2.热泵式空调
热泵式空调既可以在夏季供冷，又能够在冬季供热。热泵式空调器在冬季仍然由制冷机工作，只是通过一个四通换向阀使制冷剂作供热循环，这时原来的蒸发器变成冷凝器，空气通过冷凝器时被加热送入房间。对于一台分体式热泵空调来说，夏天制冷时就是把冷凝器放在室外，而把蒸发器放在室内，运行时就把室内的热量输送到了室外；而冬季则把蒸发器放在室外，把冷凝器放在室内，这样就把室外的热量输送到了室内。当然，人们不可能在换季时去拆装设备，而是通过四通换向阀使蒸发器和冷凝器换位的。
2.6.2单级蒸气压缩式制冷循环的热力过程
蒸气压缩式制冷是由不同直径的管道组成的一个闭合回路系统，制冷剂在其中流动，并产生液态-气态-液态的重复变化，利用制冷剂汽化时吸热、冷凝时放热达到制冷的目的。
1.制冷循环过程
制冷循环过程为：压缩机不断地抽吸蒸发器中的制冷剂蒸气，并将它压缩成高压为pk、高温为tk的蒸气送至冷凝器。制冷剂蒸气在冷凝器中放出热量，传送给周围的介质从而冷凝成液体。可见，蒸气冷凝时的温度一定要高于周围介质的温度。冷凝后的液体制冷剂通过节流元件——膨胀阀或毛细管进入蒸发器。制冷剂在节流元件中从高压pk降到低压po，并出现少量液体的汽化。制冷剂离开节流元件时，变成液、气两相混合状态，继而进入蒸发器。制冷剂在蒸发器中沸腾蒸发，蒸发压力为po，蒸发温度为to，从被冷却物体中吸取所需要的汽化热。其蒸发温度to一定要低于被冷却物的温度。低压、低温制冷剂蒸气再由压缩机抽吸、压缩，进入下一次循环。
在这个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气，使制冷剂在蒸发器中产生低压低温、在冷凝器中产生高压高温的作用，是整个循环系统的心脏。节流元件起着节流降压和调节进入蒸发器的制冷剂流量的作用。制冷剂在蒸发器内蒸发，吸收被冷却物的热量，完成制取冷量的任务。制冷剂从蒸发器中吸收的热量连同压缩机产生的热量在冷凝器中被冷却介质带走，使制冷剂不断从低温物体中吸热，向高温介质放热，从而达到制冷的目的。
2.制冷剂在循环系统中的状态
制冷剂由蒸发器进入压缩机吸气口时，应处于饱和蒸气状态，其饱和压力与饱和温度存在着一一对应关系，即压力越高温度越高，压力越低温度越低。压力和温度的对应关系可从制冷剂热力特性表中查阅。
蒸气在压缩机中被压缩，压力由低压po升到高压pk，温度由低温to升到高温tk。压缩过程在瞬间完成，蒸气与外界几乎不存在热量的交换，所以称为绝热压缩过程。该过程由于外界对制冷剂做功，使制冷剂温度升高而处于过热的蒸气状态。
过热蒸气进入冷凝器，在压力不变的条件下，先是将部分热量传给外界冷却介质，冷却成饱和蒸气，然后在等压等温下继续放出热量，冷凝成饱和液体。
饱和液体流经节流元件由高压pk降至低压po，温度由高温tk降到低温to，进入液、气两相混合区。节流前后制冷剂的能量不变。
两相状态的制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物的热量而不断汽化，制冷剂在等压等温下向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气，又重新回到压缩机吸气口。这就完成了一个完整的理论制冷循环。
2.6.3制冷循环热力过程的热、功平衡分析
热力学原理
在制冷循环中，通过压缩机对制冷剂做机械功W，通过制冷剂在蒸发器从低温环境（低温热源）吸收热量（制冷量）QO，并通过制冷剂在冷凝器中放出热量（冷凝热）QK，把热量排到高温环境（高温热源）。从而，制冷机实现了把热量从低温环境向高温环境的转移，实现了人工制冷。以制冷系统（制冷机）作为分析对象，应用能量守恒和转换定律（此处即为热力学第一定律）可得：
QO＋W＝QK
式中QO——蒸发器中制冷剂的蒸发吸热量，即为制冷量，J；W——输入压缩机用于压缩制冷剂气体的机械功，J；QK——冷凝器中制冷剂的冷凝放热量，即为冷凝热，J。
另外，也常用小写字母qo、qk、w分别表示单位质量制冷剂所吸收的热量（单位质量制冷量）、单位质量制冷剂在冷凝器中放出的热量（单位质量冷凝热）、单位质量绝热压缩功。则有如下平衡关系：
qk－qo＝w
衡量循环中能量利用的经济性指标常采用工作系数表示：
工作系数＝得到的收益
花费的代价
为表明制冷循环的效能，把单位质量制冷量qo与单位质量绝热压缩功w之比称为制冷系数（性能系数）。
显然，制冷系数越大，表明产生同等冷量所消耗的功越少，该设备设计制造的效果越好。
2.6.4压缩式制冷系统的主要设备
1.制冷压缩机
制冷压缩机的功能是压缩制冷剂蒸气，迫使制冷剂在制冷系统中冷凝、膨胀、蒸发和压缩，周期性地不断循环，起到压缩和输送制冷剂的作用，并使制冷剂获得压缩功。制冷压缩机由压缩机和电动机两部分组成。
压缩机的大小差异很大，种类繁多，目前新产品不断出现，但旧系列压缩机还在使用。
（1）按制冷量分类
有小型压缩机（20×104kJ/h以下）、中型压缩机（20×104～160×104kJ/h）、大型压缩机（160×104kJ/h以上）。
（2）按整体结构分类
有全封闭式、半封闭式、开启式压缩机。全封闭式压缩机是把压缩机和电动机安装在一个封闭的壳体内。优点是密封性好、重量轻、平稳、噪声小、系统内杂质少、不易出故障，但修理相当麻烦。主要用于电冰箱、空调器、冷藏箱等小型制冷设备。半封闭式压缩机，压缩机和电动机安装在一个铸件机身内，机身两端面和气缸盖（顶面）制成可拆卸式，检修较方便。开启式压缩机，压缩机和电动机分为两部分，其间用联轴器或用皮带传动连接。
（3）按工作原理分类
根据工作原理不同，可分为容积式和离心式两种。
容积式压缩机是靠工作腔容积改变实现吸气、压缩、排气等过程。活塞式压缩机、回转式压缩机、螺杆式压缩机均属于容积式压缩机。离心式压缩机是靠高速旋转的叶轮对蒸气做功，使压力升高并完成输送蒸气的任务。
螺杆式压缩机的工作原理：在汽缸的吸气端座上有吸气口，当齿槽与吸气口相遇时，吸气开始。随着螺杆的旋转，齿槽脱离吸气口，一对齿槽空间吸满蒸气。螺杆继续旋转，两螺杆的齿与齿槽相互啮合，由汽缸体、啮合的螺杆和排气端座做成的齿槽容器变小，而且位置向排气端移动，完成了对蒸气压缩和传输的作用。当这对齿槽空间与端座的排气口相通时，压缩结束，蒸气被排出。每对齿槽空间都经历了吸气、压缩、排气三个过程。螺杆式压缩机不设吸气、排气阀。当齿槽空间与吸气口接通时，即开始吸气；离开吸气口时，即开始压缩；与排气口相通时即开始排气（压缩结束）。
2.冷凝器
冷凝器的作用是把压缩机排出的高温高压制冷剂蒸气，通过散热冷凝为液体制冷剂。制冷剂从蒸发器中吸收的热量和压缩机产生的热量，被冷凝器周围的冷却介质所吸收而排出系统。冷凝器在单位时间内排出的热量称为冷凝负荷。
冷凝器根据所使用冷却介质的不同可分为水冷式冷凝器、风冷式冷凝器等类型。
（1）风冷式冷凝器
风冷式冷凝器是利用常温的空气来冷却的。按空气在冷凝器盘管外侧流动的动力，可分为自然对流和强迫对流两种形式。自然对流式无风机噪声，传热效率低，仅适用于制冷量很小的家用冰箱等场合。强迫对流式一般装有轴流风机，传热效率高，不需水源，应用广泛。
（2）水冷式冷凝器
水冷式冷凝器用水冷却，其传热效率比风冷式高。按结构形式不同，可分为套管式、壳管式、板式等类别。其结构可参见2.3.4节。
套管式冷凝器结构简单，易于制造，传热系数较高，可达1000W/（m2·℃），常用于制冷量小于40kW的小型氟利昂制冷系统中。
壳管式冷凝器又分为立式和卧式两种。立式壳管式冷凝器主要用于氨制冷系统中，其结构庞大，耗材多。卧式壳管式冷凝器则在氨系统和氟利昂系统中应用广泛。卧式壳管式冷凝器传热系数较高，热负荷也大，多用于大、中型制冷系统。为节约用水，冷却水通常循环使用，需配备冷却塔、冷却水泵及管路组成冷却水循环系统。冷却水进出冷凝器的温差一般为4℃～6℃。
板式冷凝器是一种以波纹板为换热表面的高效、紧凑型换热器。它由若干板片组合而成，相邻板片的波纹方向相反，流体沿板间狭窄弯曲的通道流动，速度和方向不断发生突变，扰动强烈，从而大大地强化了传热效果。在制冷系统中，板式换热器不仅用于冷凝器，还可用于蒸发器、过冷器、油冷却器等场合。
3.蒸发器
蒸发器是制冷系统中的主要换热装置。蒸发器的作用是通过低温低压制冷剂液体在其内蒸发（沸腾）变为蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降，达到人工制冷的目的。
蒸发器分为冷却液体（水）的蒸发器和冷却空气的蒸发器。在冷却空气的蒸发器中又能分为自然对流和强制对流两种形式。
4.节流机构
节流机构是蒸气压缩式制冷系统的基本设备之一。节流机构的功能是将冷凝器输出的高压制冷剂冷凝液降压变为蒸发器所需的低压冷凝液（含少量蒸气），使制冷剂在低温下沸腾汽化吸热制冷。将节流机构做成阀式，还可调节制冷剂的循环流量，从而实现制冷量的调节。节流机构的形式很多，常用的有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力式膨胀阀以及毛细管等。
2.6.5其他制冷形式
1.吸收式制冷
吸收式制冷与压缩式制冷一样，都是利用低压制冷剂的蒸发产生的汽化潜热进行制冷。
两者的区别是：压缩式制冷以电为能源，而吸收式制冷则是以热为能源。在高层民用建筑空调制冷系统中，吸收式制冷所采用的制冷工质通常是溴化锂水溶液，其中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。因此，通常溴化锂制冷机组的蒸发温度不可能低于0℃，在这一点上，可以看出溴化锂制冷的适用范围不如压缩式制冷，但在高层民用建筑的空调系统中，由于要求空调冷水的温度通常为6℃～7℃，因此还是比较容易满足的。
来自发生器的高压蒸气在冷凝器中被冷却为高压液态水，通过膨胀阀后成为低压蒸气进入蒸发器。在蒸发器中，冷媒水与冷冻水进行热交换发生汽化，带走冷冻水的热量后成为低压冷媒蒸气进入吸收器，被吸收器中的溴化锂溶液（又称浓溶液）吸收，吸收过程中产生的热量由送入吸收器中的冷却水带走。吸收后的溴化锂水溶液（又称稀溶液）由溶液泵送至发生器，通过与送入发生器中的热源（热水或蒸气）进行热交换而使其中的水发生汽化，重新产生高压蒸气。同时，由于溴化锂的蒸发温度较高，稀溶液汽化后，吸收剂则成为浓溶液重新回到吸收器中。在这一过程中，实际上包括了两个循环，即制冷剂（水）的循环和吸收剂（溴化锂溶液）的循环，只有这两个循环同时工作，才能保证整个制冷系统的正常运行。
从溴化锂制冷机组制冷循环中可以看出，它的用电设备主要是溶液泵，电量为5～10kW，这与压缩式冷水机组相比是微不足道的。与压缩式冷水机组相比，它只是在能源的种类上不一样。前者消耗热能，后者消耗电能或机械能。因此，在建筑所在地的电力紧张而无法满足空调要求的前提下，作为采用低位能源的溴化锂吸收式冷水机组可以说是一种值得考虑的选择；如果当地的电力系统可以允许的话（当然，作为建设单位，还要考虑各地一些不同的能源政策），还是应优先选择压缩式冷水机组的方案。
2.冰蓄冷系统
冰蓄冷的基本思想是利用夜间低谷电制冰蓄冷，而白天用电高峰期融冰供冷。鉴于近几年我国夜间电力过剩，白天电力明显不足，甚至拉闸限电的现状，利用峰谷电价差鼓励冰蓄冷技术应用，对国家电力事业具有重要意义。但是冰蓄冷控制工艺复杂，如策略不当往往产生融冰过快、后期供冷不足或能源费用不经济的现象。冰蓄冷往往被错误地认为是一种节能手段，而事实上它所消耗的能源要较普通冷源更多，其主要作用是“移峰填谷”、平衡电网负荷。对业主或物业管理部门而言，冰蓄冷的获益点在于充分利用峰谷电价差，节省能源费用。
冰蓄冷系统利用冰的融解热进行蓄热，由于冰的融解热（335kJ/kg）远高于水的比热，因此，采用冰蓄冷时，蓄冰池的容积比蓄冷水池的容积小得多。冰蓄冷系统可分为并联系统和串联系统。
（1）并联系统
该蓄冰系统实际上是由两个完全分开的环路组成的。各环路具有各自独立的膨胀水箱及工作压力。在空调环路中，载冷介质为普通水；而在蓄冷环路中，载冷剂必须考虑防冻问题，所以常用介质为乙二醇水溶液。
（2）串联系统
它的特点与并联系统相似，也可实现4种运行工况。
这一系统中，水泵P1，是变工况运行的，前3个工况中P1泵要求的扬程必然小于联合供冷时的扬程。因此对水泵的选择要引起注意。