摘要：而人工制冷则是要让热量从低温物体传递到高温物体，这需要消耗能量，就如同水泵对水做功能让水从低处流向高处一样。工程上实现制冷的方法有很多，其中压缩式制冷应用最为广泛，约90%的制冷设备都采用这种方式。

在自然界中，热量总是自发地从高温物体传向低温物体，直到两者温度相等，就像一杯开水会自然冷却成“凉白开”，这是自然冷却，并非制冷。

而人工制冷则是要让热量从低温物体传递到高温物体，这需要消耗能量，就如同水泵对水做功能让水从低处流向高处一样。工程上实现制冷的方法有很多，其中压缩式制冷应用最为广泛，约90%的制冷设备都采用这种方式。

要实现制冷，得借助专门的装置，包括获取低温的方法、原理、制冷剂（这涉及制冷原理）；使制冷剂压力升高的制冷压缩机；以及完成制冷剂吸热或放热、节流、保障安全且经济运行的辅助设备（即制冷设备）等。

根据制冷温度的不同，制冷体系可分为普通制冷（T > 120K）、低温制冷（T = 4.2 - 120K）、超低温制冷（T

人类最早利用冰、深井水等自然界的冷物质进行制冷，我国周朝就有用冰的历史，秦汉时冰的使用更广泛，唐朝甚至能生产冰镇饮料还有了冰商。不过利用天然冷源严格来说不算人工制冷，现代人工制冷始于18世纪中叶。

1748年，英国人柯伦证明乙醚在真空下蒸发会产生制冷效应；1755年，爱丁堡化学教授库仑用乙醚蒸发使水结冰，其学生布拉克提出潜热概念并发明冰量热器，标志现代制冷技术开端，同年苏格兰人W.卡伦发明第一台蒸发式制冷机；1781年意大利人凯弗罗进行乙醚制冰实验；1834年美国人波尔金斯制成用乙醚作制冷剂的手摇式压缩制冷机并获专利，这是蒸气压缩式制冷机的雏形，实现了闭合循环。

1844年美国人戈里发明第一台空气制冷机，1851年获美国专利；1858年美国人尼斯取得冷库设计的首个美国专利，商用食品冷藏事业由此发展；1859年法国人卡列制成第一台氨吸收式制冷机并申请原理专利；1873年美国人D.比奥克制造出第一台氨压缩机；1874年德国人林德建成第一台氨压缩式制冷系统，使氨压缩式制冷机在工业上广泛应用；1910年左右马利斯·莱兰克在巴黎发明蒸气喷射式制冷系统；1918年美国工程师考布兰发明第一台家用电冰箱；1919年美国芝加哥建起第一座空调电影院，空调技术开始应用；1929年美国通用电气公司米杰里发现氟利昂制冷剂R12，氟利昂压缩式制冷机迅速发展并超越氨压缩机。

进入20世纪，制冷应用愈发广泛，不受季节、区域限制，能制取不同低温，还出现了半导体制冷、声能制冷、热电制冷等多种制冷方法。我国制冷行业始于20世纪50年代末期，1956年大学设立制冷学科，制冷压缩机制造业从仿制到20世纪60年代能自行设计制造，如今我国已是制冷空调产品生产大国，空调设备产量占全球70%以上。

空调工程是制冷应用的广阔领域，光学仪器仪表、精密计量量具、计算机房等，对环境的温度、湿度、洁净度有不同程度控制需求；体育馆、大会堂、宾馆等公共建筑以及小汽车、飞机、大型客车等交通工具也都需要空调系统。空调工程还能用于体育运动中制造人工冰场，在工业生产里为生产环境提供恒温恒湿环境。

易腐食品从采购、捕捞、加工、储藏、运输到销售的全流程，都得保持稳定低温环境，这样才能延长和提高食品质量、经济寿命与价值。所以需要各种制冷设施，像冷加工设备、冷冻冷藏库、冷藏运输车或船、冷藏售货柜台等。大多数食品易腐败，且食品生产有较强季节性和地区性，目前制冷被认为是加工、储存食品最好的方法，食品工业也是利用制冷最早最多的部门。

精密机床液压系统靠制冷控制油温，稳定油膜黏度，保障机床正常工作；对钢进行低温处理能改善钢的性能，提高硬度和强度，延长工件使用寿命；炼钢需要的氧气，要通过深冷分离方法从空气中获取；机器装配时，利用低温进行零部件间的过盈配合等。

血浆、疫苗及某些特殊药品需要低温保存，骨髓和外周血干细胞的研究和开发也离不开制冷；低温麻醉、低温手术以及高烧患者的冷敷降温等，都需要制冷技术，冷冻医疗如今也在蓬勃发展。

许多产品要进行低温性能试验，比如各种可能在高寒地区使用的发动机、汽车、坦克、大炮、枪械等常规武器，需做低温环境模拟试验；火箭、航天器也要在模拟高空低温条件下试验，这些都依赖人工制冷技术。人工降雨也需要制冷，在激光、红外、超导、遥感、核工业、微电子技术、宇宙探索、新材料等高科技领域，制冷同样不可或缺。

在石油化工、有机合成、基本化工中的分离、结晶、浓缩、液化以及控制反应温度等过程，都离不开制冷。

纺织、印刷、精密仪表、电子工业都需要控制温度和湿度，进行空气调节；多路通信、雷达、卫星地面站等电子设备也都需要在低温下工作。

农业中的良种保存、种子处理、人工气候室，都需要低温环境；没有制冷，海洋渔业将无法开展生产。

对于大型混凝土构件，凝固过程放热会造成开裂，像葛洲坝的建筑过程就离不开制冷；在矿山、隧道建设中，遇到流沙等恶劣地质条件时，可以用制冷的方法将土壤冻结，实现冻土开采。

日常生活中家用冰箱及空调等都是制冷技术的应用，啤酒、胶卷的生产也离不开制冷。要是没有制冷技术，卫星地面站就不能正常传输信号，我们也就看不成电视节目了。

总的来说，没有制冷工业，就没有现代社会，制冷技术也被认为是20世纪对人类社会和生活影响最大的工程技术成就之一。

制冷剂是压缩式制冷的工作介质，在系统中循环，低温下吸热汽化，高温下凝结放热。历史上，制冷技术发展第一阶段主要用NH₃、HCS、CO₂、空气等作制冷剂，这些制冷剂有的有毒、有的可燃、有的效率很低，用了100年之久。1929年美国开发出氟利昂，它是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称，有几十种，物理和化学性质有诸多共同优点，因此得到广泛应用。

1975年美国学者提出，含氯的氟利昂中的氯原子会破坏臭氧层。臭氧层在离地面25 - 40km的平流层，能屏蔽对地球上生物有害的紫外线，太阳辐射中波长为0.28 - 0.32μm及以下的紫外线会危害生命，臭氧层可阻挡这些有害紫外线，保护人类和生物。

研究表明，臭氧层的臭氧每减少1%，有害辐射就增加2%，会导致皮肤癌和眼病增加，人体免疫系统性能下降，海洋生物的食物链被破坏，一些植物生长受影响（包括农作物减产）。有人提出，当臭氧层余下1/5时，是地球生命的临界点。

臭氧层破坏是全球性环境问题之一，中国1991年签订《蒙特利尔议定书》，承诺2013年将HCFCs（含氯含氢的氟利昂制冷剂）产量和消费量冻结在2009年和2010年平均基线水平，2015年削减10%，2020年削减35%，2025年削减67.5%，到2030年除少量（2.5%）用于制冷维修外，全面淘汰。

制冷剂的替换是世界性难题，理想的替代物应无毒、不可燃，在工作和储存条件下热稳定、与系统材料兼容，具有高能效、臭氧层破坏潜能（ODP）和全球变暖潜能（GWP）低的特点。目前还没找到完全满足要求的理想替代物，学术界达成共识，没有一种纯质流体能完全满足上述要求，至少会有一种缺陷。目前替代工质的研究有两个主要趋向，一是HFCs（含氟无氯的氟利昂制冷剂）及其混合物，另一个是天然工质如氨、R600a、丙烷、CO₂等以及它们的混合物。应用最广泛的制冷剂R22的主要环保替代品有HFCs及其混合物R410A、R407C、R411A等，天然工质有HC290、HC1270、CO₂、NH₃等。

我国人均能源资源占有量相对不足，仅为世界平均水平的40% - 50%，能源问题是制约我国现代化建设的关键之一。随着国民经济发展和人民生活水平提高，制冷空调应用越来越广泛，目前广泛采用的压缩式制冷消耗大量电能，其消耗电能所占比例越来越大，据报道，北京、深圳夏季集中空调用电量已占全市总用电量的30%，所以制冷空调的节能显得越来越重要。

现在人们熟知的“节能”（Energy Saving）已逐渐被“能量效率”（Energy Efficiency）取代，这反映了对节能的认识从单纯抑制需求、减少耗能，发展为用同样的耗能，或用少许增加的耗能，来满足需求，进而提高工作效率和生活质量。

制冷空调的节能实际上是一个最优化问题，包括制冷空调每一个部件和整个系统设计的优化、操作调节的优化、维护管理的优化。通过每一个环节的优化，达到运行的优化，即整个系统的高效率运行，用最小的能源消费代价来满足制冷空调的需求。

来源：制冷社区