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空调能量与应用分析

  来源:www.hzriye.com   [99-12-30]  浏览:1807

如果你仔细看一个空调的说明书或者价签,你会发现,有制冷量和制冷功率两个参数,其中制冷量往往是制冷功率的3倍。也就是说,空调每消耗1KW的电量,制出的冷量3KW左右。即使这款空调的品质再高,电能利用的效率达到100%的极限,可是剩下的2KW的能量是从哪里出来的呢?是啊,如果大家把空调制冷过程简单当做电加热的逆过程,那么这个问题想破头你都不会想明白。

    其实,在空调的整个制冷过程中,电并不是被作为能量源被使用,而是相当于一个引擎。用一个形象的比喻,大家把打火机按下的时候,火石发出的火花点燃火机,但是火石并不是作为能量源,能量是由火机里面的液化气燃烧转化的。电在空调系统中的作用,有点类似于火石在火机中的作用。

    空调需要制冷剂,这是每个人都知道的常识。制冷剂的作用,就是在室外空气和室内空气之间搬运能量,电起到的作用,是把制冷剂进行压缩,从而具备吸取热量的潜质  

    制冷剂首先被空调压缩机加压之后成为高压高温的气体,又被输送到空调的冷凝器(在室外机里),由于这部分气体是高温气体,比外界空气的温度高很多。所以,夏天无论外面的温度有多高,大家路过空调的室外机的时候,也会明显感觉到吹出的气发烫,就是这个原因,此时制冷剂正在放热。当放完热之后,就会慢慢变成液体。

    这部分液体又会流入空调的蒸发器,蒸发器的空间很大,制冷剂在瞬间膨胀成为气体。液体汽化时会在瞬间吸取大量的能量,所以蒸发器周围的空气被瞬间吸走一部分热量,变成冷空气,这就是空调吹出的冷气来源。

    可以看出,蒸发器吸取空气的热量,冷凝器向外部再散热,能量是在室内空气和室外空气之间在进行转换,所以,电在这中间起到的作用不是能量源 

    为什么要有压缩机的存在呢?为什么不需要用电来直接制冷,空调的功耗还是不小呢?这就和制冷剂的属性有关系。

    空调的室外机,又叫主机,因为核心部件都在室外机里。要清楚为什么空调还需要耗电、需要压缩机,秘密其实都在主机里。

在常温常压的状态下,制冷剂是以气体的状态存在的。所以,制冷剂进入常温常压的蒸发器,就会瞬间膨胀为气体,从而吸取能量。这部分气体制冷剂如果直接再流入冷凝器,它的常温常压的状态下,是无法液化的,整个制冷过程无法循环。

    要让制冷剂可以在常温状态下汽化,唯一的变法就是加压。大家都知道一个常识,压力越大,物体液化、汽化的临界点都随之提高,也就是说,本来应该是在常温下气态的制冷剂,在压力增大后,有可能低于汽化临界点,变为液体。

    压缩机就起到了增大压力的作用,它把制冷剂压缩为高压气体,在这个过程中,制冷剂的温度也随之提升。这部分气态的制冷剂被送到蒸发器里的时候,和外界温度发生热交换,温度降低就会发生液化,从而为一步的汽化制冷提供基础。

    从能量守恒的原理来看,制冷剂在液化时放出了多少热量,在汽化时就能够再吸取多少热量。所以,由电驱动的压缩机在这中间提供的是压缩空气的作用,和热能的转换无关。因此,空调的制冷功率和压缩机的功耗没有直接的关系,只是在目前的技术背景下,这个系数一般为3左右。   

    知道了这种原理,如果发散性思维,空调的这种从空气中吸热放热的工作系统,能否应用到其它电器中呢。其实,目前这种产品已经出现了。

    首先,空调加热原理就是空调制冷的逆原理,首先利用高温高压的气体液化放出的热量,作为加热时的热源;再把吸取热量的蒸发器转移到室外,让蒸发器吸取空气中的热,从而达到正常的循环。

    另外,热泵热水器是很好地利用了空调原理的一种产品,和空调加热的原理类似,就是利用一种能够吸取空气热量的触媒,将外界空气的热量不断搬运到需要加热的水中。热泵热水器工作的时候,外界空气温度提升,热量被转移到机器中。因此,热泵热水器的电能也只是起到了一个驱动的作用,所以这种产品的热效率能够达到300%左右。网友们如果看到这种产品标注的热效率,并不需要怀疑。但是热泵热水器也存在着体积大、造价高的问题,目前仅对于用热水量大的别墅用户比较适用。

    因为空调在工作时往往会向外散发出大量的热量,一方面让外部温度提高,另外一方面也是一种浪费。据笔者了解,目前已经有企业在生产可以回收空调热量的产品,就是在空调的冷凝器装置上设置一个热交换装置,让散发出的热量被回收回来,留用他用。这种回收回来的热量主要被应用于加热水。

    然而,这种产品有一个最大的局限就是冬天的时候无法使用,因为冬天没有人用空调制冷,也就没有转移出去的热量。所以,很多企业在关注空调和热泵热水器一体机,这种产品既能够保证四季出热水,又能够节省很多的电量。

    空调的这种利用冷媒进行制冷的原理,据说最早只是一种无奈之举,因为全世界没有任何一个国家能够生产直接制造冷量的产品。但是,由于这种制冷原理直接利用空气的能量转移,把电能作为产品的驱动系统,做到了最大程度的节能。例如目前的空调和热泵热水器的制冷和加热效率,都在300%以上。所以,这种技术如果能够克服体积大、造价高的难题,或许能够被大规模应用到其它家电领域。

 

 

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