没有室外机散热,便携网红小空调是怎么制冷的?

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  审核专家:吴宝俊

  理论物理博士

  立秋已过,北京的小伙伴却依然与高温“斗智斗勇”。今年帮你挨过炎炎夏日的又是什么?毛豆、啤酒、冰镇西瓜……又或是这样:


  炎炎夏日务必关好冰箱门,不然会“长猫”

  其实,面对高温,真正能救命的还要数空调!


  在这里,小编邀请大家一起对空调的发明者威利斯·开利致以最最诚挚的敬意!


  威利斯·开利:没错,空调就是我发明的丨维基百科

  在享受清凉的同时,你有没有想过空调的凉风到底是从哪儿来的呢?为啥要有室外机?时下流行的便携小空调又是什么原理?

  1

  空调:一个热量“搬运工”的日常

  很多人认为空调是一台可以不断“制造”冷风的机器,但事实并没有那么简单。

  产生风不假,这归功于空调室内机里的鼓风机。电机转动带动鼓风机运转,风就吹了出来。

  然而,“冷”是无法被生产出的,温度也不会凭空降低,空调之所以能让室内温度降低是因为它像一个“搬运工”,把热量一点点地从室内“搬”到了室外,也就是说空调室内机在给你家里制冷的同时,室外机也在不停地给屋外放热。


  这也就是为什么你从空调室外机前走过时,总能感受到一股强劲的热浪,那可是一个不折不扣的散热器。所以千万不要像这位老奶奶一样,把室外机放在屋里,不然空调只会越开越热。


来源丨都市快报微博

  看到上面这个新闻,可能有小伙伴会问,既然空调是把屋内的热量传到屋外,那么如果把室外机装在室内,不就相当于热量在屋里循环吗,温度应该保持不变,为啥屋内温度会越来越高呢?

  这是因为,把热量从室内“搬运”到室外是需要代价的,这个过程需要消耗电能

  大部分电能驱动空调正常运转,让空调把热量从室内机“搬运”到室外机,还有一部分电能会不可避免地转变为额外的热量,无法被利用,被释放到外界。


  也就是说,总体来看,空调非但不会让热量消失,还会额外产生热量给环境加热。空调每从屋里抽走一份热量,就会向室外释放出更多的热量。

  而且,室内外温差越大,需要额外消耗的电能就越多,这也是为什么我们常呼吁不要让空调的温度低于26度。在保证室内凉爽舒适的前提下,空调设定的温度越高,和室外温差越小就越节省电能。

  2

  网红小空调把热量“搬”哪儿去了?

  讲到这里,想必一些小伙伴会出来反驳,一些便携的网红小空调明明没有室外机,但它却能实实在在地为室内降温,这是怎么回事呢?

  答案就在水!

  在常见的物质中,水是比热容最大的,通俗地讲就是,我们身边能随手找到的物质里,水是吸热本领最强的!

  与其他物质 (如空气) 相比,相同质量的水,吸收同样多的热量,温度上升最少。

  这种便携空调一般都会自带一个水箱,运行时会将屋子里的热量一点点搬运到水中,水箱里的水会像牢笼一样将热量困住。


  来源 | Amazon

  虽然这也会导致水箱中水温上升,再次向外释放热量。但由于水的吸热能力强,水升高的温度远低于室内空气降低的温度,加之自来水的温度通常就比室温低很多,最终室内的温度还是会降低的,整体上确实可以让屋里变凉快。

  然而,这种小空调的功率远小于正常的家用空调,一般只能让出风口附近的温度显著降低,直吹时还是很凉快的。但如果想要让屋子里各个角落温度都降低,还是选用正常空调为妙。

  3

  想要“搬走”热量?没有那么简单!

  说了这么多,那么看不见摸不着的热量到底是怎么被空调搬走的呢?

  其实原理非常简单,就是大家常说的“蒸发吸热、冷凝放热”

  当你在手上淋上薄薄一层和体温接近的温水,随着水渐渐蒸发,你会觉得凉飕飕的,这是因为水在蒸发的过程中,从你手上带走了大量的热量。

  老辈人常说:一百度的蒸气比一百度的水更“烫”,这是因为水蒸气在碰到你的身体时,会冷凝成水,同时释放大量的热量。你除了会被100℃的蒸汽烫到,还要承担蒸汽冷凝成水释放出的额外热量,相当于你承受了“双重打击”。

  在空调室内机处,制冷剂沸腾,从液态迅速蒸发为气态,同时从室内吸走大量热量;吸收了室内热量的气态制冷剂会沿着管路来到室外机处,在这里冷凝成液体,并向室外释放热量。如此,借由制冷剂的蒸发与冷凝,热量就被从室内带到了室外。


  怎么样,是不是觉得空调运作的过程特别精妙,特别“合理”呢?事情并没有那么简单!

  “眼尖”的小伙伴一定发现了一个问题:室内温度明明比室外低很多,为什么制冷剂会在温度更低的室内沸腾,而在温度更高的室外冷凝呢?制冷剂的沸点怎么可能同时比凉爽的室内温度低,又比炎热的室外温度高呢?

  其中,压强扮演了重要的角色!

  其实,液体的沸点不是固定的,它会随压强而改变。压强越高,沸点越高;压强越低,沸点越低。

  假设你在北京烧一壶水,水会大约在97℃时沸腾,而在青藏高原,水可能不到90℃就沸腾了,这是因为青藏高原的气压比北京低。

  在空调内,我们只需要让室内机处的压强足够低,室外机处的压强足够高,就能顺利地让制冷剂在室内机处沸腾吸热,在室外机处冷凝放热。这离不开空调内最重要的两个部件——压缩机和膨胀阀。

  高压、液态的制冷剂进入室内,经过膨胀阀,体积变大,转变为低压、液态。

  随后低压、液态的制冷剂进入室内机的蒸发器后吸收室内空气的热量,同时蒸发为低压、气态。被吸收热量的空气经鼓风机吹入室内,降低室温。

  低压、气态的制冷剂离开室内,进入到位于室外的压缩机。压缩机将气态制冷剂体积压缩,使其转变为高压、气态。

  最后,高压、气态的制冷剂在室外的冷凝器处冷凝为高压、液态,同时散发出大量热量,热量经由室外机的风扇被散到室外的空气中。

  高压、液态的制冷剂再次进入室内开始下一个循环……


  制冷剂在空调内的循环,这个过程将热量从室内“搬到”室外

  在一次次循环后,热量被一点点从屋内转移到室外,实现了给室内降温的目的。

  以上就是主流家用空调的制冷原理了,也是目前最稳定最成熟的家用电器制冷技术。

  当然,还有一些厂家还引入了变频技术,当室内温度远高于设定的温度,系统会自动控制压缩机加速转动,加快制冷剂吸放热的循环,让温度迅速降低。

  当室内温度接近设定温度时,系统会自动控制压缩机减慢转速,放缓制冷剂吸放热的循环,节约电能。

  其实,除了“蒸发吸热、冷凝放热”,任何可以循环往复吸放热的过程都能用来制成空调,那些便携式的网红小空调就用到了热电效应来制冷,原理类似新兴的半导体冰箱。


半导体制冷元件示意图丨中国聚合物网

  最后还要提醒大家,为了让空调这个夏日里勤勤恳恳的“搬运工”少费些力气,同时也为了给我们的环境少添一份负担,开空调时一定要关好门窗,温度尽量控制在26度上下,不要因贪凉把温度开得太低哦!

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