我說的效率是能源轉換率,就是消耗同樣多的電能,誰產生的熱能多。
我新房子打算買空調。觀察了多品牌多型號的空調,我發現一個問題,嚴重困擾著我。以至於顛覆了我多年來的習慣性思維。
一、先說空調的製冷功能。
空調有個重要的參數叫製冷量。我發現,一般情況下,1匹空調的製冷量都在2200~2500w,但它的功率大概在1匹,735瓦,我為了計算方便,製冷量按2250w算,功耗按750w算。那麼有幾個問題我不能理解。
疑問一。製冷量是個什麼概念?我自己理解為把室內的熱能(也可以說熱量、內能等等,類似概念大家應該能理解)以2250焦耳/秒的速度向室外轉移。功耗是個什麼概念?這個我比較確定,就是每秒消耗750焦耳的電能(也可以說電量)。製冷量,「量」是個功率單位?
疑問二。咱們以定頻空調製冷模式這一特定情況來討論。空調工作過程中,以每一秒為單位來看,為什麼它消耗750焦耳能量,能轉移出去2250焦耳能量呢?
它的工作原理我也了解。空調是一個密封的金屬管道環路,在室內和室外兩個部位增加了散熱片及風扇。在這個環路中充斥著冷凝劑。在這個環路中,有一臺壓縮機,它對冷凝劑進行壓縮,將其由氣態轉換為高壓下的液態,在這個過程中,冷凝劑溫度大幅升高,據說能升溫到80攝氏度。然後高溫的冷凝劑液體通過室外的散熱片將熱量散發到周圍的空氣中,這一過程中冷凝劑液體溫度降低。冷凝劑液體降溫後,又通過環路流經室內的散熱片,在這裡有個裝置使其在散熱片中膨脹氣化,冷凝劑氣體溫度大幅下降,大概能降溫到10度。室內散熱片的周圍的空氣流過散熱片,空氣會降溫,也就是冷凝劑吸收了室內空氣的熱能。被加熱後的冷凝劑氣體又通過環路流經壓縮機,被壓縮,這些步驟循環進行。
我在想,空調利用製冷劑的溫度調節空氣溫度,為什麼能用一點點能量使製冷劑的溫度發生變化從而去吸收和轉移大量的空氣中的熱能?這個功率為什麼能起到擴大作用?
二、再看空調的制熱功能。
我查空調和電暖器的制熱量這個問題,比訴說「相同功率的空調和電暖器制熱量一樣嗎」。網上絕大部分帖子都不正面回答,只是說,相同功率的空調和電暖器,空調製熱效果好,可是我看來看去,發現他們說的空調效果好的原因全都歸結於空調有風扇,可以把熱風吹向房間各個角落,所以我覺得他們說的只是「效果」或者「體感」好吧,我覺得如果是很小一個地方,只靠對流就能充分傳導熱量,或者給電暖器增加一個風扇,電暖器的效果一定不會差於空調。並且這種說法或者回答都不是我諮詢的問題啊。至於能說到制熱量或者制熱功率的帖子,全歸結於「熱量搬運」,他們說,1千瓦的電暖器,制熱功率幾乎為1千瓦(電暖器轉換效率很高),而1千瓦的空調,工作1小時,消耗1千瓦時電能,可以「搬運」3千瓦時的熱量。1度電和焦耳的換算關係我就不管了。
單位時間內,向外散發了多少熱量?散熱的快慢也可以說是功率,即每一秒鐘散發了多少焦耳的熱量。按我的理解,決定這個功率的幾個要素包括,一是溫差,二是散熱片的材質,三是接觸面大小,四是空氣流速。
溫差。按一般知識,冷凝劑流入室外散熱片時的溫度很高,隨著它流經散熱片,從散熱片流出時溫度已經較低了。那麼咱們考慮整個室外散熱片內的液態冷凝劑的平均溫度。那麼溫差就是看兩點,一是室外散熱片平均溫度,二是室外空氣溫度。溫差越大越好。
散熱片的材質,力求利於導熱,或者說要導熱快,該效果越好,整個散熱片和內部高溫冷凝劑的溫差越小,也就是說散熱片溫度幾乎等於冷凝劑溫度。現在一般都是銅管+鋁鰭片,導熱良好。說到底也是散熱片和外界空氣的溫差越大越好。
接觸面的面積,也就是散熱片的面積,也是越大越好,接觸面越大同時越能加熱更多的空氣。現在都是銅管+密集排列的多層鋁鰭片,散熱片總面積很大。
空氣流速,力求高速,該效果越好,每微小體積的空氣在通過散熱片時接觸時間越短,越能保證散熱片接觸的空氣都是被自身加熱較少的較冷空氣。考慮到散熱片一般都較窄,風速達到一定程度後即可。是否需要風扇更加強勁?這個影響沒有想像中那麼大。說到底也是外界空氣和散熱片的溫差越大越好。
看起來,最重要也是溫差。那就看溫差。溫差怎麼形成? 室內溫度一般都比室外低,可以說,所有環路內的冷凝劑的溫度總體來說比外界溫度低,但它會部分變為高溫能向室外空氣散發熱量,這就是於壓縮機的作用。壓縮機使用電能驅動電機帶動機械部件,對冷凝劑做機械功,造成這部分冷凝劑內能增加而升溫。
參考中學時代氣缸+乙mi醚((這個詞語竟然被限制好奇怪))棉球那個試驗,氣缸突然加壓導致缸內空氣+乙mi醚棉球升溫燃燒,咱們將乙mi醚棉球和空氣換成冷凝劑。假設室溫25度。室外溫度35度。不考慮氣缸裝置本身的內能,氣缸僅起到密閉和熱傳遞作用。