13888147524制冷与空调设备安装修理作业基础知识
物态变化与基本参数
一、物质与工质、压力、温度
制冷与空调技术是应用热力学理论和制冷循环原理，通过制与空调设备，实现能量的转换与传递。热力学是研究热能与其他量相互转化规律的科学。所以，了解和掌握热力学基础知识，对确理解制冷与空调设备的工作原理很有帮助。通过学习热力学基知识，可以更深刻地理解制冷与空调设备安全运行与操作的重要义，并能够根据设备的特点和用途，采取正确的安全维护方法和安全修理技术。
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1.物质与物态变化
物质是一个科学上没有明确定义的词一般是指静止质量不为的东西。物质也常用来泛称所有组成可观测物体的成分。自然界中物质是由分子或原子组成的。分子或原子都以不同的形式不停地运着，它们之间存在或强或弱的相互作用。在通常情况下，物质有三种物态，即固态、液态和气态。
(1)固态
固态的特征是有固定的体积和形状，分子间的距离最小，相互的引力大，分子只能在自己的平衡位置作振幅很小的振动，而不能互移动。对于晶体来说，分子(或原子或离子)之间保持距离有序的周期性排列，因此具有一定的形状和力学强度。
(2)液态
液体有一定的体积，具有流动性而无固定的形状，分子可在其衡位置做振幅较大的振动，分子之间保持短程有序的“相对稳定”的排列，基本上不可压缩。
(3)气态
气体没有固定的形状，也没有固定的体积，将充满其容器。在有容器的情况下，分子向四面八方扩散。气体分子间距离大而无定值相互间的引力小而不能相互约束，不停地进行着毫无规则的运动，可以无限膨胀，也可以大大压缩。关于分子气体，人们有一些假设其中之一是每个分子运动速度各不相同，而且通过分子与分子或分子与器壁碰撞不断发生变化。
2.制冷工质与制冷系统
在制冷技术中，能够实现能量转化或能量传递的工作介质叫做质，供给工质热量的高温物质叫做高温热源；吸收工质所放出的热的冷却介质或周围环境叫做低温热源。制冷系统是工作于两个不同源之间的一种系统。制冷剂是制冷系统中使用的制冷介质，或称制冷工质。
工质应具有可压缩性和流动性，能够在密闭的系统中循环流动通过自身热力状态的变化与外界发生热能的交换。各种气体、蒸气其液体都是工程上常用的工质。制冷系统的最优工质物质，应根据冷与空调的目的和具体制冷设备的结构来选定。蒸气压缩式制冷系中常用的工质，主要有氨和氟利昂等。在吸收式制冷系统中，则经常使用两种组分混合而成的工质，称为工质对。
3.压力
(1)压力(压强)
地球上的物体在地心引力作用下都具有垂直向下的重力，物体重力作用在其他物体上就会对它产生一定的压力。当气体分子充装一个密闭空间里时，气体分子在不停地运动，不断地与容器器壁发碰撞，这种碰撞也形成了对器壁的压力，这个压力的方向总是垂直于容器的内表面。容器承受总压力的大小由受力面积而定，也与物质的温度、密度等状态参数有关。
单位面积上所承受的垂直作用力，制冷工程中称为压力，而物学中则称为压强。本书中所说的压力是气体或液体的压强的混称，所谓的压力数值实际上是指压强的大小。
在一个密闭容器里，由于容器内气体分子运动在容器表面受到力的作用，则压强公式如下所示：
p = F/A
式中 p——压强Pa;
F——垂直作用在面积上的压力N;
A——总压力的作用面积m2。
(2)压力的单位
1)大气压。空气分子也有一定的质量，空气分子不停地运动，断地与物体表面发生碰撞，这就产生了压力。地球表面的空气层对面产生的压力称为大气压力，简称大气压。大气压的大小与地面位置高度、季节、气象条件有关，所以曾规定了标准大气(atm)标大气压指的是在地球纬度45°处海平面，温度为0℃时所测得的大气平均压力。其值为1.013×10Pa但是，这是应废止的单位。
2)压力单位。力的量的符号为F它的法定计量单位为牛(顿(N)面积的量的符号S)它的法定计量单位为平方(m2)压力的量的符号为p它的法定计量单位为帕[斯卡],用符号Pa表示。
1Pa = N/m2
在工程实际应用中P的单位太小，因此常使用千(kPa或兆(MPa)。
1MPa=103kPa=10⁶Pa
所以1标准大气压可认为等于0.MPa即
1atm=0.1 MPa
制冷与空调工程中，有时也沿用kgf/cm2表示1工程大气压，则
1kgf/cm2=0.098MPa
在采暖通风空调技术中，压力有时也用液柱高度表示，若液柱高度为h,液体的密度为ρ,容器底面积为S,液体作用在容器底面的总压力为
F = hpSg
则压力(压强：
p = F/S=hpg
上式表明，某种液体的密度为常数，所以液柱的高度就与一的压力相对应，而与容器的底面积大小无关，压力的大小完全可以用液柱高度来表示。常用的液体有水和水银，相应的压力单位为约定毫米水(mmH₂O 和约定毫米汞(mmHg)。
1mmH₂O = 9.81Pa
1mmHg = 133.3Pa
应该注意，表2中的后4个单位是应废止的单位。应废止的位还有(bar)(Torr和工程大气(at)但巴在国际上暂时还允许使用。
(3)几种常用压力
1)绝对压力。绝对压力是以零压强为参考测出的压力，反映容中的气体或液体对容器的实际压力。热力学计算中所用到的压力均为绝对压力。
2)相对压力。也称表压力，即由压力表测出来的压力，它表示器中流体的压力比大气压高出的数值。相对压力与大气压力之和即为绝对压力。
3)真空度。低于大气压的气体状态称为“真空”。真空系统的强称真空度一般可由真空计测出。把气体分子从容器排出而获得真空的过程称为抽真空。
在制冷与空调技术中，经常要涉及以上三种压力。绝对压力多设备内部的真实压力，制冷技术方面的有关图表上所标注的压力一般为绝对压力。
4.温度和温标
(1)温度
温度是表示物质冷热程度的物理量。理论上讲只要高-273.15℃,无论处于何种状态，物质内的分子运动都不会停止。子运动的快慢直接影响分子平均动能的大小，分子平均动能越大，质的温度越高；分子平均动能越小，物质的温度越低。即分子运动平均动能值决定了物质的温度高低，它反映了物质分子热运动的剧烈程度。
(2)温标
物体温度是可以测量的。为了定量地测量温度，需要规定温度数值表示方法，即温标。在制冷与空调技术中，常用的温标有摄氏(t)华氏温(F)热力学温(T)它们的单位分别是摄氏度℃、华氏度FK。
1)摄氏温度。规定在一个标准大气压(1.013×10Pa 下，净水的冰点为0℃,沸点为100℃,在这两点之间分成100等份，每等份为1℃,记作1℃。以摄氏温度为刻度的温度计称为摄氏温度计。摄氏温度使用方便，易读易算，是我国法定计量单位。
2)华氏温度。规定在一个标准大气压下，纯净水的冰点为32F 沸点为212F在这两点之间分成180等份，每一等份为华氏1度，1F以华氏温度为刻度的温度计称为华氏温度计。华氏温度分度细，准确性高，但使用不方便。
3)热力学温度。又曾称绝对温度。它是热力学温标指示的温度在该温标中，规定水的三相点温度为27K标准大气压下沸点为37K在两点之间分成100等份，每一等份为即热力学温度1度。在热力学中规定，当物质内部的分子运动停止时，其绝对温度为零度，T=0 K热力学理论表明，热力学零度是不能达到的。热力学温度多用于理论研究和理论计算。
按照规定，当温度值在零度以上时，温度数值为正值，数值前面加“+”号，“+”号可以省略；当温度值在零度以下时，温度值为负值，数值前面加“”号，“”号不可省略。
(3)三种温标换算
我国在制冷与空调技术中，经常使用摄氏温度和热力学温度。些进口设备的技术指标中使用华氏温度。
把华氏温度换算成摄氏温度，由下式计算：
t=1.8×(F-32)
式中 t——摄氏温度；
F——华氏温度。
把摄氏温度换算成华氏温度，按下式计算：
F=1.8t+32
式中 F——华氏温度；
t———摄氏温度。
摄氏温度与热力学温度的关系式如下：
T=t+273 或 t=T-273
式中 T——绝对温度；
t——摄氏温度。
测量物体温度的仪器叫温度计。温度计种类很多，制冷与空调技术中常用的有热电偶温度计、电接点式温度计、半导体温度计、数字温度计等：它们大都以摄氏温标为计量单位。
(4)几种常用温度
1)室温：通常表示居住生活场所的正常温度。在制冷与空调工程中，它表示被操作调节的空间温度，如冷藏间或空调室等的温度。
2)露点温度：表示在一定湿度和压力下，湿空气中所含的水蒸气开始受结时的温度。此时的相对湿度为100%。
3)干球温度：在修正了热辐射影响之后，由准确的温度计指示的气体或气体混合物的温度。
4)湿球温度：当水蒸发或冰升华成水蒸气至空气中，使空气在同的温度下笔热地处于饱和状态时的温度一般可用湿球温度计测得，湿球温度要比干球温度低。
5)临界温度。与物质的临界状态相对应的饱和温度。在临界状态下，液体和气体具有相同的特性。
6)三相点：在单一物质系统中，气、液、固三相平衡共存时的温度。
二、物质状态变化、热能、热量与比热
1.物质状态变化
物质形或何种物态，是由分子间作用力大小和分子热运动的强来决定的。在缓慢升温过程中，每当某种相互作用的特征能量不足抗衡执运动能的破坏时，物质的宏观状态就可能发生变化，从而出一种新的物态：在一定的成分下，当温度变化时，物质所发生的从种状态到另一种状态的转变称为物态转变。
以水为例：水随着外部条件温度、压力的变化，其物态也相应发生变化。在标准大气压下，当水被加热到100℃时会逐渐变成气态，即水蒸气，而水被冷却到0℃时会逐渐变成固态，即冰。反之，固态冰吸收热量，温度高于0℃时会全部变成液态，即水。水蒸气放出热量，温度低于100℃时会全部变成液态，即水。物态变换过程中主要体现热量的交换以及温度的变化。
物质由固态变为液态的过程称为熔解，如冰融化成水。熔解的过程称为凝固，即液态物质变为固态物质。物质在熔解和凝固过程伴随着吸热、放热，但温度不发生变化。物质熔解或凝固时的温度称为该物质的熔点或凝固点。
物质由气态变为液态的过程称为液化，如水蒸气液化成水。液的逆过程称为汽化。汽化有两种不同的方式一种是液体内部和表同时汽化的现象，称为沸腾；另一种是在液体表面产生的汽化现象称为蒸发。制冷技术中使用的“蒸发”一词，是蒸发和沸腾两种汽化现象的统称。
固态物质不经过液化而直接变为气体的过程称为升华，如干冰(固体CO₂ 变为CO 气体的过程。升华的逆过程称为凝华。
物质三态相互转化，特别是液态、气态相互转化，对制冷技术着重要意义。制冷技术是利用制冷剂物质的液态一气态—液态变化实现热量从低温环境向高温环境的转移，从而达到采用人工的方法调节并保持一定的温度的目的。
2.热量及其基本参数
(1)热能与热量
许多宏观物体是由大量分子组成的。分子不规则的热运动和分之间的相互作用，构成了物体分子的动能和势能。物体的分子的动和分子相互作用引起的势能的总和叫做物体的内能，也称作物体的热能。
热量是能量的一种形式，是由分子的无规则运动产生的，微观体现为物体内分子热运动的剧烈程度，物体内分子平均动能越大，物体温度越高；反之，物体温度越低。物体受压力、日光照射、通电化学作用或燃烧等，均可使分子运动加剧，在宏观上则表现出物体度的升高，即物体从外界吸收热量，自身热能增加，物体温度升高；反之，物体向外界放出热量，自身热能减少，温度降低。
热量与其他形式的能量可以相互转换，如电能转换成热能，能转换成机械能等。热与功也可以相互转换一定量的热消失时必然产生一定量的功，消耗一定量的功也必然产生与其相应的一定量的热。
热量是通过两个存在温差的物体而传递的能量，并且从高温物传递给低温物体，是表示物体吸收或放出多少热的物理量，所以热只有在热能转移过程中才有意义。制冷与空调技术就是研究和利用热能的转移过程及其量的关系的科学。
热量的单位主要有国际单位、公制工程单位、英热单位。国际位是焦(耳(J)这也是我国国家法定计量单位。其物理含义：1N的力使物体在力的方向上发生1m位移所做的功为1J。
热量的公制工程单位用(cal)大(kcal表示。其物理义是1g纯水在标准大气压力下，温度升高或下降1℃所需吸收或放的热量为cal。这种单位是已废止的单位，但在实际工作中还会遇到，故予以介绍。
英国、美国常采用Btu作为热量的单位，Btu为英制热单位其物理含义为1磅纯水在标准大气压下，温度升高或下降1°F 所吸收或放出的热量为1Btu这也是已废止的单位，但在实际工作中还会遇到，故予以介绍。
(2)比热容
物体的温度发生一定量变化时，物体所吸收或放出的热量，不与其自身性质有关，而且还与物体的质量有关。相同性质组成的物质量不同，它们升高或降低1℃时所吸收或放出的热量是不同的。样，相同质量而由不同性质组成的物体升高或降低1℃所吸收或放的热量也是不同的。这是因为各种物质的比热容是不同的。把单位质量的某种物质升高或降低1℃所吸收或放出的热量，称为这种物质的比热容或质量热容，单位是J/(k℃)。
制冷工程中，在温度变化范围不太大，或者计算要求不太精的场合，往往把比热容取为定值。例如，将水的比热容取为4.18 J/(k℃)冰的比热容取为2.09J/(kg▪℃)。
物体温度的变化将伴随着热量的转移，即得到热量或放出热量得到或放出热量的数值与该物质的质量热容、质量及温度变化值成正比。计算式如下：
Q=cm(t₂-t₁)
式中 Q——热量，J;
c——物质质量热容J/(kg▪℃);
m——物质的质量kg;
t——物体初始温度，℃;
t₂——物体终止温度，℃。
(3)显热与潜热
物质在吸收或放出热量时，根据该物质温度是否变化，把它吸收或放出的热分为显热和潜热。
1)显热。物质在被冷却或加热过程中，物质本身不发生状变化，只是其温度降低或升高，在这一过程中物质放出或吸收热量称为显热。显热可用温度计来测量，也能使人们感觉到热这种热又称为可感热。例如，把一块铁放在火炉上加热，铁块断吸收热量，温度逐渐升高，在铁块熔化成铁液之前，其形态终是固体，而温度是可以测量出来的，这时铁块所吸收的热称固体显热。如果把一壶水放在火炉上加热，水不断吸收热量，度随着不断升高，当水的温度未达到100℃时，其形态仍然为液水，它所吸收的热量(如果把蒸发忽略)称为液体显热。如果气体密闭在一个容器内，从外界继续加热，则气体的温度不断升，但气体仍然为气体，此时吸收的热(如果未发生裂解或其他反应)则为气体显热。
2)潜热。物质在被冷却或加热过程中，物质本身只是状态发生化，而温度不发生变化，如物质由液态变成气态、液态变成固态，在这一过程中物质吸收或放出的热称为潜热。它无法用温度计测量，但可以计算出来。例如，对0℃的冰加热，在冰完全融化成水之前，逐渐由固体变为冰水混合物，这时，冰所吸收的热称为熔解潜热。一杯水放入冷冻室，当水温降至0℃以后，杯内水开始凝固成冰，管水仍将向四周散热，但此时杯内冰水的温度仍为0℃,只是杯内在增多，而水在减少。水在结冰过程中向外放出的热称为凝固热。体在沸点汽化时所吸收的热量叫汽化热。对100℃的水继续加热，便开始沸腾，水急剧转化为气体，而水的温度没有改变，这个过程单位质量的水所吸收的热称为它的汽化热。所生成的水蒸气在液化时，也将放出同样的热。
在蒸气压缩式制冷系统中，利用制冷剂在蒸发器的低压状态下液态变成气态时吸收大量汽化热；在冷凝器的高压状态下由气态变液态时向外部环境放出大量液化热，通过制冷剂在制冷系统中的循环达到制冷目的。
三、热传递的基本方式
热是一种能量，在没有外力的作用下，热总是从温度高的物体到温度低的物体。把两个温度高低不同的物体放在一起(接触或相靠近),它们各自的温度将发生变化：较热的降温，较冷的升温。这个过程实际上是热能的传递，即内部分子不规则运动剧烈的物体把一部分热能传递给这种运动较不剧烈的物体。无论物质处于三态中的何状态，只要它们之间存在温差，并且它们之间不存在绝热介质，那就必然存在热量的传递过程。不仅如此，热能传递也可以在同一物冷热程度不同的部分间发生。热传递是一个十分复杂的过程。在制与空调技术中，制冷与空调空间热负荷的确定，热(冷)媒输送管的隔热保温，制冷设备的设计、选型和性能评价，都涉及依据热传递规律进行的分析和计算。
热传递有三种基本方式：热传导、对流与辐射。在实际的传热程中，这三种热传递方式往往同时进行，当然也存在只有一种方式传热的情况。
1.热传导
热量由物体内部的某一部分传递到另一部分，或者是两个不同度的物体互相接触，热量由温度高的物体传递给温度低的物体，在 样的传热过程中，物体各部分物质并未移动，这种热传递的形式叫传导。热传导是依靠物质的分子、原子或自由电子等微观粒子的热动传递热量的。在纯热传导过程中，物体各部分之间不发生相对位移，也没有能量形式的转换。
在制冷与空调技术中，冷库墙体内热量传递、制冷管道壁内的热量传递均是热传导。
用一瓷碗和一铝饭盒同时盛满很热的汤，瓷碗可以很顺利地用端走，而铝饭盒因为很热不能直接用手去端。这是因为物质的材料同，其导热能力也不同。容易导热的物质称为热的良导体，如银、铜铝、铁等金属；不容易导热的物体称为绝热材料，如棉、毛、泡沫料、软木和空气等。为了表明物质材料导热的能力，引入热导率这物理量。在稳定的条件下，面积为m2厚度为m两侧平面的温度差为1℃时，在1的时间内，由一侧面传递到另一侧面的热量，称作该种物质的热导率，单位W/(·K) 用符号表示。热导率大表明其热传导能力强。传热量可根据不同工况下的计算公式进行计算。
对于单层平壁导热，其传热与平壁材料的热导率、平壁两侧之间的温差、平壁面积和传热时间成正比，与平壁的厚度成反比。如图2-4所示。其传热量计算公式如下：
Q=kSt(T₁-T₂)/δ
式中 Q——传热量J;
K——材料的热导率W/(m·K);
S——平壁面积m2;
t——传热时间,s;
T1、T2平壁两侧表面温度K;
δ-—平壁厚度m。
在制冷与空调实际应用中，冰箱的箱体、冷库的围护结构常采导热能力差的物质，如泡沫塑料、岩棉、硅藻土、玻璃纤维等作隔保温材料，以减少冷量损失。而热交换设备，如蒸发器、冷凝器则用导热能力强的物质，如铜、铝、钢等，提高传热效率，增加热传导量。
2.对流
对流是指流体各部分之间发生相对位移时所引起的热量传递。气体或液体中，由于存在温度差、密度差和压力差，分子的流动产了热量的传递。对流仅能发生在流体中，而且必然伴随着热现象。体的热物性和运动情况，固体壁面的形状、大小和放置方式等，对流换热均有影响。热交换发生在流体与固体表面之间，热传导与对同时存在，这种情况称为对流换热。对流换热是热对流和热传导两种作用的结果。
对流分为自然对流和强制对流两大类：自然对流是由于流体各分温度、密度的不同而引起的流动，如冰箱后背冷凝器表面附近的气受热向上流动。强制对流是依靠风机、水泵或其他强制方法维持流动，如空调器室外机、室内机对流换热、冷凝器管内冷却水的流动等。
对流换热的换热量Q与流体所接触固体壁面的面积成正比，与流体和固体壁面的温度差成正比。对流换热的强弱程度，通常以换热系数α表征，α的单位W/(m2·K)影响换热系数大小的主要因素有流体的流动速度、流体的性质(质量热容、黏度、导热系数等)、固体壁面的结构形状和尺寸大小等。正是因为影响因素多而复杂，所以至今无法得到对流换热系数α的理论解。目前使用的一些有关换热系数α的计算公式，都是由理论分析和实验结果综合整理而得出的。
对流换热的换热量由下式计算：
Q=aSt(T₁-T₂)
式中 Q——换热量J;
α——换热系数W/(m2·K);
S——流体与固体接触面积m2;
t———换热时间，s;
T1、T₂——流体与固体表面温度K。
热传导和对流换热的计算式中，都表明换热温(T1-T₂ 越大则换热量越大。但这并不说明通过提高冷凝温度，增大与冷却介质 温度差，就可以提高制冷设备的制冷能力。因为提高冷凝温度会给 缩机、制冷系统带来很多不利因素而适得其反，但是保证一定的换热温差是制冷循环所必需的。
3.热辐射
热辐射是物体由于自身温度或热运动而向外发射热射线的过程是一种不需要物体直接接触的热传递方式。
一切宏观物体都以热能的形式向外辐射能量，并伴随能量形式转换，即热能电磁波→热能。实验证明，在任何温度下，物体都 外发射各种频率的电磁波。在物体向周围发出辐射能的同时，也在 收其他物体发出的热辐射能，其结果是物体间的能量转移，即辐射 热。辐射能可以在真空中传播，而热传导、对流只有当存在着气体、液体或固体物质时才能进行。
热辐射能量与物体本身的温度、物体的特性有关。物体表面颜越深、表面粗糙度越大，发射和吸收辐射能越容易。黑体的辐射出度与物体绝对温度的四次方成正比。冷凝器加工成黑色是为了增强射能力，冷库的墙体或换热管道的包扎采用浅色和银白色，目的是减少辐射能的吸收，提高保温效果。
在制冷空调技术中，热传导、对流和辐射这三种热传递方式往同时进行。对其处理是否恰当，关系到设备的制冷效果。但由于制冷与空调系统中温度低、温差小，计算热负荷时常常忽略辐射换热。
4.热传递方式的应用
在各类制冷空调设备中，应用热传递的方式可以强化或削弱传热，从而提高制冷空调设备的制冷性能，保障其安全运行。
对于各类热交换设备，提高传热效率，即尽可能提高单位面积传热量，可以达到使设备结构紧凑、减轻重量、节省材料和减少能的目的。从传热方程式可知，提高换热系数、扩大传热面积、增大热温差都可使传热量增大。例如，制冷与空调设备中的热交换器，了增大热交换量，都采用换热系数大的材料。在冷凝器中，改进传面结构以扩大传热面积，使冷热两种流体反向流动来加大传热温差增大强制对流时流体介质的流速也可提高换热系数增加换热量。在行与维修中，经常清洁传热面、去除污垢，可有效地降低换热热阻，提高换热效率。
制冷与空调的作用是通过采用人工的方法，在一定时间和一定 间里，将某流体(如空气)或某物体冷却，使其温度低于环境温度并保持这个预先设定的低温。这时，热传递的三种方式就会对其产影响。在制冷工程中，不仅要利用各种转换方式以提高制冷效果，且还要根据各种热传递方式的特征，以降低热传导，从而保持低温这就需要削弱传热，如冰箱、冷库和空调建筑物的围护结构。为了能，空调用冷(热)水管、风管等都应注意隔热保温，要选择导热力弱、换热系数小的保温材料做保温层，在保证安全合理运行的情下，尽量增大保温层厚度。设备安置的环境应尽量远离热源，靠近冷源，并在辐射换热面加遮热板等。
四、热力学基本定律
1.热力学第一定律
热力学第一定律，即能量守恒与转换定律，指系统从外界吸收热量等于系统内能的增加和系统对外做的功之和。它建立起热能和机械功之间相互转换时的平衡关系，是热、功数量计算基础。
热是能量传递的一种形式，热可以在有温度差的两个物体之间递，使一个物体的温度升高而另一个物体的温度降低，最终达到平衡。同样也可以通过物体做功使物体的温度升高，例如制冷设备的电动机消耗电能转变为机械功，即电动机带动压缩机运转，机械功对制冷蒸气进行压缩，使制冷剂压缩成高温高压蒸气，增加热能后又进入凝器，在冷凝器中这部分热能又传给空气或冷却水。这样的热量传过程既体现了能量在转移过程中的形式变化，又表明了功和热之间的等量的本质联系。
历史上，英国人焦耳进行过多种多样的实验，致力于精确测定与热相互转化的数值关系。实验表明，外界可以通过做功使水的温 发生变化(升温△t)也可以通过热传递使水产生同样的温度变化而且一定量的功消耗于水时，总是有等量的热产生出来。这就说明功与热的转换只是能量传递的一种形式。
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在涉及热现象中的具体用。它指出自然界一切物质都具有能量，各种形式的能量可在一定件下相互转化，能量既不能创造，也不能消灭，只能从一种形式转为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。
这个定律把各种物质运动形式的转化规律定量化，并找到了各物质运动形式相互转化时的公共量度，这个公共量度以机械运动的作为测量标准。它表示，将一定数量的热能转换为机械能时，必产一定数量的机械功。反之一定量的机械功转换为热能时，也必产生数量一定的热能。
当外界做功使物体生热时，功与热之比为定值，称为功热当量(A)。
A =4.18/427(kJ/kgf·m)
当以热做功时热与功之比为定值，称为热功当(E)。
E =427/4.18(kgf·m/kJ)
热和功两量之关系的数学表达式为
Q = AW
式中 Q——热量(由机械功生成的热)kJ;
W——机械功N·m;
A——功热当量，kJ/(N·m)。
在制冷与空调工程中，利用热力学第一定律可以分析各类热力系统工质的稳定流动过程，建立能量转换方程式。例如对于闭口热力系统，工质可以同外界发生热量和功的交换，但没有工质的流进流出工质可以发生状态变化，但其质量恒定不变。而在开口热力学系统中工质的状态参数和流量不随时间而变化，而且进、出口流量相等；要求系统在单位时间内，同外界交换的热量和功始终保持恒定。
2.热力学第二定律
热力学第一定律建立了内能、功和热量的相互转化关系，各种式的能可以自由地相互转化。只要在过程中总的数量守恒，无论是转换为热，还是热转换为功，都没有给予任何限制。即热力学第一律并没有指出能量转换的条件和方向。在热传递过程中，热量可以 高温物体自发地传向低温物体，气体可以自由膨胀充满整个容器， 热量却不能自发地从低温物体传向高温物体，气体也不能从充满的器中自动缩回原处。人们的实践表明，在没有任何外界作用的条件下任何反方向的过程是不会自动发生的，在热力学系统中一切实际 宏观热过程都具有方向性，是不可逆过程，这就是热力学第二定律揭示的基本事实和基本规律。它和第一定律一起构成了热力学的主要理论基础。
热力学第二定律是在有关如何提高热机效率的研究的推动下逐步被发现的。对热力学第二定律有以下两种经典表述。
(1)在自然条件下，“热量由物体自动地转移到另一较高温度物体而不引起其他变化是不可能的"。这种表述说明热量不能从低温体自动转移到高温物体。欲使热量从低温物体转移到高温物体，必定要消耗外界的功。
(2)“不可能从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而产生其他影响。”这种表述说明，各种形式的能很容易转换为热能，使热能全部而且连续地转换为功是不可能的，因为热能转换为功时，必定伴随着热量的损失。
热力学第二定律的两种表述都反映了同一客观规律，彼此是等的。第二种表述说明功变热过程是不可逆的；而第一种表述则指出热传导过程的不可逆性。它表明了自然界的自发过程具有一定的方向性和不可逆性，而若实现可逆过程，必须具备补充条件，并且在能量转换中其能量的有效利用有一定的限度。
在制冷与空调技术中，制冷机将低温物体(如冷冻室、冷藏室的热量转移给自然环境(如水或空气),并维持低温环境；热泵则 从自然环境中吸取热量，并将其输送到需要较高温度的环境中去( 暖室),这两种过程都是要消耗机械能，将机械能转化为热能，使热 由低温热源(蒸发器)转移到高温热源(冷凝器)。为了尽可能地 低在转换过程中的能量损失，就必须采取改进制冷循环的方法，在一定条件下提高热效率并使之达到最高值。
