Question

20．如圖是“空氣能熱水器”，它是運用熱泵工作原理，吸收空氣中的低能熱量，經過中間介質的熱交換，并壓縮成高溫氣體，通過管道循環(huán)系統(tǒng)對水加熱，耗電只有電熱水器的$\frac{1}{4}$，是一種節(jié)能、環(huán)保、清潔的采緩制冷和熱水的裝置，是全世界備受關注的新能源技術，以下為某一品牌“空氣能熱水器”的銘牌，請根據其提供的數(shù)據，回答下列問題：

型號	SAH-HX05
額定制熱量（kW）	4.8
額定輸出功率（kW）	1.3
額定輸出電流（A）	6.2
電源	AC220V/1P/50Hz
熱水產量	120
額定進/出水溫度	15℃/50℃
進/出水管直徑（mm）	DN20
適配水箱規(guī)格	200L

主機外形尺寸（mm） 長×寬×高		950×360×555
水箱外形尺寸（mm）	外徑	Φ560
	高度	1300
主機重量（Kg）		65
水箱重量（Kg）		40
機組噪聲dB（A）		43
適用環(huán)境溫度（℃）		-5～40℃
最大洪水壓力（Mpa）		0.7Mpa

（熱水產量120L/h表示該空氣能熱水器1h能使120L的15℃的水加熱到50℃）
（1）在120L的水從15℃加熱到50℃，需要吸收多少熱量？用此空氣能熱水器把120L的水從15℃加熱到50℃，需要消耗多少電能？
（2）加熱120L這樣的水，從空氣中獲得多少熱量？從用戶的經濟角度來看，其轉換效率實際為多少？
（3）在“空氣能熱水器”的說明書中說到“空氣能熱水器能將環(huán)境里的熱量轉移到水中，突破單一不同能之間的轉變無法達到100%效率的瓶頸；熱泵技術轉化效率可達到300～400%”，上述計算的結果，是否違背了能量守恒定律？如何理解“轉化效率可達300～400%”．

Answer 1

分析 （1）知道水的體積，根據m=ρV求出水的質量，根據Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的熱量；知道額定輸出功率和工作時間1h，根據W=Pt求出消耗的電能；
（2）水吸收的熱量減去消耗的電能即為從空氣中獲得的熱量，根據η=$\frac{W}{{Q}_{水}}$×100%求出其實際轉換效率；
（3）從水獲得的能量的途徑和能量守恒進行解答．

解答 解：（1）水的體積：
V=120L=120dm³=0.12m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的質量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×0.12m³=120kg，
水吸收的熱量：
Q_水=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×120kg×（50℃-15℃）=1.764×10⁷J，
空氣能熱水器需要消耗的電能：
W=Pt=1.3×10³W×3600s=4.68×10⁶J；
（2）從空氣中獲得的熱量：
Q_吸=Q_水-W=1.764×10⁷J-4.68×10⁶J=1.296×10⁷J，
其實際轉換效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{水}}$×100%=$\frac{1.764×1{0}^{7}J}{4.68×1{0}^{6}J}$×100%≈376.92%；
（3）水獲得的能量大于用戶消耗的電能，是由于電能轉化成水的內能的同時，空氣中的內能也傳遞到水中去，從用戶的經濟角度來看，效率超過了1，但從整個大自然來說，能量是守恒的．
答：（1）需要吸收1.764×10⁷J的熱量；需要消耗4.68×10⁶J的電能；
（2）從空氣中獲得1.296×10⁷J的熱量；從用戶的經濟角度來看，其轉換效率實際為376.92%；
（3）不違背能量守恒定律；水獲得的能量大于用戶消耗的電能，是由于電能轉化成水的內能的同時，空氣中的內能也傳遞到水中去，從用戶的經濟角度來看，效率超過了1，但從整個大自然來說，能量是守恒的，

點評 本題考查了密度公式、吸熱公式、電功公式、效率公式和能量守恒的應用，理解額定輸出功率的含義和水獲得的能量的途徑是解題的關鍵．