冰箱和空調(diào)的原理一模一樣

冰箱和空調(diào)在本質(zhì)上其實是同一種東西，看看它們“工作小組”的成員就知道——壓縮機、冷媒、蒸發(fā)器、冷凝器、一大堆管道。這個小組的工作任務(wù)，就是搬運熱量。

對于空調(diào)來說，它是把室內(nèi)的熱量搬運到室外（所以它有一個空調(diào)外機，要放在室外）。對于冰箱來說，則是把冰箱內(nèi)的熱量搬運到房間里。無論是使用空調(diào)還是冰箱，我們都習(xí)慣于把它們的工作狀態(tài)稱為“制冷”。但其實這么說是不準(zhǔn)確的，物理學(xué)中并沒有“冷”這個概念，只有“熱量”。所謂制冷的過程，不過就是把這里的熱搬到了哪里——冰箱和空調(diào)都沒有消滅熱量的能力，只能搬運。

冰箱無法給房間制冷，空調(diào)搬運熱量的起點是房間里，終點是房間外。所以開啟空調(diào)一段時間，我們感覺房間里涼快了，因為房間里的熱量少了。

簡單地從設(shè)備角度回答一下，默認(rèn)這里講的都是

家用常溫冰箱/分體式空調(diào)

。其他類型的冰箱/空調(diào)原理上一樣但是具體系統(tǒng)和設(shè)備上面會略有不同。

直觀地講，冰箱的功能是把冷藏/冷凍室里的熱量搬運到冰箱外面（冰箱后面的“網(wǎng)格”是用來散熱的），制冷空調(diào)的功能是把室內(nèi)的熱量搬運到房子外面（室外機吹的熱風(fēng)），二者的功能很類似。熱力學(xué)第二定律決定了熱量只會自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，因此冰箱和空調(diào)需要付出額外的代價（電能）將熱量從低溫搬運到高溫。因此

從熱力學(xué)原理角度講，冰箱和空調(diào)是一樣的，同屬于消耗功搬運熱量的反向卡諾循環(huán)

。

然而由于

工作溫度區(qū)間

和

搬運熱量的大小

不同，冰箱和空調(diào)系統(tǒng)在

壓縮機/制冷劑

，

膨脹機構(gòu)

，

換熱器設(shè)計

等方面還是有很大的不同。

壓縮機/制冷劑

：一般的家用冰箱需要能夠在室溫（25°C）下保持冷凍室-18°C的低溫；相比之下家用空調(diào)的運行溫度在室外40°C 和 室內(nèi)16°C 之間。由于冰箱的溫差（~45°C）大于空調(diào)（~25°C），因此冰箱一般會使用能提供

更高壓縮比和溫差的活塞式/壓縮機

，能源效率也比較低（COP~2，1千瓦時的電產(chǎn)生2千瓦時冷量）；相比之下目前家用空調(diào)中最常用的是

渦旋式壓縮機

，能源效率也比冰箱高（COP~3-4，1千瓦時電產(chǎn)生3-4千瓦時冷量）?？照{(diào)中常用的

R134a/R22/R410A制冷劑

在常溫下性能優(yōu)秀，但無法在冰箱所需要達(dá)到的低溫下有效的工作，因此冰箱中很多選用的是

低溫性能更好R290/R407C/R404A制冷劑

。

膨脹機構(gòu)

：在制冷循環(huán)中高溫高壓的制冷劑液體在冷凝結(jié)束后需要經(jīng)過膨脹機構(gòu)通過減壓降到很低的溫度來達(dá)到制冷的目標(biāo)。制冷系統(tǒng)的目標(biāo)制冷負(fù)荷特性會對膨脹機構(gòu)的選用產(chǎn)生很大影響。冰箱雖然制冷的溫度比空調(diào)要低，但是

制冷量往往遠(yuǎn)小于空調(diào)

，且

制冷的負(fù)荷比空調(diào)要穩(wěn)定

。因此冰箱往往采用更便宜的

毛細(xì)管

作為制冷劑高壓與低壓端之間的膨脹機構(gòu)，而空調(diào)的膨脹機構(gòu)則需要應(yīng)對不同的制冷負(fù)荷和大得多的制冷劑流量，因而常常使用專門的

熱力或電子膨脹閥

。

換熱器設(shè)計

：

（1）無論是冰箱還是空調(diào)，制冷系統(tǒng)都只能在一個小尺寸上面制造冷量，這些

冷量需要被流通到整個冷卻空間中

。冰箱的制冷量比較小，換熱器的尺寸一般也很小。冰箱的蒸發(fā)器一般在頂層的冷凍室內(nèi)，大一些的冰箱會在冷凍室里面配風(fēng)扇增強冷氣的對流，小一些的冰箱直接依靠冷氣密度較大會下沉的原理讓冷氣

自發(fā)

流遍冷凍室和下方的冷藏室（這也是大多數(shù)冷藏室在冷凍室下面的原因之一）。冰箱背后的“網(wǎng)格”其實是用來散熱的冷凝器，顯然絕大多數(shù)冰箱并沒有專門的風(fēng)扇來增強冷凝器的散熱。空調(diào)相對而言制冷量大很多，因而需要更有效地將冷量輸入室內(nèi)/熱量排出室外。空調(diào)的室內(nèi)室外機都是配有

足夠大的風(fēng)扇

來強化傳熱的。為了提升室內(nèi)冷卻的效果，分體式空調(diào)的室內(nèi)機往往裝在高處，吹出來的冷風(fēng)兼有風(fēng)速和下沉的效果。

（2）作為面對空氣的制冷系統(tǒng)，冰箱與空調(diào)在產(chǎn)生冷效應(yīng)的同時都無法避免的會受空氣中

水蒸氣的影響

，但由于二者冷卻溫度的不同，水蒸氣對二者的影響也有所差別。冰箱要達(dá)到冷凍的-18°C，蒸發(fā)器表面的溫度往往需要低到-20°C以下。在這個溫度下水蒸氣會

凝結(jié)成霜

附著在蒸發(fā)器表面，

影響換熱

。所以冰箱在一段時間后大都需要運行除霜，也就是反轉(zhuǎn)循環(huán)讓熱的制冷劑流到蒸發(fā)器里面，融化表面的冰和霜，然后再正常運行。相比之下，制冷空調(diào)的蒸發(fā)溫度一般在5°C以上，不存在結(jié)冰結(jié)霜的問題。但5°C一般也低于室內(nèi)空氣中水蒸氣的飽和溫度，所以水蒸氣會在蒸發(fā)器上結(jié)露，這些冷凝水會自己滴落，一般對蒸發(fā)器性能影響不大，同時空調(diào)室內(nèi)機會有一條專門的管線用來將蒸發(fā)器上的冷凝水導(dǎo)出室外。在更大規(guī)模的空調(diào)系統(tǒng)（比如中央空調(diào)）中，這種蒸發(fā)器冷凝空氣中水蒸氣的現(xiàn)象也被用來將室內(nèi)的濕氣搬運出室外，達(dá)到除濕的效果。

總之，冰箱和空調(diào)同為消耗功將熱量從低溫搬運到高溫的逆卡諾循環(huán)，遵從相同的熱力學(xué)原理。但同時由于制冷溫度和制冷量的明顯差異，冰箱往往制冷量較小能效比略低，需要低溫性能好設(shè)備和設(shè)計，而空調(diào)的目標(biāo)溫差較小而制冷量較大，其能效比一般也比較高。