汽车空调的基础知识

第二部分:汽车空调的基础知识2.1汽车空调的组成与分类2.1.1、汽车空调的组成1、制冷装置(系统)功能:对车内或由外界进入车内的新鲜空气进行冷却以降低车内温度。使车内变得凉爽舒适。2.1汽车空调的组成与分类2、暖风装置(系统)功能:对车内或由外界进入车内的新鲜空气进行加热以提高车内温度。使车内变得暖和舒适。2.1汽车空调的组成与分类3、通风装置(系统)功能:将外部新鲜空气吸入车内，起到通风与换气作用。同时也有防止风窗玻璃起雾的作用。2.1汽车空调的组成与分类4、加湿装置(系统)功能:在空气干燥的情况下，对车内空气进行加湿，以提高车内空气相对湿度。2.1汽车空调的组成与分类5、空气净化装置(系统)功能:对车内空气进行过滤和净化，除去空气中的尘埃、烟气、异味及有毒成分，是车内空气变得清洁，有利于乘车人员的健康。2.1汽车空调的组成与分类6、控制装置(系统)功能:对空调系统的各个装置和部件进行控制，使各系统协调工作，以使车内空气的温度、湿度、压力、流向符合乘车人员的要求。2.1汽车空调的组成与分类2.1.2、汽车空调的分类1、按功能分类：•单一功能式：冷风、暖风各自独立,自成系统，一般用于大、中型客车上。•组合式：冷、暖风合用一个鼓风机，一套操纵机构。又可分为冷、暖风同时工作和冷、暖风分别工作两种形式。用于轿车上。2.1汽车空调的组成与分类2、按驱动方式分类：•非独立式：空调制冷压缩机由汽车本身发动机驱动。制冷性能受汽车发动机工况影响较大。稳定性差。一般用于中、小型轿车上。•独立式：空调制冷压缩机由专用的空调发动机驱动。制冷性能不受汽车发动机工况影响，工作稳定，制冷量大。但成本较高，体积和重量较大。一般用于大、中型豪华客车上。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.1、物质的三态自然界物质的存在可以有三种形态：即固体、液体、和气体。（1）固体：有一定的体积，有一定的形状。（2）液体：有一定的体积，无一定的形状。（3）气体：无一定的体积，无一定的形状。2.2汽车空调有关的热工基础知识当物质处于固态时，我们也称物质处于固相；当物质处于液态时，我们也称物质处于液相；当物质处于气(汽)态时，我们也称物质处于气(汽)相。这三种形态(相)在一定的条件(温度、压力)下可以相互转化。这种转化过程称之为相变。2.2汽车空调有关的热工基础知识几种典型的相变过程：液化(融解)：由固态(相)变为液态(相)的过程。气(汽)化：由液态(相)变为气(汽)态(相)的过程。升华：由固态(相)直接变为气(汽)态(相)的过程。2.2汽车空调有关的热工基础知识凝结(冷凝)：由气(汽)态(相)变为液态(相)的过程。凝固(固化)：由液态(相)变为固态(相)的过程。蒸发：由液体表面发生的气(汽)化过程沸腾：由液体内外同时发生气(汽)化的过程。2.2汽车空调有关的热工基础知识气体的可压缩性:气体物质都具有可压缩性。即当对其压缩时，气体的体积会缩小，气体的压力和温度会升高；相反，当气体的压力大于外部压力时，气体就会膨胀，当气体膨胀时（体积增大），气体的压力和温度会降低。对于大部分单原子气体和部分双原子气体，其体积、压力、温度三个参数之间遵从以下关系：pV=mRT或pv=RT。此称为状态方程。R：气体常数，与气体种类有关；m：气体质量；v：气体比容，即1kg质量气体所具有的体积。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.2、自然界能量的几种形式自然界的能量可分为以下几种形式：热能：物质因其分子运动所具有的能量。机械能：物质因宏观运动所具有的能量。电能：物质内部电荷移动所产生的能量。化学能：通过化学反应所释放出的能量。原子(核)能：物质原子内部所具有的能量。由光或电磁波传播的能量。2.2汽车空调有关的热工基础知识几种形式的能量在一定的条件下可以相互转化。热力学就是专门研究热能和机械能相互转化的一门学科。在热力学中把在热、功转化过程中起承载和传递能量的工作(媒介)物质简称为工质。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.3、状态参数、热力过程、热力循环状态参数：表示工质所处热力状态的物理参数。如温度，压力，密度等。热力过程：若工质从一个热力状态经过了一系列的连续变化达到另一个热力状态，则称工质经历了一个热力过程。热力循环：一个热力系统经过了一系列的热力过程后又回到了原来的热力状态，则称该热力系统经历了一个热力循环。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.4、温度与温标温度：物体冷热的程度(量度)。温标：温度的标定方法。常用的温标有三种：摄氏温标；绝对温标；华氏温标2.2汽车空调有关的热工基础知识（1）摄氏温标：以符号t表示，单位为℃。摄氏温标是取在标准大气压下（760mmHg,即1.01325×105Pa）,冰的熔点为0℃,水的沸点为100℃,将这两点之间分为100等份,每一等份为1℃。2.2汽车空调有关的热工基础知识（2）绝对温标：以符号T表示，单位为K。绝对温标也称热力学温标或开氏温标。是取在标准大气压下,冰的熔点为273.15K，其分度间隔与摄氏温度相同,即绝对温度1K相当于摄氏温度1℃。绝对零度是低温的极限温度，能够无限接近，但不能达到。2.2汽车空调有关的热工基础知识（3）华氏温标：单位为°F华氏温标是取在标准大气压下，冰的熔点为32°F，水的沸点为212°F，两点之间分为180等份，每一等分间隔为1°F。2.2汽车空调有关的热工基础知识三种温标之间的换算关系：绝对温度T(K)=摄氏温度t+273.15摄氏温度t(℃)=5/9×(华氏温度（°F)-32）华氏温度（°F）=9/5×摄氏温度t(℃)+322.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.5、压力定义:作用在单位面积上的力。符号用p表示。压力的表示方法有三种：（1）绝对压力：相对于绝对真空的压力。（2）表压力：绝对压力高于大气压力的部分。（3）真空度：绝对压力低于大气压力的部分。2.2汽车空调有关的热工基础知识压力的单位：国际单位制：Pa、KPa、MPa、bar(现已不用）工程单位制：kgf/cm2，也称工程大气压。英制单位：Ib/in2换算关系：1bar=1.02kgf/cm2=105Pa=100KPa=0.1MPa1kgf/cm2=0.9806×105Pa=0.9806bar=98.06KPa1MPa=1×106Pa=1000KPa=10.2kgf/cm21kgf/cm2=14.22Ib/in2目前我们国家标准已规定压力单位全部采用国际单位制。但日常生活中，工程单位制还在继续使用。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.6、质量体积与密度（1）质量体积（比容）：单位质量物质所具有的体积大小。用v表示。单位m3/kg。（2）密度：单位体积内所具有的物质质量。用ρ表示。单位kg/m3。ρ＝１／ｖ；ｖ＝１／ρ2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.７、汽化与冷凝（1）气(汽)化：由液态(相)变为气(汽)态(相)的过程。（2）凝结(冷凝)：由气态(相)变为液(汽)态(相)的过程。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.8、饱和温度和饱和压力当把一种可以蒸发的液体（譬如水、制冷剂等）放在一密闭容器内并对其加热，则其中的一部分液体就会变成蒸气；当继续加热，容器内的蒸气就会逐渐增加，容器内的压力也会增加，而容器内液体量则相应减少，如果此时保持温度不变，则容器内的蒸气量和液体量也将保持不变，容器内的压力也将保持不变；2.2汽车空调有关的热工基础知识反之，当对容器进行冷却时，其中的一部分蒸气又会凝结成液体（温度不变），容器内的压力也会降低。在这种液体和蒸气处于共存的状态时，液体和蒸气是可以彼此相互转换的。处于动态平衡状态。只要温度不再变化，容器中的蒸气量和液体量都不会改变。处于这种状态的液体叫饱和液体，而这种状态下的蒸气则叫饱和蒸气。汽化过程中，由饱和液体和饱和蒸气组成的混合物称为饱和湿蒸气，简称湿蒸气。2.2汽车空调有关的热工基础知识饱和蒸气的温度叫作饱和温度；饱和蒸气的压力叫饱和压力。饱和蒸气的温度和压力之间有一定的关系，即压力越高温度也越高。通常所说的沸点就是指液体在一个大气压下的饱和温度。对于不同的液体，在同一压力下，它的饱和温度也是不同的。2.2汽车空调有关的热工基础知识干饱和蒸气：当在某一温度时，容器内的液体正好全部蒸发为蒸气，这种状态下的蒸气就称为干饱和蒸气。过热蒸汽：与饱和蒸汽具有相同压力，但比饱和蒸气温度更高的蒸气。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.9、热量与热容（1）热量：物体吸收或放出热能的多少称为热量.热量是热能的度量。单位为焦耳（J）或千焦耳（KJ）。过去工程单位中采用卡(cal)、千卡（kcal）作单位。2.2汽车空调有关的热工基础知识（2）热的传递方式：热传导：热量在物体内部由高温点向低温点的传递。热对流：热量依赖液体或气体的流动而产生的传递。热辐射：发热源不依赖于任何物质或物体而直接向周围或空间散发热量。2.2汽车空调有关的热工基础知识（3）热容和比热容：使物体的温度变化1℃（K）所需要的热量称为热容。使单位质量(1kg）物体的温度变化1℃（K）所需要的热量称为比热容。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.10、显热与潜热（1）显热：使物质只发生温度变化而不发生形态变化(相变)所吸收或放出的热量。（2）潜热：使物质只发生形态变化(相变)而不发生温度变化所吸收或放出的热量。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.11、节流流体（液体或气体）在流动过程当中，因流通截面的突然缩小使得压力下降，在此过程中与外界没有功的交换，由于时间很短也可以看作没有热的交换，只是使得流体（工质)的状态发生变化。这种现象称为节流。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.13、热力学第一定律热能和机械能可以相互转换，产生一定量的机械能,必然消耗与之相当量的热能。热能向机械能的转换是以工质的膨胀为条件的。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.14、热力学第二定律热能可以自发地(无条件地)从高温向低温传播，但不能自发地从低温向高温传播。要使得热能从低温向高温传递，必须消耗其它形式的能量。2.2汽车空调有关的热工基础知识热力学第二定律的另一种表述:热能不可能全部转换为机械功。总要有一部分热量放出给温度较低的环境。两种表述可以互为证明。2.2汽车空调有关的热工基础知识制冷系统中，冷区域的热量不能自发的向温度高的区域(外部环境)放热，要实现由低温区域向高温区域(环境)的热量传递，制冷机（压缩机)就必须消耗机械功以此作为由低温向高温传递热量的代价。2.2汽车空调有关的热工基础知识所以汽车空调的制冷系统就是一种以由外界（汽车发动机）对制冷系统输入机械功为代价来实现从温度较低区域（车内)“拿出”热能而释放到温度较高的车外环境当中、从而使车内的温度降低到环境温度以下并维持较低温度的能量转换装置。任何制冷方式都需要消耗机械功。2.2汽车空调有关的热工基础知识2.2.15、制冷能力与制冷负荷（1）制冷能力：制冷机单位时间内能够从低温区域转移出的热量（制冷量）。单位：J/h、kJ/h。（2）制冷负荷：单位时间内需要从低温区域转移出的热量。单位：J/h、KJ/h。2.3制冷剂2.3.1、制冷剂的定义制冷系统中用于转换、输送热量并循环流动的工作（媒介）物质（工质）称为制冷剂。日常人们习惯称之为冷媒。2.3制冷剂2.3.2、制冷剂的性能特点及对制冷剂的要求。（1）必须是易于汽化和蒸发的物质；（2）蒸发时的潜热要大；（3）不易燃烧和爆炸；（4）对人体无害。又有特殊气味，以便查漏；（5）化学性能稳定,对金属、橡胶和润滑油无明显腐蚀；（6）蒸发压力应比大气压力高，防止空气进入系统。•学名氟里昂，是英文词freon音译。国际上用R12来表示。R是Refrigerant（制冷剂）的第一个字母。数字1表示是由甲烷衍生，第二位数字2表示氟的原子个数。在美国也称F12。R12的分子式是CF2CI2，化学名称是二氟二氯甲烷。•R12在常温、常压下为无色、无味的气体。相对密度约为空气的4.18倍。在正常大气压下，R12的蒸