较真丨空调频繁开关竟然更费电?真正的省电大法有哪些

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较真要点:
空调频繁开关,反而更费电。缩小室内温度与室外温度的差距,尽量减少室内和室外的热交换,是最有效的省电方法。
查证者:力学Nerd王小胖|南京农业大学工学院副教授
夏天热了要开空调,电费却让人肉疼,有个说法流传甚广,“先把空调开起来,等凉快后关掉,热了以后再开,如此循环往复,可以大大缩短空调的制冷工作时间,节省电量”。这个说法靠谱吗?
一、空调开开又关关,反而更费电
炎炎夏日,酷暑难耐。WIFI、西瓜和空调一起,是夏季不可或缺的三大避暑神器。三者之中,空调是个“电老虎”。每年夏季,笔者家的电费就会蹭蹭上涨。对于面积更大的办公场所,空调耗电更是一笔不小的支出。
“先把空调开起来,等凉快后关掉,热了以后再开……”,这个做法能省电吗?据《健康时报》 [1]介绍,国内外[2-3]真还有人做过这样的对比实验。结论很残酷——断断续续工作的空调更费电。
当然,当空调关闭的时间间隔足够长时,其整体耗电量肯定会少。但关闭间隔过长,人体会感觉不舒服,想要人体舒服,空调关闭的间隔就不能太长。在这个前提下,空调开开关关的耗电量一般会更大。
二、因为空调启动阶段耗能高,开关次数多了,总的能耗会增加
先简单介绍下空调的工作原理。最简单的空调由压气机(也叫压缩机)、换向阀、冷凝器、节流阀、蒸发器组成。
制冷的时候(下图左),压气机开始工作,压缩流体做功,使流体温度升高,并顺着箭头方向流动;从压气机出来后,流体进入冷凝器,与外界空气进行热交换,管道内部流体的温度降低;进入节流阀后,管道内流体温度继续降低,管道内流体的压力得到“释放”;进入蒸发器后,管道内的流体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。
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空调原理(图片来源:工程热力学课件)
压气机启动时,转子部件转速从0开始增加,直至指定速度。在这个过程中,除了压缩流体做功耗能、摩擦耗能以及随机振动耗能外,还有一个是启动耗能,也就是让转子加速的耗能。转子越大,此部分消耗的能量也就越多。
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两种方式耗能对比(作者供图)
如果频繁开关空调,空调总的能耗曲线将如上图中蓝色曲线所示:虽然空调不工作时不耗能,但启动阶段耗能要高得多。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,这种对比越明显。
三、如何才能科学地省电
既然频繁开关空调无法省电,那怎么样才能省电呢?其实,空调内部流动的工质(实现热、功转换的工作物质,常见的有燃烧气体、水蒸气、制冷剂等)循环往复,夏季属于制冷循环,冬季则是热泵循环。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,这是热效率最高的循环,但是只存在于理想中的循环。不过,卡诺循环为提高热效率指明了方向。
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卡诺循环热效率(图片来源:工程热力学课件)
在上面的公式中,T1是高温,T2是低温。想要提高热效率,就要缩小高低温差。所以,夏季制冷的时候,室内温度的设定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。