空調是誰發明的,又是如何製冷的?

2021-01-11 製造原理

Hello大家好,我是風雲哥。大暑一過,全國大部分地區進入了燒烤模式,地面溫度四五十度,感覺拖鞋都要融化了,雖然有些地方還在下雨,然而小夥伴們表示,下了雨也不頂用,反倒是又悶又熱。

一提到夏天,小夥伴們第一時間想的一定是空調WiFi西瓜,這排第一的空調要是少了,即使有WiFi和西瓜,恐怕也沒有幾個人願意在房間裡呆著的。夏天一到,命簡直就是空調給的有木有!那你一定要感謝一個人——威利斯開利Willis Haviland Carrier,不多說,肯定有小夥伴知道他就是空調的發明者,1928年就搞出了家用空調。

威利斯·開利生於紐約州伊利湖畔的小鎮安哥拉,他喜歡發明和創造並立志成為工程師多少還是受其母(伊莉莎白)親影響較大,因為他母親不僅會修鐘錶縫紉機,還會家電維修,算得上是個女強人,他的父親經營著一個農場,生活條件還算優渥。1901年進入康奈爾大學學習,獲得了機械工程專業的碩士學位,也結識了第一任妻子,這個學霸君也算是人生巔峰了。隨後開利改良的空氣調節裝置(空調的前身)終於在1906年,此項發明得到了其人生中的第一個專利,並被後人稱為「空調之父」。值得一提的是,第一段婚姻在10之後以喪偶告終,在開利的一生中一共擁有了3個妻子,但卻沒有留下後代……

空調是怎麼製冷的呢?相信很多小夥伴也只知道有個製冷劑這麼個東西在起作用,並不了解其深入的原理。其實就是利用了物理上的一種現象「物態變化」物質的狀態一般有三種,固態、液態、氣態(只是在地球上是這樣,其實等離子態和超固態才是這個宇宙的常態)以水為例,冰融化成水,需要吸收周圍環境的熱量,水氣化成水蒸氣,依然是要吸收大量的熱量,如果將這個過程倒轉過來,就變成了放熱過程。

如果這個例子不夠直觀,風雲哥再舉個慄子,打開蒸鍋去取熱包子的時候,一不小心就會被蒸汽燙一下,很多人都知道蒸汽燙傷比水燙傷還厲害,為什麼呢?因為蒸汽不光自身的溫度很高,遇到我們的常溫的皮膚,冷凝成水的過程,也會放出大量的熱,這個疊加的過程就導致了燙傷的加重。

那麼好了,接下來我們就可以聊空調的原理了,空調並不是在我們的室內產生了多少冷,而是將我們室內的熱量通過物態變化伴隨著的能量流動,一併帶走,室內的熱量減少了,溫度自然也就低了。只不過因為水的沸點比較高,並不容易發生這一物態變化,我們並不會用水做製冷劑。而是採用了一些沸點較低的物質(氟利昂CCl2F2,R22、R431a)

空調製冷的過程也並不複雜,有點像一個熱量的傳輸帶。在空調中,製冷劑在連接著室內機和室外機的銅管裡循環流動著,但是在兩端卻發生著截然相反的兩種情況:

流入室內機的製冷劑由於壓力被減小,製冷劑隨即沸騰(氣化吸熱),這一過程中就帶走了室內大量的熱,於是室內機風扇吹入的空氣被降溫後吹出空調,就是涼風。

當氣化的製冷劑循環到室外機時,被壓縮機提高壓力,沸點低於室外溫度,氣化的製冷劑重新變成液態,放出室內的熱量,這就是為什麼空調外機吹出的熱風了。

但是值得注意的是,同樣是製冷設備的冰箱,原理和空調卻是相反的。冰箱是將冷凍室內的熱量帶到的室外,但是由於冰箱的體積一般都比較小,所以並不會設計專門的室外機散熱,而是直接將熱量通過冰箱散熱面釋放到了廚房裡。所以廚房裡會比較熱,但是如果是大型的冷凍設備,就有必要弄個室外,將多餘的熱量釋放掉。

那麼好了,我們知道了空調製冷的原理後,如何選擇一款適合自己的空調呢?空調的那些參數代表了什麼含義呢?

最常見的空調型號上,標有R的是冷暖兩用空調,沒有R的空調不會制熱只會製冷。空調的另一個參數就是匹數,匹數原指輸入功率,包括壓機、風扇電機以及電控部分,後來就間接的代表了空調製冷的功率,匹數越大,同面積的製冷效果越好。一般來說一匹的製冷量是2000大卡,在國際單位上換算還要乘以1.162,所以一匹的空調就是2324W。

一般情況下,匹數並不能代表空調的瓦數,因為匹這個單位是一個區間,並不固定, 2300~2600W都稱為一匹,3200~3600W為1.5匹,4500~5500W為2匹。還經常見到代表空調製冷性能的簡稱還有幾零機,(25機、30機、35機、50機)這個倒是明確了製冷量是3000W還是3500W,和匹數換算就是1匹、1.5匹、2匹和2.5匹。

在選擇什麼樣的空調的時候也是個技術活,除了根據房屋的面積之外,還與房屋的建築材料和保溫性有很大的關係。而且和安裝的位置也有很大的關係,客廳、廚房、餐廳等熱量比較多的地方,每平方米需要145~ 175W而臥室只需要115-145W就足夠了,平均下來不那麼熱的房間每平方米需要130W,需要加強制冷的地方每平米160W就夠了。那麼和房屋面積相乘就可以得出一個合適的選擇參數了。

小夥伴們有沒有到了夏天,媽媽們捨不得開空調的情況呢?那是因為早些年的空調的確費電,而現在的空調各種技術手段,已經做到了一個不錯的經濟能耗。再說,夏天不開空調,那空調買來不就成了擺設了麼。在這裡風雲哥再科普一個小知識,怎麼科學的合理的省電。

開空調最費電的時間是打開空調到空調將溫度控制在設定溫度的時間,當真正達到設定溫度後,壓縮機是不工作的,耗電量也自然少的多,因此,空調開啟的初期才是耗電高峰。如果外出前關掉空調,回來後打開空調,那麼空調能耗會更高。

反倒不如短期出門不要關空調來的省電,有人就計算出,外出1小時不用關閉空調,如果重新再開反而更耗電,還有一種就是設定為除溼模式更省電,小編試了一下,省電是省電,效果肯定沒製冷好,真正熱的厲害了,還是製冷模式靠譜,那個時候誰還顧得了省不省電哦。

為什麼變頻空調比定頻空調省電呢?原因就在於它倆的設計思路不同,定頻空調會將吹出的冷風控制在設定溫度以下,然後壓縮機停止工作,當室溫再次回升後壓縮機再次介入工作,但是這個過程是相對比較費電的,而且室內的溫度會起伏變化,並不能達到很好的舒適性。

而變頻空調的優點就是當室溫達到設定溫度之後,會自動改變壓縮機的功率,使之一直以低功耗保持室內溫度的相對穩定,相對也就比較省電了。

在日常生活中設定26℃也是比較省電的選擇,如果要長時間出門,提前半個小時關閉空調也能省下部分的電。至於其他的嘛,我覺得沒有什麼比一個好心情更重要了吧。

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