摘要

在同一房间用空调和电热油汀使室温上升5℃，比较空调和电热油汀的制暖效果，用实验数据说明空调的制暖效果又快又省电。

关键词

空调 电热油汀 制暖

一、实验目的

通过实地测试比较空调和电热油汀哪一个制暖快，哪一个较省电，为冬日里的室内制暖方案提供参考。

二、实验原理

绝大部分家庭里安装的是夏季可以制冷降温，冬季可以制热升温的热泵式空调。如图1所示，热泵式空调器主要包含：室内换热器、室外换热器、压缩机、毛细管、气液分离器和四通阀等部件。

图1 热泵式空调器工作原理图

当热泵式空调制暖时，气体制冷剂被压缩机加压，成为高温高压气体，进入室内机的换热器，冷凝液化放热，成为液体，同时将室内空气加热，从而达到提高室内温度的目的。液体制冷剂经节流装置减压，进入室外机的换热器，蒸发气化吸热，成为气体，同时吸取室外空气的热量。成为气体的制冷剂再次进入压缩机开始下一个循环。

图2 电热油汀取暖器

电热油汀取暖器又叫充油取暖器（如图2），主要由密封式电热元件、金属加热管、铁散热片、控温元件、电源开关、指示灯等组成。这种取暖器是将电热管安装在散热片的腔体内部，在腔体内电热管周围注有导热油。当接通电源后，电热管周围的导热油被加热、升到腔体上部，沿散热管或散热片对流循环，通过腔体壁表面将热量辐射出去，从而加热空间环境。被空气冷却的导热油下降到电热管周围又被加热，开始新的循环。

如图3、图4所示为实验所用房间的平面图。这个房间是一个标准的矩形，有一扇门和一扇朝南的窗户，空调位于房间的东南角，实验时电热油汀置于空调的正下方。

图3 房间平面图

图4 房间立体效果图

实验中所用的温度计靠在东侧墙旁（因为此处不会被空调的气流直接吹到），且温度计离地1.5米（接近人脸的高度），这样由实验数据分析出的结论能尽量符合人的感受。

制暖功能的比较涉及两个方面，一个是制暖的速度，一个是制暖的能耗。因此，我分别用空调和电热油汀使室内温度均上升5℃，且每上升1℃，我便记录下所用的时间。

将上升的温度除以所用的时间，即可得到温度上升的速度；将铭牌上所标的额定功率乘以所用的时间，即可得到消耗的电能。

值得注意的是，空调的工作可分为两个阶段：

第一阶段（启动阶段）：只有室外机在工作，且它在超额工作，此时空调的功率为最大输入功率。

第二阶段（正常工作阶段）：室外机和室内挂机同时工作，此时空调的功率为额定输入功率。

三、实验仪器设备

松下牌CS_HA1212KW(KFR-34G)空调

先锋派NDY-20B11室内加热器电热油汀

明高牌室内温度计（见图5）

计时器

图5 室内温度计

四、实验步骤

1、打开窗户至少20分钟，使温度计的示数不再变化，记录下初始温度，再关闭门窗。

2、打开电热油汀，同时开启计时器。

3、温度每上升1℃，便记录下已经过的时间，直至温度累计上升5℃。

4、重复步骤1~3三次，减小实验误差。

5、同步骤1。

6、打开空调，同时开启计时器。

7、当室内挂机开始工作时，记下已经过的时间，将计时器重新启动。

8、同步骤3。

9、重复步骤5~8三次，减小实验误差。

10、从空调和电热油汀的铭牌上读取功率值。

11、计算制暖的速度和制暖的能耗，得出实验结论。

五、实验原始数据及处理

空调

实验序号 实验次数 温度t(℃) 时间t 时间间隔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’’

由空调铭牌可知最大输入功率

额定功率

额定能力

实验序号 空调启动时间 空调平均启动时间

1 14’17.6’’

2 17’30.7’’ 15’7.4’’

3 13’34.0’’

由表可知，时间间隔Δt大致都是2分钟，运用逐差法处理实验原始数据：

∴空调的制暖速度为

电热油汀

实验序号 实验次数 温度t(℃) 时间t 时间间隔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，时间间隔Δt大致都是13分钟，运用逐差法处理实验原始数据：

∴电热油汀的制暖速度为

由电热油汀铭牌可知额定功率

六、实验结论

由实验可知：

设备 制暖速度（℃/min） 上升5℃所消耗的电能（kWh）

空调 0.45 0.582

电热油汀 0.072 2.31

分析上表，我们发现空调的制暖速度约为电热油汀的6.2倍，同样上升5℃时，电热油汀所消耗的电能是空调的3.97倍。所以，在上海地区的同一房间的同一位置放置空调和电热油汀，使房间温度上升同样温度时，空调的制暖速度远远比电热油汀快，所耗电能远远比电能少。

因此，在能用空调制暖的情况下，我们应尽量使用空调。

七、结果的分析讨论

空调和电热油汀的运作原理有着本质的不同：电热油汀先将输入的电能转化为内能，再通过热对流和热辐射将内能传递给室内空气；而空调是用压缩机将室外的内能转移到室内，因此空调制暖又快又省电。

那为什么在北方人们用地暖设备（类似于电热油汀）而不是空调呢？那是因为北方的室外温度实在是太冷了，空调会被霜冻住，几乎无法工作。如果要用空调的话，就得启动空调的电热丝进行除霜。很明显，电热丝和电热油汀一样，将输入的电能转化为内能，更何况电热丝所在的室外散热更快，使用空调就有点得不偿失了。我推测，如果将这个实验拿到冰天雪地中的北方去做的话，一定会得到相反的结论。