“熱”的賬單
今夏天氣格外熱,今夏電費賬單也格外高,應該是我們每一個人的真切感受!在熱日當頭,拿到如此夸張高昂的電費賬單時,有沒有眼前一黑,電表壞了?被盜電了?原來都不是,是由于我們的電表也被熱得起飛了。
熱!電表怎么就起飛了?
為了能夠使我們大伙在舒適的環境下工作、學習、休閑、睡覺,可以說空調功不可沒。沒有空調,在如此炎熱的夏天我們已無處可藏了。因此,為了避暑乘涼和能夠保持正常生活,空調也就當仁不讓的馬不停蹄的開足馬力的跑了起來。
那么空調的起跑和電表的飛走又有什么關系呢?要說清楚道明白個中緣由,我們就不得不先從空調的工作原理說起了。
空調是在電驅動下工作的,這是一句廢話,誰不知道呢?那就讓我們先來看看下面這張圖吧,它說明了空調在夏天是如何工作的。

我們就從壓縮機說起。
l 壓縮機在電的驅動作用下,將空調的血液(也即制冷劑)由氣體壓縮為液體,此時液態血液處于高溫高壓;
l 在高壓的驅動下液態血液進入冷凝器(也即空調外機),將壓縮后的高溫液態降溫;
l 降溫后的高壓液態血液通過膨脹閥減壓,由于壓力的突然下降,血液會在蒸發器(也即室內機)中由液態變為氣態,在此過程中空調的血液吸熱;
l 吸熱后的氣態血液再進入壓縮機被壓縮成液態,從而完成一個循環。
在此循環中,通過空調血液在液態和氣態變化中將室內的熱帶到室外,從而保持室內溫度恒定,并為我們提供一個擁有穩定溫度的場所。
為什么液態和氣態在互換過程中就可以將室內的熱帶走呢?
因為物質在液態到氣態的變化(氣化)過程中會吸熱。就像在用煤氣灶燒水,需要提供熱量給水,水被逐漸加熱至沸騰汽化,如果在沸騰汽化過程中停止了加熱,水就不在沸騰汽化,因此要維持沸騰汽化狀態,就必需源源不斷的給其提供熱量。所以,空調的血液在液態和氣態持續互換狀態的循環過程中帶走熱量。
空調血液狀態的變化,是通過壓縮機來實現的,在這里“電”就必須出場了,我們總不能自己動手來推動壓縮機的活塞吧,那該多累啊!
電驅動壓縮機,也即電對壓縮機做功,將空調血液由氣態變為液態,從而持續的帶走室內熱量。那么每時每刻到底要帶走多少熱量呢?
實際上,當室內和室外均處于一個穩定狀態時,也就是其溫度都不變時,那么從室內每時每刻需要抽走的熱量就等于室外向室內傳輸的熱量,看看下圖或許你就知曉了。當然,這里排出的總熱量“Q出”中要包括兩部分,即“Q進”和電功。

那么,為了從低溫T2持續的抽走“Q進”的熱量,需要多少電功W呢?根據熱力學原理(日后話),可以用下面這個式子來計算。
W ≥ Q進×(T1-T2)/ T2
這里的W和“Q進”表示單位時間內傳輸的電功或熱量,它們具有相同的單位,J/S或千瓦時;這里的溫度T需采用絕對溫標K。同時,傳熱量“Q進”又和傳熱面積和傳熱溫度差有關系,可以寫為下式。
Q進 = A×(T1-T2)
這里A是房屋與外界熱空氣的接觸總面積。把這個式子代入到上面的式子,可以得到下面的式子。
W≥ A ×(T1-T2)^2 / T2
到此,我們看到了,使空調工作維持室內一定的溫度,電功與房屋大小、內外溫差平方以及室內控制溫度有關系。
下面讓我們計算看看電表是如何起飛的吧!
以室內24度和室外為30度為基準,室外溫度由30度變化到40度,室內溫度從24變化到28,電功增長和變化看下圖。

在室外溫度不變情況下,室內溫度升高可以降低電功消耗;在室內溫度不變,室外溫度升高使電功消耗快速上升。這邊只是理想情況,沒有考慮過程熱損失。同理,家里的冰箱、冰柜與其相似。
這就是炙熱的夏天電費起飛的原因了。如果要省電,也只能調高室內溫度,犧牲舒適度來換取了。當然,還有一種方法,就是增強我們墻壁的隔熱效果,不讓外面的熱傳進屋內來,即降低“Q進”,期望節電環保的日子早日到來!