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热量的“搬运工”----空调

夏日炎炎,烈日当空,是空调带给我们凉爽,使我们能够安心工作和有一个良好的睡眠。而在冰天雪地的冬天,空调又为我们带来温暖,使我们可以全身心的投入工作与学习当中。如今多数家庭采用的均为冷剂式热泵型分体空调(以下简称空调),有壁挂、立柜两种常见形式,既能制冷又能制热,在我们的生活中发挥着极为重要的作用。但有很多用户感叹为什么空调在夏天运行时制冷效果很好,冬天使用时房间内却迟迟不热呢?这就要从空调的工作原理来分析。

空调由四大部件组成,有蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀(或膨胀阀)。还有一个重要的介质便是制冷剂。夏季,室内空气通过进风口进入机组内,蒸发器中的制冷剂吸收室内空气的热量,制冷剂由低温低压的气液混合物(气体多、液体少)变为中温低压的气体,之后经过压缩机压缩为高温高压的气体,再在冷凝器侧放热变为中温高压的气液混合物(气体少、液体多),后由节流阀减压为低温低压的气液混合物(气体多、液体少),又回到蒸发器,循环往复。在蒸发器侧被降温后的空气重新送入房间,冷凝器侧放出的热量在风机的动力下被室外空气带走。原理见下图1。

图1 空调的工作原理

冬季则是利用四通换向阀使夏天的制冷循环逆向运行变为制热循环,这时候原本的冷凝器变为蒸发器,蒸发器变为冷凝器,蒸发器侧的制冷剂从室外吸收热量,经过压缩机压缩,再到室内冷凝器侧放出热量,机组内空气升温后送回房间。可以看出不论在夏季还是冬季,空调充当的作用即为热量的“搬运工”。夏季将室内的热量“搬到”室外去,冬季将室外的热量“搬到”室内。

针对以上提出的问题,其实有多种影响因素,这里只从本质原因进行解释。

(1)以热量的来源看:夏季是从室内取热,室内温度大致在25-35℃之间;而冬季是从天寒地冻的室外取热,室外温度起码在10℃以下。冬季取热比夏季取热困难。

(2)制热时需升高的温差比制冷时需降低的温差大得多。以上海某区的某家庭为例,夏季空调室外干球计算温度:34.4℃,室内设定26℃,制冷温差:8.4℃。冬季空调室外计算温度:-2.2℃,室内设定20℃,制热温差:22.2℃。制热温差远远大于制冷时的温差。制热(制冷)就类似于爬楼梯,温差越大需爬的层数就越多,空调的工作负荷就越大。

结合两点来讲,同一机组的制热与制冷相比,其不仅任务难,而且任务量大,因此功率一定的条件下达到设定室温所需的时间自然也越长。看到这里会有人问,那冬季室外温度达到零下甚至更低的时候,制热岂不是更慢吗?答案是对的。室外温度越低,导致空调的取热越困难,制热温差也越大,升温自然更加缓慢。

那如何克服这一问题呢?厂家为我们提供了一种附加功能--电辅热。电辅热是指利用电阻丝发热原理,将电能转换为热能以此来补充热量,使房间能够更快地热起来。听起来不错,但电是优质能,热是低质能,这两种能量形式的转换是不经济的,可以通过计算来进行比较。根据能量守恒与转换定律,1度电可以产生1度的热,热量一般不以度为单位,1度热=3600KJ热量。但是由于转化的过程当中会存在一定的散热损失,因此可利用的热量会小于3600KJ。而对于制热循环,能效比也在3-4左右,意味着1度电可以产生3-4度的热量。在同等耗电量的条件下其产生的热量是电辅热的3-4倍,故电辅热相对于普通制热是非常费电的。它仅适合在室外温度极低,且制热效果不理想时开启,否则不必开启电辅热。特别注意的是:冬季启动制热模式时,要留心观察电辅热有没有自动打开,避免造成非必要的能耗。


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