詹福如
空调能效高于100%与能量守恒
2021-9-28 20:26
阅读:2013

      现今空调机的能效大都超过300%,即空调的制冷量或制热量是其耗电量的3倍以上。如某品牌空调机参数为:制热量3.9kW、制热功率1.1kW;制冷量2.6kW、制冷功率0.73kW,能效均>3。相比之下,电阻类电暖器产生的热量不可能大于其消耗的电能,空调的制热效果优于电暖器数倍之多。

  空调以较少的能耗产出较多的能量,似乎违反能量守恒法则。众多的解释几乎千篇一律:空调消耗的电能只是用于搬运能量,不是直接生成热量或冷量,搬运的能量是可以大于搬运功的。实际上,这种说法并不准确,也过于粗略。能量可以被搬运,但不会任性地释放。能量的释放与否、释放多少,深受条件制约。这类似于有人喝水能长胖、有人却可以放心地大快朵颐一样。

  先看空调制热过程:

 1、压缩机将初始态工质气体进行压缩,变成高温高压的高能气体。

 2、高能气体被送到室内管道(冷凝器),成为热源向室内散热。

 3、高能气体因此被降温,成为中温液体,然后进入其后的膨胀阀。

 4、液体工质进入室外管道(蒸发器)而膨胀、吸热,恢复到初始态。

 5、初始态气体进入压缩机,重复第1步,如此循环不止。

制热.jpg

 

  第1步,电力能量经压缩过程转化为工质内能,形成高温气体。第2步,高温气体使室内变暖。关键的还是第3步:工质气体冷却成为液体。气相变成液相,产生了大量热能,这是空调制热量大于耗电量的基本原因。如果此处工质降温后仍为气态,则释放的热量约等于压缩功,但能效很难超过100%(虽然仍可制热或制冷)。工质发生相变,释放相变能量,从而使能效大于1

  制冷.jpg

    空调制冷过程,与制热过程相反。制热时,高温气体首先进入室内机;制冷时,高温气体首先进入室外机。但压缩机的出口、入口是不能改变的,室内机和室外机的位置也是固定的,为此,空调机中设置一个换向阀,解决了彼此双方的变换对接。

    可见,空调机并不是简单地搬运工质的能量,而是全过程参与了工质能量变化,使工质自发相变,产生额外的相变能量,最终让空调机的能效大于1。整个过程符合能量守恒定律。工质的重要特性之一是在循环过程中能自发产生相变。在空调运转条件下,能产生相变,且相变能量尽可能高,是选择工质的重要条件。

  氟利昂的广泛使用对环境的破坏日益明显。尽管目前合成了多种环境友好型氟利昂,但再好的氟利昂,也是人造的温室气体,尤其对于分体式空调,其氟利昂最终全部散发至大气中。氟利昂是碳中和、碳达峰所要解决的重要对象。


转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自詹福如科学网博客。

链接地址:http://wap.sciencenet.cn/blog-3448419-1306041.html?mobile=1

收藏

分享到:

当前推荐数:3
推荐到博客首页
网友评论0 条评论
确定删除指定的回复吗?
确定删除本博文吗?