空調和電熱油汀的制暖效果比較
摘要
在同一房間用空調和電熱油汀使室溫上升5℃,比較空調和電熱油汀的制暖效果,用實驗數據說明空調的制暖效果又快又省電。
關鍵詞
空調 電熱油汀 制暖
一、實驗目的
通過實地比較空調和電熱油汀哪一個制暖快,哪一個較省電,為冬日里的室內制暖方案提供參考。
二、實驗原理
絕大部分家庭里安裝的是夏季可以制冷降溫,冬季可以制熱升溫的熱泵式空調。如圖1所示,熱泵式空調器主要包含:室內換熱器、室外換熱器、壓縮機、毛細管、氣液分離器和四通閥等部件。
圖1 熱泵式空調器工作原理圖
當熱泵式空調制暖時,氣體制冷劑被壓縮機加壓,成為高溫高壓氣體,進入室內機的換熱器,冷凝液化放熱,成為液體,同時將室內空氣加熱,從而達到提高室內溫度的目的。液體制冷劑經節(jié)流裝置減壓,進入室外機的換熱器,蒸發(fā)氣化吸熱,成為氣體,同時吸取室外空氣的熱量。成為氣體的制冷劑再次進入壓縮機開始下一個循環(huán)。
圖2 電熱油汀取暖器
電熱油汀取暖器又叫充油取暖器(如圖2),主要由密封式電熱元件、金屬加熱管、鐵散熱片、控溫元件、電源開關、指示燈等組成。這種取暖器是將電熱管安裝在散熱片的腔體內部,在腔體內電熱管周圍注有導熱油。當接通電源后,電熱管周圍的導熱油被加熱、升到腔體上部,沿散熱管或散熱片對流循環(huán),通過腔體壁表面將熱量輻射出去,從而加熱空間環(huán)境。被空氣冷卻的導熱油下降到電熱管周圍又被加熱,開始新的循環(huán)。
如圖3、圖4所示為實驗所用房間的平面圖。這個房間是一個標準的矩形,有一扇門和一扇朝南的窗戶,空調位于房間的東南角,實驗時電熱油汀置于空調的正下方。
圖3 房間平面圖
圖4 房間立體效果圖
實驗中所用的溫度計靠在東側墻旁(因為此處不會被空調的氣流直接吹到),且溫度計離地1.5米(接近人臉的高度),這樣由實驗數據分析出的結論能盡量符合人的感受。
制暖功能的比較涉及兩個方面,一個是制暖的速度,一個是制暖的能耗。因此,我分別用空調和電熱油汀使室內溫度均上升5℃,且每上升1℃,我便記錄下所用的時間。
將上升的溫度除以所用的時間,即可得到溫度上升的速度;將銘牌上所標的額定功率乘以所用的時間,即可得到消耗的電能。
值得注意的是,空調的工作可分為兩個階段:
第一階段(啟動階段):只有室外機在工作,且它在超額工作,此時空調的功率為最大輸入功率。
第二階段(正常工作階段):室外機和室內掛機同時工作,此時空調的功率為額定輸入功率。
三、實驗儀器設備
松下牌CS_HA1212KW(KFR-34G)空調
先鋒派NDY-20B11室內加熱器電熱油汀
明高牌室內溫度計(見圖5)
計時器
圖5 室內溫度計
四、實驗步驟
1、打開窗戶至少20分鐘,使溫度計的示數不再變化,記錄下初始溫度,再關閉門窗。
2、打開電熱油汀,同時開啟計時器。
3、溫度每上升1℃,便記錄下已經過的時間,直至溫度累計上升5℃。
4、重復步驟1~3三次,減小實驗誤差。
5、同步驟1。
6、打開空調,同時開啟計時器。
7、當室內掛機開始工作時,記下已經過的時間,將計時器重新啟動。
8、同步驟3。
9、重復步驟5~8三次,減小實驗誤差。
10、從空調和電熱油汀的銘牌上讀取功率值。
11、計算制暖的速度和制暖的能耗,得出實驗結論。
五、實驗原始數據及處理
空調
實驗序號 實驗次數 溫度t(℃) 時間t 時間間隔Δt
12.2 00’00.0’’ / 13.0 02’02.7’' 02’02.7’’ 14.0 03’40.2’’ 01’37.5’’ 15.0 06’12.8’’ 02’32.6’’16.0 08’52.7’’ 02’39.9’’ 17.0 12’03.4’’ 03’10.7’’ 13.4 00’00.0’’ / 14.0 02’17.8’’ 02’17.8’’ 2 15.0 04’39.0’’ 02’21.2’’ 16.0 06’08.5’’ 01’29.5’’ 17.0 08’11.7’’ 02’03.2’’ 18.0 11’33.9’’ 03’22.2’ 12.7 00’00.0’’ /14.0 02’01.6’’ 02’01.6’’ 3 15.0 03’18.6’’ 01’17.0’’16 16.0 05’21.7’’ 02’03.1’’17 17.0 08’30.7’’ 03’09.0’’18 18.0 11’12.4’’ 02’41.7’’由空調銘牌可知最大輸入功率
額定功率
額定能力
實驗序號 空調啟動時間 空調平均啟動時間
1 14’17.6’’
2 17’30.7’’ 15’7.4’’
3 13’34.0’’
由表可知,時間間隔Δt大致都是2分鐘,運用逐差法處理實驗原始數據:
∴空調的制暖速度為
電熱油汀
實驗序號 實驗次數 溫度t(℃) 時間t 時間間隔Δt
1 12.8 00’00.0’’ /
2 14.0 22’51.4’’ 22’51.4’’
3 1 15.0 31’57.8’’ 09’06.4’’
4 16.0 43’22.8’’ 11’25.0’’
5 17.0 58’24.4’’ 15’01.6’’
6 18.0 74’43.0’’ 16’18.6’’
7 12.2 00’00.0’’ /
8 13.0 21’29.8’’ 21’29.8’’
9 2 14.0 29’51.2’’ 08’21.4’’
10 15.0 45’42.6’’ 15’51.4’’
11 16.0 62’14.2’’ 16’31.6’’
12 17.0 78’31.6’’ 16’17.4’’
13 13.4 00’00.0’’ /
14 14.0 27’44.2’’ 27’44.2’’
15 3 15.0 36’20.0’’ 08’35.8’’
16 16.0 47’18.6’’ 10’58.6’’
17 17.0 60’57.4’’ 13’38.8’’
18 18.0 72’24.4’’ 11’27.0’’
由表可知,時間間隔Δt大致都是13分鐘,運用逐差法處理實驗原始數據:
∴電熱油汀的制暖速度為
由電熱油汀銘牌可知額定功率
六、實驗結論
由實驗可知:
設備 制暖速度(℃/min) 上升5℃所消耗的電能(kWh)
空調 0.45 0.582
電熱油汀 0.072 2.31
分析上表,我們發(fā)現空調的制暖速度約為電熱油汀的6.2倍,同樣上升5℃時,電熱油汀所消耗的電能是空調的3.97倍。所以,在上海地區(qū)的同一房間的同一位置放置空調和電熱油汀,使房間溫度上升同樣溫度時,空調的制暖速度遠遠比電熱油汀快,所耗電能遠遠比電能少。
因此,在能用空調制暖的情況下,我們應盡量使用空調。
七、結果的分析討論
空調和電熱油汀的運作原理有著本質的不同:電熱油汀先將輸入的電能轉化為內能,再通過熱對流和熱輻射將內能傳遞給室內空氣;而空調是用壓縮機將室外的內能轉移到室內,因此空調制暖又快又省電。
那為什么在北方人們用地暖設備(類似于電熱油汀)而不是空調呢?那是因為北方的室外溫度實在是太冷了,空調會被霜凍住,幾乎無法工作。如果要用空調的話,就得啟動空調的電熱絲進行除霜。很明顯,電熱絲和電熱油汀一樣,將輸入的電能轉化為內能,更何況電熱絲所在的室外散熱更快,使用空調就有點得不償失了。我推測,如果將這個實驗拿到冰天雪地中的北方去做的話,一定會得到相反的結論。
參考文獻
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[2]傅福良,《熱泵型空調器為什么冬天難制暖》,家用電器科技, 2000年第4期
[3]余宗煥,《電暖器的選購與使用》,農村電氣化,2004年第1期
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[6]浙江,《充油式電暖器常見故障分析》,家庭電子,2005年第03S期
[7]熱泵式空調器_百度百科
[8]電熱油汀_百度百科
[9]空調制暖的原理