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空调系统由四个核心组件构成。压缩机负责压缩制冷剂，提高其温度和压力。冷凝器是制冷剂冷凝放热的部件，通常位于室外机。蒸发器是制冷剂蒸发吸热的部件，一般在室内机。节流装置用来降低制冷剂的压力和温度。这四个组件通过管道连接，形成一个封闭的循环系统，制冷剂在其中不断循环流动，实现热量的转移。
制冷剂在空调系统中经历四个循环过程。首先是压缩过程，压缩机将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压气体。接着是冷凝过程，高温高压气体在冷凝器中放热冷凝成高温高压液体。然后是节流过程，制冷剂通过节流装置时压力和温度急剧下降，变成低温低压液体。最后是蒸发过程，低温低压液体在蒸发器中吸热蒸发，重新变成低温低压气体，完成一个完整的循环。
制冷模式下，空调的工作原理是将室内热量转移到室外。蒸发器位于室内机中，低温低压的制冷剂在此蒸发吸收室内热量，使室内温度下降。吸热后的制冷剂变成气体，被压缩机压缩成高温高压气体。然后制冷剂流入室外机的冷凝器，在此冷凝放热，将热量释放到室外环境中。通过这个循环过程，热量不断从温度较低的室内转移到温度较高的室外，实现制冷效果。
制热模式下，空调通过四通阀改变制冷剂的流向，使室内外机的功能发生互换。此时室外机成为蒸发器，即使在较低的外界温度下，制冷剂仍能从室外空气中吸收热量并蒸发。蒸发后的制冷剂被压缩机压缩成高温高压气体，然后流入室内机。室内机此时作为冷凝器，高温制冷剂在此冷凝放热，将热量释放到室内，从而实现制热效果。这就是为什么空调能够在冬天从寒冷的室外吸取热量来加热室内的原理。
空调的节能原理基于其高效的能效比。COP即性能系数，表示消耗单位电能所产生的制热量。优质空调的COP可达3到4，意味着消耗1度电能产生相当于3到4度电的热量效果，远超电暖器的1比1效率。变频技术进一步提升了能效，通过智能调节压缩机转速，在达到设定温度后降低功率运行，避免频繁启停造成的能耗浪费。相比定频空调始终以固定功率运行，变频空调能根据实际需求调节输出，实现更高的节能效果。