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濕熱季節空調器為什麼耗電量大?

空調器是對特定空間(如房間)內空氣的溫度、濕度、潔淨度及氣流速度進行調節,使其達到並保持在人體舒適的空氣狀態的一種器具,它根據室外溫度、濕度(潔淨度及氣流速度本文不討論)等條件的變化而工作。我們都有這樣的經驗,當外界氣候條件變得惡劣,若氣溫高或濕度大(悶熱天氣)而需空調器製冷運行時,空調器消耗電量比一般氣候條件下工作時消耗電量要多。為什麼會出現這種情況呢?這是因為當我們需要房間溫度保持26℃,空調器在室外條件為38℃時遠比室外30℃的溫度時消耗的能量大,因為空調器需產生更多的冷量來平衡掉過多的熱量,產冷量大所消耗電量也就大,這是很容易理解的。但是為什麼濕度大時空調器所消耗的電量也會大呢?

我們知道,圍繞地球表面的空氣層稱為大氣,是由干空氣和濕空氣組成的混合氣體。因為地球表面大部分是海洋、湖泊、江河,有大量的水蒸氣進人大氣,使大氣成為干空氣和水蒸汽的混合氣體,這種混合氣體稱為濕空氣,也可以說我們是生活在濕空氣的包圍之中。空氣中水蒸汽的多少決定了空氣的潮濕程度,濕空氣對生產和生活有很大的影響。如紡織廠生產車間的空氣濕度大(過分潮濕)紗線易粘結,有些金屬類產品會生銹,人們會感到悶熱;空氣濕度小(過分乾燥)紗線斷頭率高,人體會感到乾燥等等。那麼,人們生活所需的較為舒適的空氣條件是什麼?如何保持呢?

空氣條件是指溫度、濕度、潔淨度及氣流速度等。按我國人民的感受習慣,夏季溫度一般為24-29℃、冬季溫度一般為16-22℃。相對濕度一般為40-60%、最好不要低於30%或超過70%才為理想舒適的氣候環境。為了在人們居住的房間內創造和保持一定的空氣條件,就需要有一台質量上佳和控制良好的空調器,即隨著室外氣候條件變化而能保證室內空氣穩定在舒適範圍內(達到上述指標內)的空調器,就是說空調器不僅具有使房間溫度降低(冷卻空氣)的功能,還有降低房間的潮濕度即除濕(減少空氣中水蒸氣)功能。

為了瞭解空調器的工作原理,首先應瞭解一下物質的相態變化。自然界中的許多物質都是以氣態或液態的任一種狀態存在的,隨著外部條件的不同,可以相互轉化,在轉化過程中需要吸熱和放熱。例如:水吸熱可變成水蒸氣(100℃的水加熱可變成100℃的蒸氣),也稱作「蒸發」;相反,水蒸氣冷卻可變成水,也稱作「冷凝」,這種形式的熱量,我們稱為「潛熱」,即溫度不發生變化,只是物質的存在狀態(物理學上稱之為「相態」)發生了變化。當然,這種變化是漸進的,比如水加熱後溫度升高但還沒有變成水蒸氣(如20℃的水加熱可成為80℃的水)時,所需要的熱量,我們稱為「昆熱」,即物質自身溫度發生了變化,但其相態卻沒有發生改變。上面提到空氣的相對濕度問題就是一個典型的物理氣候特徵,在某一溫度時的相對濕度值越大,說明這時空氣中的水蒸氣的含量越高,空氣的潮濕度越大。比如,某一溫度下的相對濕度達到80%或90%,如果濕度繼續增大,達到100%,即相對濕度處於飽和狀態了,這時這一溫度就成為了「露點溫度」。當然水蒸氣在「露點溫度」成為冷凝水也是需要熱量的。

空調器是對空氣的溫度和濕度進行調節的器具,當它在製冷工作時,空調器中的蒸發器盤管表面溫度低於空氣的「露點溫度」時,空氣中的水蒸氣就會在盤管表面上凝結成水,這時既將室內的空氣溫度降低了也將空氣的濕度降低了(也可以說是將室內空氣的熱量移走了)。根據上述介紹,我們就清楚了,如果空調器是在夏季悶熱的氣候條件下運行,要想將室內溫度降下來,不僅應將濕空氣中的「顯熱」即干空氣降溫所需的熱量移走,而且還必須將濕空氣中的「潛熱」即水蒸氣冷凝所需的熱量移走。水蒸氣處於露點溫度下將會因冷凝而漸出水,空氣中的濕度百分比愈大,空調器在製冷降溫過程中所消耗的能量也就越多,因為這時空調器要通過壓縮機工作產生更多的冷量以平衡掉濕熱空氣中的「潛熱」。這時我們直接感覺到的就是,空調器的排水管排出的水(浙出的水)就愈多。例如:將溫度為35℃、相對濕度為90%的空氣冷卻到溫度為25℃、相對濕度為50%時,所需的冷量(移走的「潛熱」和「顯熱」熱量)為「10」的話,那麼將溫度為35℃、相對濕度為60%的空氣冷卻到溫度為25℃、相對濕度為50%時,所需的冷量(移走的「潛熱」和「顯熱」熱量)僅為「5.7」,(「10」與「5.7」只是一個參量值,為了便於比較)可見差距之大。當然由於房間所需溫度不同,空調器所消耗的功率也不同。

通過以上解釋,我們大概就明白了為什麼空調器在濕熱季節運行時,要比在氣候乾燥運行時消耗的能量大。

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