公元前1000年左右,波斯人发明了一种古老的空气调节系统,利用装在屋顶的风杆,将室外的自然风穿过凉水并吹入室内,令室内的人感到凉快。
1902年7月17日,威利斯·哈维兰·开利博士为美国纽约布鲁克林的一家印刷厂设计了全球公认的第一套科学空调系统。空调行业将这视为空调业诞生的标志。
关于第一台空调的诞生还有一个故事:传说在1902年夏天,天气又湿又热,纸张变形、油墨不干、不稳定的温度和湿度导致印刷厂的印刷质量显著下降。降温不难,可该如何降低湿度呢?苦苦思索数日后,开利博士在等班车时受到车喷出的雾气遇冷凝结成水珠的启发,如果把空气温度降低到足够低,湿度饱和凝结出水再集中排出,那么空气的湿度就降低了。不久,一台由电力驱动的“空气处理仪”就发明成功了。
1911年,开利博士提出了“温湿度基本原理”,后来形成了“焓湿图”,成为目前空调和空气处理方案设计的计算依据。
1922年,开利博士研发出空调史上里程碑地位的产品——离心式空调机,因为其效率高,为大空间的空气调节打开了大门,人类才逐渐成为空调的服务对象。在此之前,空调一直用于为机器降温。
1928年,开利公司推出了第一代家用空调,售价1000美元。因其高昂的价格,空调前期都是为军方和政府服务,直到20世纪50年代,美国经济腾飞,家用空调才真正进入寻常百姓家。
1952年,开利公司研制出第一套用于家庭的中央空调系统。
1962年,麦克维尔公司首先研制出正压冷水机组,为美国环保局政策制定提供了基础。
1972年,日立公司生产出世界上首台双螺杆制冷压缩机,开始生产螺杆式冷冻机。
1975年,麦克维尔公司首先推出超过110冷吨的活塞式冷水机组。
1981年,特灵公司开发出新型的高效三级压缩冷水机。
1982年,开利公司推出第一台用于商业,采用太空金属钛(TITANIUM)传热管的离心式制冷机组,完全解决了管道遭受腐蚀的难题。
1985年,开利公司发明了一种电子膨胀阀,改善了冷水机组性能,调节精确,减少了不必要的过热度,提高部分负荷效率。
1994年,开利公司成为唯一在离心式制冷机组中应用膨胀透平技术代替常规节流的制造商,既消除节流损失,也回收机械功,大大降低了机组耗电量,此项发明取得专利,并获得当年美国能源部环保节能奖。
空调技术在美国起步以后,其他国家也开始研究空调技术,其中以日本最为突出。
20世纪60年代,日本发明了燃气空调。燃气空调是以燃气为能源的空调设备,与电力空调相比,具有功能全、设备利用率高、综合投资节省、环保节能等优势;制冷剂为溴化锂的水溶液,价格低廉且对环境无害。大量使用燃气空调有助于改善供电紧张状况;电力成本降低和稳定的供电能力均可带来显著的经济效益和社会效益。
20世纪60年代末,日本从政府到民间一致推动燃气空调的发展。大约用了10年时间,燃气空调占据了日本中央空调市场的85%左右。
20世纪80年代初,变频空调技术在日本开始运用。
1982年,日本生产了第一台交流变频空调。变频空调是在普通空调的基础上选用变频专用压缩机,增加了变频控制系统的空调。它可以根据房间情况自动调节所需的冷(热)量,当室内温度达到期望值后,空调主机则以能够准确维持这一温度的恒定速度运转,实现“不停机运转”,从而保证环境温度的稳定。
1982年,日本大金公司生产出世界上第一台多联机空调系统(简称VRV系统),开创了楼宇中央空调新时代。
1985年,日本大金公司研制出变频VRV系统,在全球掀起了变频浪潮。
1998年,变频空调技术取得了重大突破,日本研制出了直流变频技术。直流变频空调性能比交流变频空调更加优异,此后,直流变频空调迅速成为现代空调的主流。
1999年,开利公司与日本东芝公司建立全球策略联盟,发挥双方的技术优势,进行家用及商用空调产品的技术研究和新产品的开发。
1924年建成的坐落于上海延安西路164号的嘉道理大理石大厦(现中国福利会少年宫),使用了美国约克公司氨立式2缸和4缸活塞式冷水机组,成为我国第一个安装中央空调的商用建筑。
1936年,南京新都大剧院安装了美国约克公司的制冷机组,建成了我国影剧院中第一台采用氟利昂制冷剂的中央空调系统。
1937年,在上海外滩建成的中国银行大楼(17层钢框架结构)采用了美国开利公司提供的主机,空调制冷量为15 647kW。
1950年,我国暖通技术开始萌芽。中华人民共和国成立后,随着大规模经济建设的开始,暖通空调技术迅速发展。在第一个五年计划期间,苏联援建156项工程,也带来了苏联的采暖通风与空调技术和设备。
1954年,我国造出了第一台制冷机(溴化锂吸收式)。
1954年,哈尔滨空调器厂试制成功我国石油化工工业的第一台空气冷却器产品,填补了国内空白。
20世纪50年代,我国开始生产家用空调器,当时主要参考国外样品进行试制,60、70年代开始形成小批量生产能力。
1960年,组合式空调机组功能逐步完善。
1963年,我国开始研究蒸发冷却技术的应用。蒸发冷却技术是利用水蒸发效应来冷却空调用的空气,将蒸发冷却技术作为自然冷源替代人工冷源。1963年,徐邦裕教授在“国外空调制冷发展动态”论文中介绍了填料层蒸发冷却技术。
1965年,国内第一台热泵型窗式空调、第一台水源热泵空调机面世。相对全球热泵技术的发展,我国热泵的研究工作起步晚20~30年。
1965年,洁净空调起步。蚌埠净化设备厂与冶金部建筑科学研究院差不多在同一时期研制出了由超细玻璃纤维制成的高效空气过滤器(HEPA),几乎与日本同步研制成功。
20世纪70年代,风机盘管机组开始研制和生产。风机盘管机组是空气-水空调系统常用末端设备,宾馆客房均采用其供冷或供暖。1972年,由于北京饭店工程的需要,在借鉴国外产品性能的基础上,中国建筑科学研究院空气调节研究所和北京空调器厂共同研制开发了风机盘管机组,并在北京饭店客房使用,取得了较好的效果。
1971年,一汽集团生产的各种型号的红旗牌高级轿车全部安装了空调装置。
1974年,春兰集团研制出窗式空调器。
1980年,上海冷气机厂为上海工艺美术服务部设计了国内第一套空气-水热泵空调系统。
1985年,海尔集团生产出我国第一台分体式空调器,美的集团正式进入空调行业。
1987年,春兰集团研发出柜式空调。
1998年,海尔集团率先推出国内首台直流变频空调。
2000年左右,随着国家对能源可持续发展的重视以及变频技术的应用日益广泛,中国空调市场开始出现越来越多的变频空调。
2008年9月1日,国内变频空调能效标准正式实施。同一天美的电器推出5大系列10多款180度正弦波直流变频空调,将直流变频技术确立为变频空调的基础配置。至此,家用空调产业正式进入全民变频时代。
空调,又叫空气调节器(air conditioning),是对室内空气的温度、湿度、流动速度及清洁度进行人工调节的系统,从而让人们能够在适宜的温度、湿度空间内进行生产、生活。
那么空调采用了什么原理进行温度和湿度的调节呢?
空调分为单冷空调和冷暖两用空调,工作原理是一样的,以前的空调大多使用的制冷剂是氟利昂。氟利昂的特性是由气态变为液态时,释放大量的热量;而由液态转变为气态时,会吸收大量的热量,即先汽化吸热再液化放热,空调就是据此原理而设计的。
压缩机将气态的制冷剂压缩为高温高压的气态制冷剂,然后送到冷凝器(室外机)散热后成为常温高压的液态制冷剂,所以室外机吹出来的是热风。液态制冷剂由毛细管进入蒸发器(室内机),由于制冷剂从毛细管到达蒸发器后空间突然增大,压力减小,液态的制冷剂就会汽化,变成气态低温的制冷剂,从而吸收大量的热量,蒸发器就会变冷,室内机的风扇将室内的空气从蒸发器中吹过,所以室内机吹出来的就是冷风;空气中的水蒸气遇到冷的蒸发器后就会凝结成水滴,顺着水管流出去,这就是空调会出水的原因。
制热的时候有一个叫四通阀的部件,使制冷剂在冷凝器和蒸发器的流动方向与制冷时相反,所以制热的时候室外机吹的是冷风,室内机吹的是热风。
环保型空调的工作原理是用循环水泵不间断地把水箱内的水抽出,并通过布水系统均匀地喷淋在蒸发过滤层上,室外热空气进入蒸发降温介质,在蒸发降温介质内与水充分进行热量交换,因水蒸发吸热而降温的清凉、洁净的空气由低噪声风机加压送入室内,使室内的热空气排到室外,从而达到室内降温目的。
空调系统一般可按照设备设置情况、室内负荷介质、空气处理方式、服务对象、风量调节方式、风道风速、风道设置等进行分类,具体如图1所示。
图1 空调系统分类
下面具体介绍日常生活中常见的典型空调系统及其适用范围。
空调一般可分为分体式空调和中央空调,常见的还有车载空调。中央空调系统,指所有空气处理设备集中在空调机房内,将空气集中处理后送至使用场所的空调系统,适用于大面积、大空间的场所,如体育馆、影剧院、会展中心、机场、候车厅、地铁站厅、大型厂房、洁净室、大型超市、商场、KTV、高档写字楼等。分体式空调系统,将空调设备直接或就近安装在房间内或邻近区域。一般为制冷剂式空调系统,空气处理方式多为封闭式,包括窗式、壁挂式和柜式空调等,适用于家庭、机房、小型办公室等。
由于经济发展水平、气候等因素不同,人们对空调调节能力的需求各不相同,因此市面上也有单冷空调(仅具备制冷功能)和冷暖空调(可以制冷也可以制暖)等不同类型的空调。
由于人们对健康、舒适度的要求越来越高,空调不再局限于降温,越来越多的空调厂家研发了新型的技术以满足人们的需求,如今市场上常见的新型空调包括静音空调、智能空调、带自动清洁功能的空调、可独立除湿的空调、圆柱式空调、全直流变频空调等。
那么,在选购空调时,除了外观以及功能,人们比较关注的还有哪些方面呢?
首先是制冷/暖效果。简单来说,制冷/暖效果可以从空调的匹数来区分,1匹、大1匹、1.5匹、大1.5匹、2匹等空调所能制冷/暖的房屋面积是不同的,人们可以根据不同的居室面积选择相应匹数的空调。
其次是耗电量,也就是空调上标注的能耗等级。空调能效的损耗根据不同的空调能耗等级而不同,一般的空调能耗等级分为一级能效、二级能效、三级能效等,数字越小,能耗越少。