Question

5．空气源热泵热水器是中国节能协会认可的“绿色节能产品”．它的基本工作原 理是：空气源热泵热水器中的热泵能把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，给水加热．它所消耗的电能仅是带动热泵工作的能量．其最主要的性能指标是“制热系数”，制热系数是指用户获得的热能同热水器消耗的电能的比值，它可高达300%以上．
（1）热泵热水器中水增加的内能主要是能量的转移得到的，电热水器中的水增加的内能主要是能量的转化得到的．（选填“转移”或“转化”）
（2）某一家庭每天用60℃热水100kg，水的初温是15℃，则水吸收的热量为多少？（水的比热容c=4.2×10³J/（kg•℃）
（3）若用效率为90%，额定电压220V，额定功率为2000W的普通电热水器提供这一家庭每天所需热水，需消耗多少电能？工作多长时间？
（4）若该家庭使用空气源热泵热水器提供热水，空气源热 泵热水器的“制热系数”是315%，每天需要消耗多少电能？通过计算试谈一下空气源热泵热水器的优点．（至少说出两点）

Answer 1

分析 （1）改变内能的方法有：做功和热传递，做功实质是能量的转化、热传递实质是能量的转移；
（2）知道水的质量、水的初温和末温、水的比热容，根据吸热公式Q_吸=cm（t-t₀）计算出水吸收的热量；
（3）根据η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出消耗的电能，利用P=$\frac{W}{t}$求出加热时间；
（4）知道空气源热泵热水器的制热系数（用户获得的内能同热水器消耗的电能的比值），可求每天需要消耗的电能，而1kW•h=3.6×10⁶J，据此求解；
空气能热水器的优点要从安全、节能、环保方面去考虑．

解答 解：（1）空气的热转移给水，使热泵热水器中水内能增加、温度升高，发生了能量的转移；电热水器中的水增加的内能主要是电能转化的；
（2）水吸收的热量：
Q_吸=cm（t-t₀）=4.2×10³J/（kg•℃）×100kg×（60℃-15℃）=1.89×10⁷J；
（3）由η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%可得，消耗的电能：
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.89×1{0}^{7}J}{90%}$=2.1×10⁷J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，加热时间：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{2000W}$=10500s=175min；
（4）由题知，η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=315%，
则每天需要消耗的电能：
W_电=$\frac{{Q}_{吸}}{η′}$=$\frac{1.89×1{0}^{7}J}{315%}$=6×10⁶J，
空气源热泵热水器的优点：不污染环境，节约能源．
答：（1）转移；转化；
（2）水吸收的热量为1.89×10⁷J；
（3）需消耗2.1×10⁷J的电能，工作175min；
（4）每天需要消耗6×10⁶J的电能，空气源热泵热水器的优点：不污染环境，节约能源．

点评 本题考查了能量的转化和转移、热量的计算、效率公式和电功公式的灵活应用，理解制热系数是关键．