Question

20．如图是“空气能热水器”，它是运用热泵工作原理，吸收空气中的低能热量，经过中间介质的热交换，并压缩成高温气体，通过管道循环系统对水加热，耗电只有电热水器的$\frac{1}{4}$，是一种节能、环保、清洁的采缓制冷和热水的装置，是全世界备受关注的新能源技术，以下为某一品牌“空气能热水器”的铭牌，请根据其提供的数据，回答下列问题：

型号	SAH-HX05
额定制热量（kW）	4.8
额定输出功率（kW）	1.3
额定输出电流（A）	6.2
电源	AC220V/1P/50Hz
热水产量	120
额定进/出水温度	15℃/50℃
进/出水管直径（mm）	DN20
适配水箱规格	200L

主机外形尺寸（mm） 长×宽×高		950×360×555
水箱外形尺寸（mm）	外径	Φ560
	高度	1300
主机重量（Kg）		65
水箱重量（Kg）		40
机组噪声dB（A）		43
适用环境温度（℃）		-5～40℃
最大洪水压力（Mpa）		0.7Mpa

（热水产量120L/h表示该空气能热水器1h能使120L的15℃的水加热到50℃）
（1）在120L的水从15℃加热到50℃，需要吸收多少热量？用此空气能热水器把120L的水从15℃加热到50℃，需要消耗多少电能？
（2）加热120L这样的水，从空气中获得多少热量？从用户的经济角度来看，其转换效率实际为多少？
（3）在“空气能热水器”的说明书中说到“空气能热水器能将环境里的热量转移到水中，突破单一不同能之间的转变无法达到100%效率的瓶颈；热泵技术转化效率可达到300～400%”，上述计算的结果，是否违背了能量守恒定律？如何理解“转化效率可达300～400%”．

Answer 1

分析 （1）知道水的体积，根据m=ρV求出水的质量，根据Q_吸=cm（t-t₀）求出水吸收的热量；知道额定输出功率和工作时间1h，根据W=Pt求出消耗的电能；
（2）水吸收的热量减去消耗的电能即为从空气中获得的热量，根据η=$\frac{W}{{Q}_{水}}$×100%求出其实际转换效率；
（3）从水获得的能量的途径和能量守恒进行解答．

解答 解：（1）水的体积：
V=120L=120dm³=0.12m³，
由ρ=$\frac{m}{V}$可得，水的质量：
m=ρV=1.0×10³kg/m³×0.12m³=120kg，
水吸收的热量：
Q_水=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×120kg×（50℃-15℃）=1.764×10⁷J，
空气能热水器需要消耗的电能：
W=Pt=1.3×10³W×3600s=4.68×10⁶J；
（2）从空气中获得的热量：
Q_吸=Q_水-W=1.764×10⁷J-4.68×10⁶J=1.296×10⁷J，
其实际转换效率：
η=$\frac{W}{{Q}_{水}}$×100%=$\frac{1.764×1{0}^{7}J}{4.68×1{0}^{6}J}$×100%≈376.92%；
（3）水获得的能量大于用户消耗的电能，是由于电能转化成水的内能的同时，空气中的内能也传递到水中去，从用户的经济角度来看，效率超过了1，但从整个大自然来说，能量是守恒的．
答：（1）需要吸收1.764×10⁷J的热量；需要消耗4.68×10⁶J的电能；
（2）从空气中获得1.296×10⁷J的热量；从用户的经济角度来看，其转换效率实际为376.92%；
（3）不违背能量守恒定律；水获得的能量大于用户消耗的电能，是由于电能转化成水的内能的同时，空气中的内能也传递到水中去，从用户的经济角度来看，效率超过了1，但从整个大自然来说，能量是守恒的，

点评 本题考查了密度公式、吸热公式、电功公式、效率公式和能量守恒的应用，理解额定输出功率的含义和水获得的能量的途径是解题的关键．