴机构。

按应用范围又可分为低背压式、中背压式、高背压式。

低背压式( 蒸发温度-35～-15 ℃) ，一般用于家用电冰箱、食品冷冻箱等。

中背压式( 蒸发温度-20 ～
0 ℃) ，一般用于冷饮柜、牛奶冷藏箱等。

高背压式( 蒸发温度-5 ～15 ℃) ，一般用于房间空气调节器、除湿机、热泵等。

2.3.7.规格、质量
压缩机的规格是按输入功率来划分的。

一般每种规格间相差50W 左右。

另外，也有按气缸容积划分的。

压缩机主要性能指标有：输入、输出功率，性能系数，制冷量，启动电流、运转电流、额定电压、频率，气缸容积，噪音等。

衡量一种压缩机的性能，主要从重量、效率和噪音三个方面的比较。

按照我国标准，其安全性能检验是依据GB4706.17-2004规定项目进行的。

其中主要项目是电气强度、泄漏电流、堵转，以及过载运行试验等。

对空调器压缩机的性能检验，依据GB5773－2004 中的规定进行。

另外，在产品定型及生产中发生可能影响产品性能的重大变化时，连续生产满一年或时隔一年以上再生产时，以及出厂检验结果与型式试验有较大差异时，均必须进行型式试验。

2.4.电机
电动机技术发展及现状电机是利用电磁感应原理工作的机械。

随着生产的发展而发展的，反过来，电机的发展又促进了社会生产力的不断提高。

从19世纪末期起，电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机，一个多世纪以来，虽然电机的基本结构变化不大，但是电机的类型增加了许多，在运行性能，经济指标等方面也都有了很大的改进和提高，而且随着自动控制系统和计算机技术的发展，在一般旋转电机的理论基础上又发展出许多种类的控制电机，控制电机具有高可靠性﹑好精确度﹑快速响应的特点，已成为电机学科的一个独立分支。

它应用广泛，种类繁多。

性能各异，分类方法也很多。

电机常用的分类方法主要有两种：一种是按功能用途分，可分为发电机﹑电动机，﹑压器和控制电机四大类。

电动机的功能是将电能转换成机械能，它可以作为拖动各种生产机械的动力，是国民经济各部门应用最多的动力机械，也是最主要的用电设备，各种电动机消耗的电能占
全国总发电量的60%~70%。

另一种分类方法是按照电机的结构或转速分类,可分为变压器和旋转电机.根据电源电流的不同旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类.交流电机又分为同步电机和异步电机.
在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要各种各样的生产机械。

拖动各种生产机械运转，可以采用气动，液压传动和电力拖动。

由于电力拖动具有控制简单﹑调节性能好﹑耗损小﹑经济，能实现远距离控制和自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械都采用电力拖动。

按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。

纵观电力拖动的发展过程，交，直流两种拖动方式并存于各个生产领域。

在交流电出现以前，直流电力拖动是唯一的一种电力拖动方式，19世纪末期，由于研制出了经济实用的交流电动机，致使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用，但随着生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在起动，制动，正反转以及调速精度与范围等静态特性和动态响应方面提出了新的，更高的要求。

由于交流电力拖动比直流电力拖动在技术上难以实现这些要求，所以20世纪以来，在可逆，可调速与高精度的拖动技术领域中，相当时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。

虽然直流电动机具有调速性能优异这一突出特点，但是由于它具有电刷与换向器(又称整流子)，使得他的故障率较高，电动机的使用环境也受到了限制(如不能在有易爆气体及尘埃多的场合使用)，其电压等级，额定转速，单机容量的发展也受到了限制。

所以，在20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，半导体交流技术的交流技术的交流调速系统得以实现。

尤其是70年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，为交流电力拖动的广泛应用创造了有利条件。

诸如交流电动机的串级调速，各种类型的变频调速，无换向器电动机调速等，使得交流电力拖动逐步具备了调速范围宽，稳态精度高，动态响应快以及在四象限做可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面完全可与直流电力拖动媲美。

除此之外，由于交流电力拖动具有调速性能优良，维修费用低等优点，因此它今后将广泛应用于各个工业电气自动化领域中，并逐步取代直流电力拖动而成为电力拖动的主流。

经历了100多年的技术发展，电动机自身的理论基本成熟。

随着电工技术的发展，对电能的转换、控制以及高效使用的要求越来越高。

电磁材料的性能不断提高，电工
电子技术的广泛应用，为电动机的发展注入了新的活力。

未来电动机将会沿着单位功率体积更小、机电能量转换效率更高、控制更灵活的方向继续发展。

一批"巨无霸"电机、一批"光怪陆离"电机将同时展现在世人眼前。

3.中央空调系统概述
中央空调系统是一种集中处理空调负荷的空调系统形式，它由集中的制冷机组产生冷/热量，并利用适当的介质把冷/热量输送到需要消除冷/热负荷的空间，从而实现空气调节的目的。

由于它采用的是集中处理空调负荷的形式，因此，相对于分散处理空调负荷的分散式空调系统而言，中央空调系统的能效比较高，从制冷循环的角度来看是一种节能运行的空调型式。

一般而言，中央空调是一种主要应用于大型楼宇的空调系统型式。

近年来，中央空调在住宅中的应用也日益广泛。

相对于传统的分散式家用空调型式而言，家用小型中央空调具有节能、舒适、容量调节方便、噪声低、振动小等突出的优点。

美国和日本在家用小型中央空调上的研究开展得较早，技术上也较成熟。

从二十世纪九十年代中后期开始，我国也开始了对家用小型中央空调的研究，在工程上也开始有应用的实例。

对于家用小型中央空调具体的系统型式，美国和日本的发展重点不尽相同。

本文在分析美、日家用小型中央空调系统特点的基础上，提出了我国发展家用小型中央空调的思路。

4.家用小型中央空调系统型式
中央空调是集中处理空调负荷的系统型式，其冷/热量是通过一定的介质输送到空调房间里去的。

按照家用小型中央空调的输送介质的不同，常见的家用小型中央空调可以分成以下三种主要形式。

1．风管式系统风管式系统以空气为输送介质，其原理与大型全空气中央空调系统的原理基本相同，是一个小型化的全空气中央空调系统。

它利用室外主机集中产生冷/热量，将从室内引回的回风进行冷却/加热处理后，再送入室内消除其空调冷/热负荷。

按照处理回风的介质的不同，风管式系统又可分为风管式单元空调系统和风管式空调箱系统；风管式单元空调系统是将空气直接与内部是制冷剂流动的直接蒸发式换。