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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

通過實地測試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。液體制冷劑經節流裝置減壓，進入室外機的換熱器，蒸發氣化吸熱，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。

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，通過腔體壁表面將熱量輻射出去，從而加熱空間環境。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。

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

1. 12.2 00’00.0’’ /

2. 13.0 02’02.7’' 02’02.7’’

3. 14.0 03’40.2’’ 01’37.5’’

4. 15.0 06’12.8’’ 02’32.6’’

5. 16.0 08’52.7’’ 02’39.9’’

6. 17.0 12’03.4’’ 03’10.7’’

7. 13.4 00’00.0’’ /

8. 14.0 02’17.8’’ 02’17.8’’

9. 2 15.0 04’39.0’’ 02’21.2’’

10. 16.0 06’08.5’’ 01’29.5’’

11. 17.0 08’11.7’’ 02’03.2’’

12. 18.0 11’33.9’’ 03’22.2’

13. 12.7 00’00.0’’ /

14. 14.0 02’01.6’’ 02’01.6’’

15. 3 15.0 03’18.6’’ 01’17.0’’

16. 16 16.0 05’21.7’’ 02’03.1’’

17. 17 17.0 08’30.7’’ 03’09.0’’

18. 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?。┒皇强照{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。