空调频繁切换其实耗电更多?真正的节电规律是什么
较真要点:
空调经常开关,但耗电量更大。减少室内外温差,尽量减少室内外热交换是最有效的节电方式。
查证者:力学Nerd王小胖|南京农业大学工学院副教授
夏天空调热的时候,电费让人受伤。有句话叫“先开空调,凉了关,热了开。这个循环可以大大缩短空调的制冷工作时间,节约电能”。这个说法靠谱吗?
首先,空调是开着关着的,但是要多花些电
在炎热的夏天,酷热难耐。WIFI、西瓜、空调,是夏天不可缺少的三大夏日神器。三者之中,空调是“电老虎”。每年夏天,作者的电费都会上涨。对于较大的办公空间,空调的耗电量是一笔很大的支出。
“先开空调,凉了就关,热了就开……”,这种做法能省电吗?根据《健康时报》 [1],国内外有人[2-3]做过这样的对比实验。结论很残酷。——间歇性工作的空调耗电量更大。
当然,长时间关闭空调,其整体耗电量肯定会少一些。但是,如果关闭间隔太长,人体会感到不舒服。人体要想舒适,空调关闭间隔不能太长。在这个前提下,空调开开关关的耗电量一般会更大。
第二,由于空调启动阶段能耗高,开关数量会增加,总能耗也会增加
首先简单介绍一下空调的工作原理。最简单的空调由压缩机、换向阀、冷凝器、节流阀和蒸发器组成。
冷却时(下图左),压缩机开始工作,压缩流体做功,升高流体温度,向箭头方向流动;流体从压缩机出来后,进入冷凝器与外界空气进行热交换,管道内流体温度降低;进入节流阀后,管道内流体的温度继续降低,管道内流体的压力被“释放”;管道中的流体进入蒸发器后,与室内空气进行热交换,带走室内的高温。其中,压气机的作用最关键,它把低压流体变成高压高温流体。因此在四大部件中,它是耗能大户。
空调原理(来源:工程热力学课件)
当压缩机启动时,转子部件的转速从0增加到规定的速度。在这个过程中,除了压缩流体做功、摩擦和随机振动的能量消耗外,还有一个是启动耗能,也就是让转子加速的耗能.转子越大,这部分消耗的能量越多。
两种模式能耗对比(图片由作者提供)
如果空调频繁开关,空调的总能耗曲线会如上图中的蓝色曲线所示:虽然空调不工作时不消耗能量,但启动阶段的能耗要高得多。如果次数多了,总的能耗反而会超过一直开着空调的能耗(红色曲线)。而且空调工作时间越长,反差越明显。
第三,怎样才能科学省电
既然空调频繁切换不能省电,那怎么省电呢?实际上,在空调内部流动的工作介质(实现热量和功的转换的工作物质,如燃烧气体、水蒸气、制冷剂等。)来回循环,夏季属于制冷循环,冬季属于热泵循环。所谓省电,就是提高循环的热效率.
早在1824年,法国工程师卡诺就提出了卡诺循环,它是热效率最高的循环,但只存在于理想循环中。然而,卡诺循环为提高热效率指明了方向。
卡诺循环的热效率(来源:工程热力学课件)
在上式中,T1是高温,T2是低温。想要提高热效率,就要缩小高低温差。因此,在夏季降温时,室内温度是设定的
不要和室外温度相差太远,夏季设置26℃,是个比较合理的温度,能够在保证人体舒适的前提下,尽量缩小与室外的温差。冬季同样如此。除湿功能之所以省电,一个关键的原因就在于温差小。此外,要尽量保证房间内的热量不流失。除了空调与外界空气进行热交换以外,尽量杜绝其他方式的热交换。遮光窗帘和门帘可以有效阻止一部分热交换。
上述两种省电大法效果最明显,此外,还有几种可以省电的方法:
1.空调不用的时候彻底断电,也可以省电。因为任何电器,只要通电,都属于待机状态,都在持续的耗电中。例如,广州工业大学的一篇硕士论文[4]指出,一个运行功率931W的空调挂机,待机一年耗电有16度。
2.空调进入睡眠模式后会自动提升预设温度,这样也会缩小室内外温差,降低能耗。
3.变频空调相对于传统的定频空调更省电。因为传统的定频空调,压气机转速无法调节,所以当室内温度到达预设温度后会停机;当温度升高时,又开机继续工作。这种运行方式,就是前文所讲的一开一关的方式,所以定频空调的耗电量较大。
而变频空调在工作的过程中,以预设温度为判断标准,与传感器实测温度相比较,调节压气机的工作转速。温差大的时候满负荷运转,温差小的时候则低速运转,从而避免停机重启带来的额外能量消耗。
还有个说法是,制冷时风口朝上也会节能。这个方法虽能让房间内的冷热空气混合得更均匀,但对省电并没有多大帮助。因为空调设定温度后,会根据位于空调室内机上的温度传感器来调节,所测的温度是室内机附近的温度,出风口的风向对传感器温度的影响很小。
总之,空调工作的原理在于内部工质流动带来的热量交换,主要的耗能部件是压气机。频繁开关会增加启动的耗能,造成总耗能增加,结果不仅不省电反而费电了。
参考资料:
[1] 健康时报,空调一开一关费电,还是一直开着费电?终于搞明白了。健康时报微信公众号,2018年7月11日,https://mp.weixin.qq.com/s/McMURIiA0lqAtoy8AqqecQ
[2] 陈羽,阮萃,空调成了"耗电大王" 专业人士分析哪种模式最省电。广西新闻网-南国早报,2016年7月5日,http://www.gxnews.com.cn/staticpages/20160725/newgx5795c045-15187891.shtml
[3]糯米糍,原来空调这样用才最省钱!!!日本杂志验证,结果...太惊人。东京微报告,2016年7月15日,https://mp.weixin.qq.com/s/QjHWuVg5xuG7T5MIxBOr4A
[4]肖志平,家用电器超低待机功耗的技术研究与实现,广州工业大学硕士论文,2018年。