将热量泵入较温暖的水中是否比冷却空气更有效?


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在我所在地区的每年这个时候,人们经常看着空调压缩机将热量从房屋的一侧抽到室外,而游泳池的加热器试图将热量抽到另一侧的水中,想知道为什么重新支付两次转移热量。不可避免地有人想到将压缩机盘管淹没,但随后他们进行了计算,并意识到不会太过几天就可以使他们的游泳池变得很热。

但是,这引出了一个有趣的工程问题:空气源和水源热泵(用于冷却室内空气)之间的实际盈亏平衡点是多少?即:由于其较高的导热性,较高温度的水槽是否比较低温度的空气槽更有效地冷却?

更具体地说:假设我们有一个室外压缩机,其表面积x抽水y BTU的热量。我假设,因为水的导热率大约是空气的20倍,所以即使它比空气散热器更热,它也将是更高效的散热器。(对吗?)但是效率更高?即,在什么温度差下,空气和水一样有效?

(或者,这不是一个实际的问题吗?例如,我们运行风扇以迫使更多的空气通过风冷压缩机。这虽然消耗能量,但也许将有效的热导率提高到了对流水槽达到收支平衡的程度。 ..甚至包括驱动风扇的能量?)


水的热量很大。75.375±0.05 J / mol·K,这意味着对于18升水,需要750W的加热元件将其从20°C加热到30°C大约需要1分钟40秒。
棘轮怪胎

这里有什么问题?您似乎在将热量存储容量与热量传递速率混合在一起。
卡尔·威索夫特

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问题是关于热传递效率。我只是为了试图澄清而进行了编辑。如果您问物理学家,他会说:“无论是水还是空气,都需要更多的能量才能将热量泵送到更宽的温度范围内。因此,如果外界的水比空气更热,效率就会降低。” 但是我想知道这是否忽略了转移到导热系数大不相同的介质上所产生的成本。
footwet

Answers:


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AC设备的热侧空气盘管(加热室外空气的部分)是从制冷剂到空气的热传递效率,尺寸和成本之间的折衷。由于两个原因,向空气的热传递通常具有显着的热阻。首先,空气是不良的热导体。其次,空气的热容量低,因此空气穿过空气盘管时会变热。

快速的Google并没有给我提供空气盘管有效热阻的典型值。如果您有红外温度计,则可以测量线圈的温度,并将其与室外入口处的空气温度进行比较。假设交流电以全功率运行,如果线圈的温度比室外空气高20 K,这不会令我感到惊讶。

如果将设计用于空气的盘管放入水中(假设没有腐蚀等问题),并通过某种方式使水循环,我认为您可以放心地认为盘管温度将非常接近水温。因此,收支平衡点就是水温比空气温度高19 K时。


很好的主意:我刚到外面去测量我相对较新且高效的(尤其是大型)家用交流压缩机。回油管温度超过50C,环境空气温度仅低于30C,我在外部线圈上找不到比环境温度高4C以上的点!因此,当交换器的尺寸不是很大的限制时,空气交换热泵的最新技术似乎非常有效!(因此,使用同一线圈的水槽的收支平衡温度不会高得多。)
Footwet

我不确定返回管路的较高温度意味着什么。在空气线圈之外的其他地方损失另外16 K听起来像是不必要的效率损失。如果您使用了红外测温仪,是否确定将其指向喷漆的表面而不是裸露的金属?
Han-Kwang Nienhuys's

抱歉,“返回线”尚不清楚:50C段正在离开压缩机进入冷凝器盘管,并且肯定在系统的设计参数之内。(现在,我想到了,我应该已经测量了离开冷凝器的高压线上的温度。)
湿透了
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