机房精密空调冷凝器和蒸发器工作原理详解

制冷剂：精密空调里的“血液”

机房精密空调能一年到头不停机地运转，靠的就是制冷剂在系统里来回循环。你可以把制冷剂理解成空调的血液——它在整个制冷系统中只做一件事：吸热和排热。这个过程中它本身的性质并不改变，属于物理变化。只要系统没有泄漏，制冷剂就不会损耗，可以长期循环使用。只有发生泄漏之后，才需要给空调补充加注。

那制冷剂到底是怎么吸热、怎么排热的？关键就在两个换热器上：冷凝器和蒸发器。

冷凝器是怎么把气态制冷剂变成液体的

压缩机排出的高温、高压气态制冷剂，顺着管路进入冷凝器。进去之后，制冷剂要经历三个阶段来完成散热冷却。

三个阶段，逐步降温

第一阶段在冷凝器的初端，这部分散热面积比较小，制冷剂经过散热冷却后变成干饱和蒸气。

第二阶段占用冷凝器中间部分，散热面积最大，散热能力也大幅提升。制冷剂在这里冷却为饱和液体，完成从气体到液体的转换。

第三阶段在冷凝器末端，散热面积又变小了，制冷剂继续散热，最终冷却为过冷液体，到此就完成了整个散热冷凝任务。

值得一提的是，制冷剂在这三个阶段里，压力始终保持不变。

冷凝温度和冷凝压力

制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝液化时，温度和压力也是不变的。对应的温度和压力分别叫冷凝温度和冷凝压力。冷凝温度会随着冷凝压力的增大而升高，两者之间有确定的对应关系。对给定的制冷剂，可以通过饱和蒸气表或压焓图来查取。

现代小型制冷与空调设备的冷凝器，按照冷却介质流动方式的不同，可以分为自然对流式和强制对流式两类。

蒸发器是怎么吸热制冷的

制冷剂经过毛细管或膨胀阀节流降压后进入蒸发器。进入蒸发器后，制冷剂通过两个阶段吸热升温。第一阶段占用蒸发器的面积较大，第二阶段占用面积较小。随着吸热不断进行，制冷剂大量吸热汽化为蒸发气体，完成从液体到气体的转换，也就完成了吸热任务。

蒸发过程：从湿蒸气到过热干蒸气

低压制冷剂刚进入蒸发器时，干蒸气的含量大约占一成左右，其余都是液体，所以这时候它是湿蒸气。随着湿蒸气在蒸发器管路内流动，液体逐渐蒸发沸腾为蒸气，同时不断吸收热量（也就是蒸发潜热）。越往后流动，蒸气含量越多，到了接近蒸发器出口的位置，基本都变成了干蒸气。

整个过程中，蒸发温度几乎始终保持不变。当蒸发器出口处的制冷剂全部蒸发为干蒸气后，在蒸发器末端以及后面的低压回气管内，温度还会继续上升，成为过热干蒸气。所以蒸发器出口端总是处于过热蒸气区。如果这里还停留在湿蒸气区，就可能让压缩机产生液击故障。不过过热蒸气区只占蒸发器的极小一部分。

蒸发器不只降温，还能除湿

如果被冷却的介质是空气，蒸发器在降低空间温度的同时，还会把空气中的水蒸气凝结成水分离出来，所以它也起到减湿的作用。

蒸发器本质上是让低温液态制冷剂和需要制冷的介质交换热量的换热器。因此蒸发器盘管应该放在需要制冷的空间介质中。比如电冰箱或冷库的蒸发器放在冷藏室和冷冻室内；房间空调器的蒸发器放在空调房间墙的内侧，同时充当空气冷却器；生产低温水的冷水机组，蒸发器盘管则放在产生冷水的壳箱内。

蒸发温度和蒸发压力

制冷剂在蒸发器盘管内沸腾汽化时，温度和压力保持不变，对应的温度和压力分别叫蒸发温度和蒸发压力。蒸发温度随蒸发压力的增大而升高，两者也有确定的对应关系，同样可以通过饱和蒸气表或压焓图查取。反过来说，控制或调节蒸发压力，也就能控制或调节蒸发温度。

由于蒸发温度通常很低，对应的蒸发压力也不高。相对于冷凝器，制冷剂在蒸发器中处于低温低压状态。蒸气压缩式制冷，就是利用低沸点的液态工质沸腾汽化时从制冷空间介质中吸热来实现制冷的。制冷剂在蒸发器中沸腾汽化时吸收的热量，就是制冷系统的制冷量。

冷凝器和蒸发器，一个放热一个吸热

为了让制冷剂能被反复使用，需要把从蒸发器流出的制冷剂蒸气冷凝还原为液态，这个任务就交给冷凝器。冷凝器也叫散热器，它的使命是让压缩机排出的高压过热蒸气在流经管路时放出热量，凝结成液态制冷剂，放出的热量传递给周围的低温介质。正因如此，冷凝器的传热表面积都做得尽量大。

压缩机一般用空气或常温水来使制冷剂蒸气冷凝，这样冷凝温度就会高于蒸发温度，对应的冷凝压力也就高于蒸发压力。压缩机的作用，就是把从蒸发器流出的低压制冷剂蒸气压缩，把压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力，保证制冷剂蒸气能在常温下被冷凝液化。制冷剂蒸气经过压缩后，温度也会升高。所以相对于蒸发器，冷凝器中的制冷剂处于高温高压状态。

搞懂了冷凝器和蒸发器各自的工作方式，也就理解了机房精密空调制冷循环的核心。