日前在知呼上看到一篇文章,【含濕圖解密】7大方程講透師空氣狀態參數,小白也能編程複現!,內文中提到一條焓值公式:
h=1.006t+W(2501+1.86t)
h:焓值
1.006t:乾空氣的焓值
W(2501+1.86t):水蒸氣的焓值
W=絕對濕度,單位kg/kg
1.006:乾空氣的定壓比熱,單位KJ/(kg.K)
1.86:水蒸氣的定壓比熱,單位KJ/(kg.K)
2501:水的汽化潛熱KJ/kg
其他資訊也可以參考:焓值、在線濕空氣焓濕圖
簡單說來,空氣中的總熱量可分為不含水氣的乾空氣與水蒸氣2部分,公式中1.006t為乾空氣的顯熱,W(1.86t)為水蒸氣的顯熱,W(2501)為水蒸氣的潛熱(單位都是:KJ/kg)。
顯熱:物體在加熱或冷卻過程中,溫度升高或降低而不改變其原有相態需吸收或放出的熱量。
潛熱(相變潛熱):物質在等溫等壓情況下,從一個相態變化到另一相態時,吸收或放出的熱量。
舉例來說:
1. 1kg且溫濕度為25℃/ 0%的空氣,其焓值(h) =( 1.006 + 1.86 * 0 )* 25 = 25.15 kJ/kg
查表的焓值(h)是25.146kJ/kg(誤差由比熱取值造成)
這25.15 kJ/kg的焓值中,全部為空氣的顯熱
2. 1kg且溫濕度為25℃/60%的空氣,其焓值(h) =( 1.006 + 1.86 * 11.944 / 1000)* 25 + 2501 * 11.944 / 1000 = 55.577 kJ/kg
查表的焓值(h)是55.556kJ/kg(誤差由比熱取值造成)
其中絕對濕度(W)是11.944g/kg(所以帶入公式之後要/1000)
在55.577kJ/kg的焓值中,25.15 kJ/kg為空氣的顯熱,0.555kJ/kg為水蒸氣的顯熱,29.872kJ/kg為水蒸氣的潛熱
從這2個簡單的例子可以看出,水蒸氣的顯熱不多,但潛熱驚人,也因此要讓水氣凝結需要消耗大量的能量。
在除濕時,需要把空氣中的水氣凝結,這時水蒸氣釋放潛熱。要讓水蒸氣凝結的條件,需要降低溫度,這樣才能吸收水蒸氣釋放的潛熱。一般來說除濕機或冷氣的蒸發器都可以達到相同的功效,更簡單來說從冰箱把冰過的飲料拿出來,很快可以發現飲料外圍冒出一堆水滴,也是相同的原理。
1kg的水氣凝結成水需要消耗多少能量?
根據水的汽化潛熱為2501KJ/kg來說,約為598KCal/kg(釋放潛熱),如果用1小時將1kg的水氣凝結成水,則要花費0.695kwh的電能,以能效來說大約為1.43kg/kwh。(假設除濕機或冷氣消耗1kwh的電能可以在蒸發器上降低1kwh的熱能)
實際上,除濕機或冷氣每消耗1kwh的電能,在蒸發器上降低的熱能都大於1kwh,如果冷氣的EER等於4,且全部降低的熱能用在水氣凝結時,除濕上的能效將高達5.72kg/kwh。(實際上不會全部的熱能都用在水氣凝結,除非讓高溫高濕的空氣持續透過蒸發器來降溫降濕,不過除濕部分的效率是固定的)
應該利用冷氣還是除濕機來控制室內濕度?
由於能量守恆,水蒸氣凝結釋放出來的潛熱,將轉移到其他地方,以除濕機來說,透過冷凝器將熱量傳遞到室內,使室內的溫度上升,提高室內空氣的顯熱,這也是為何除濕機吹出的是熱風(但潛熱減少,總體上,室內空氣的焓值略微上升,因為壓縮機的廢熱也排回室內),在室內需要增加溫度的環境下,比較適合使用除濕機。(增加溫度降低濕度)
對應於冷氣時,透過冷凝器將熱量傳遞到室外,提高室外空氣的顯熱(室內空氣的潛熱與顯熱減少)。在室內需要增加降低溫度的環境下,比較適合使用冷氣。
夏季用除濕機除濕會比冷氣好?
這牽扯到2個因素,除濕能效與除濕效率,前者是每度電的除濕量,後者是每小時的除濕量。
在除濕能效上,冷氣的除濕能效可用冷氣的EER來推算,以定頻冷氣的EER=3.5來估算,除濕能效約為5kg/kwh,以變頻冷氣EER在4~7之間來說(高頻與低頻),除濕能效約為5.72~10kg/kwh。(本人沒有考慮冷氣跳停、送風待機的影響)除濕機的能效受到溫度影響,本人實測的除濕能效大約為1.4~2.2kg/kwh(除濕機實測的耗電有包含除濕機跳停、送風待機的影響)。冷氣在除濕的能效上是比除濕機好不少。
但是除濕不能只看能效,還有除濕效率,因為能效高,沒有除濕量的話也沒啥意義,冷氣的除濕效率則與潛熱比有關。這部分需先瞭解冷氣功效,冷氣可以降低室內的熱量,它包含顯熱與潛熱,潛熱比=減少的潛熱/(減少的顯熱與潛熱),也就是減少的熱量中,潛熱的佔比為何,這比例越大,除濕的效率就越快。
以日立的冷氣為例(請注意只是為了舉例,找任何一家冷氣都一樣),冷房能力為2.2kw的冷氣,除濕效率為1.4L/h=1.4kg/h,表示每小時除濕1.4kg,在這條件下除濕消耗的熱能為0.973kw,潛熱比約為44.2%,同時冷氣的EER=2.2/0.382=5.76,除濕部分約消耗了0.169kwh的電量,除濕能效約為 8.24kg/kwh。不論是除濕能效與除濕效率都相當驚人。(2.5kw與2.8kw冷氣除溼能效相同,但除溼效率更高)
只不過,這效率的溫濕度條件未知。實際上隨溫濕度狀態改變,冷氣的潛熱比也會產生變化,當室內溫濕度下降時,潛熱比下降,此外,冷氣風量大小也會影響潛熱比,風量小潛熱比大,定頻機因為頻率固定的潛熱比變化較小,變頻機因壓縮頻率改變的影響,潛熱比變化大,在最低頻的狀態下潛熱比可能為0(除濕能效高,但除濕效率為0)。
由於冷氣是以溫度為控制條件而言,加上變頻冷氣的潛熱比會改變,冷氣除濕效率的較不穩定,而除濕機是以濕度控制為條件啟動機器,除濕效率相對穩定。
Mobile01上的網友神鵰再現很好的解釋這問題:為什麼房間開冷氣濕度會一直上升?另外網友深海裡的派大星在3篇不同的文章中,也解釋了此問題:
三菱空調霧之峰,平成30年省能源大賞
夏天暴雨季節開冷氣除濕功能睡覺
請推薦大約10~12坪數又能最低頻運作的冷氣
所以問題(夏季用除濕機除濕會比冷氣好?)的答案為何?
1.如果不考慮耗電時,設定好冷氣的溫度與除濕機的濕度後,讓他自動跑。
2.如果考慮省電,開冷氣後等待室內溫度恆定,觀察室內濕度的變動,當濕度升高時,將冷氣風量逐步調低(拉高潛熱比),直到濕度滿意狀態為止。如果風量調到最小時,濕度還是不如預期,這時候變頻冷氣可考慮改成除濕模式(通常冷氣除溼模式會提高一點潛熱比,但每家冷氣的狀態不同,需要自行觀察)。假設調整成除濕模式後,還是無法讓濕度達到滿意狀態(表示在不降低溫度的條件下,冷氣的除濕能力已經用到極限),此時在利用除濕機,對於剩下的水氣進行控制。
實際使用時要看溫濕度的條件,對於冷氣與除溼機的使用進行調控。原則上在使用冷氣的季節,且有除溼需求時,要在不降低溫度的條件下(看每個人對溫度的需求),盡可能拉高冷氣的潛熱比,這樣電力的使用較有效率。
沒有留言:
張貼留言