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发布时间: 2022-09-13 17:16:37 来源:华体会体育app下载最新版 作者:华体会体育app下载官方

  人类世世代代生活在空气中,经历春夏秋冬的气温变迁,使用各种品牌的空调设备,改善各自的居住小环境。

  基于能源消耗的各种空气加热器层出不穷。虽然效果确实管用,但其加热方法不见得是效率最高的。其实,真正使用效率最高的产品,至今尚未商品化。

  干空气的主要成分是氮气(质量比占75.5%)和氧气(占23.1%),其次是氩1.3%。

  标准状态下,1个大气压,室温25摄氏度,空气密度=1.184kg/m3。

  考虑含水后的1立方米的湿空气,其中含水23克,含氮气876.8克,含氧气268.6克,氩气15克。修正后的质量百分比为:水2%,氮气74%,氧气22.7%,氩气1.3%。

  空气中氮气、氧气、氩气在太阳光谱波段内,都是不吸收光子的,因而太阳光是根本无法加热干空气的。

  从可见光、近红外延伸到远红外线,氮、氧、氩仍然对光子无动于衷,故常规的辐射加热方式,根本对空气中的主流成分无效。标准拉曼吸收光谱数据,可查有关手册,以应证对氮氧氩气的结论。

  从近紫外到远紫外,氮气唯独对110nm光子情有独钟。可惜太阳光在波长110nm处的能量密度非常之低,且大部分在臭氧层被吸收。

  即便紫外线加热可行,普通空气加热装置,也一定不会考虑用110nm远紫外线加热空气,因为人类皮肤被强紫外照射有致癌风险!

  高空大气层并不因为离太阳近而比地表气温高。相反,海拔每增加1千米,气温递减6摄氏度。这一大气直接观测结果,进一步应证光辐射无法加热干空气。

  造物主还真是关照人类,偏偏在地球大气中渗入对大部分光子能量都能吸收的水蒸气。

  水蒸气除了大气窗口内的红外光子不怎么吸收外,其它的光谱能量照单全吸收,来者不拒。

  空气中的水除了以水蒸气的形式存在外,还有一部分以非气态形式存在,例如水雾。而对非气态的水,就不存在大气窗口的感念,因为它对任何光子都是吸收的。

  除了辐射加热外,还有一种常用的加热方式是对流加热。日常生活中的各种室内加热取暖装置,正是通过对流传热,使得空气被间接加热的。即取暖器先以辐射方式,加热空气中的水分、墙壁、地板、天花板、家具、人体等。之后,氮氧氩分子间接地被加热的水汽分子碰撞,以及被空间边界面碰撞,撞来撞去,氮氧氩气最后也慢慢升温了。

  因而,室内空气太干燥的话,空气的加热效率是很低的,此时大部分能量,其实是用来加热墙体以及包围空间的建筑材料和其它物件。所以,冬天最好室内同时配超声波加湿器,不失为提高取暖效率的好措施。保持合适的湿度对健康也有好处。

  冬季室外气温,即便在正午阳光充足时也很难迅速升高,这是因为大气的绝对含水量确实太低了:0℃时饱和湿空气含水量5g/m3,-20℃时饱和湿空气含水量1g/m3,当然冬季太阳照射角倾斜大也是一个因素。

  最有效加热空气的办法之一,可以是用机械的方法揉捏折腾空气:吸满一缸空气;压缩快速升温;吐出来;再吸;如此吸-压-吐连续循环,即用最笨最直接的机械方法强迫空气主流分子做布朗热运动。

  此法可抽象为“吸气-压缩-排气”的三冲程法。有点像经典的四冲程内燃机模型,但要扣去做功冲程。该法对干空气和湿空气都效果良好。

  气缸压缩后再吐出来的时候温度肯定要降低,但因为气体没有对活塞做功,所以吐出温度高于吸入温度。

  不用担心效率,机械能可以100%转换为热能,尽管反过来转换(热转功)做得好大约30%。气缸摩擦损耗生热看起来降低了功转热效率,但发热的缸体其实最终也用于空气加热。

  机械加热器的显著特点:空气被快速优先加热,而墙体及室内所有物件可能仍然冰冷。较长时间后,才能空气与周围物质达到热平衡。

  传统取暖器用于厚重墙体,其实效率也蛮高的,但用于薄墙体或透明墙体,那简直是糟蹋能源。而机械加热器的高效率与墙体基本无关,因为它始终直接加热空气。因而简易空间如帐篷、蒙古包等特别适合用机械加热法,哪怕设备成本贵点也划得来,因为建筑省下来的费用更加可观。

  如果机械加热器盛行,则墙体不必做得那样厚重,代之以高保温R值的薄材,能间接达到环保节能且经济的效果。

  可惜,这样的机械取暖器一定有不小的噪音,而且既笨重又成本高,这也正是其很难商品化的原因。噪音可以通过技术措施消音,最终成本才是市场接受度的决定性因素。

  内燃机气缸在压缩冲程时,可以将冷空气瞬间毫秒级加热到400℃多度以上。不像汽油机要高压放电点火,柴油机恰是靠瞬时加温空气压燃的。

  对比一下:你将10平方米的房间,用1000瓦的电炉从0度加热到20摄氏度,至少需要半小时吧?常规内燃机的排气量10升左右,家轿2升更显得有点小,假设专门做一个大排气量的机械加热器,一口吞掉整个卧室内的零度的冷空气,以10倍比压缩,此时缸内温度400度,再回吐出来,还剩下20摄氏度也行啊。岂不可实现“秒杀”急速升温?当然那么大的排气量只能是个童话,小玩意的装置无非要更加努力多吞吐N次,才能将空气折磨热。

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  病毒不耐热,采用这个加热方式,瞬间给空气消毒,回收膨胀能,可以低能耗获得常温消毒空气,供给正压防护服、正压防护面罩、正压防护头罩。

  李维纲回复李维纲: 负压隔离病房排出的、被病毒污染的空气,也可以如此加热消毒后再排放到环境中去。

  假设专门做一个大排气量的机械加热器,一口吞掉整个卧室内的零度的冷空气,以10倍比压缩,此时缸内温度400度,再回吐出来,还剩下20摄氏度也行啊。

  上面这段说法有问题。如果你的压缩机在室外,压缩后的“热空气”排入真空的室内,膨胀后的空气温度实际是降低的,低于0度。因为压缩工程中,空气向气缸壁,通过气缸壁向环境散热,膨胀后的温度所以降低。如果压缩机在室内,空气升高的温度等于压缩机机械能放热所能够加热空气所达到的温度。

  魏焱明回复周向进: 周老师言之有理。机械加热器使用时一定是放在需要加热的空间。

  其实排气的快慢及方法也影响出来的空气的热度。热力学上的绝热膨胀只是理想情况。

  我认为:分子随机方向运动的动能才是热度的客观反映,如果分子运动被整流成固定方向运动,其视在温度会低得多。温度也是分子自由度的反映,随机运动的分子自由度最大的3,被“整流”的分子自由度为1(单向交流)或0.5(单向直流), “双规”的分子自由度为0。

  魏焱明回复周向进: 即便压缩机放在室外,如果慢速释放400多度的热空气到真空室内,可以做到终态温度高于吸气温度。原因是不让空气获得太多宏观动能,空气内能就不会减少得那么剧烈。吕喆有篇老博文谈到这个问题:为什么呵气暖而吹气凉?

  我不会去做机械取暖器,它的成本比常规加热器高很多。能用便宜的一根电阻丝做加热器,何苦要搞那么麻烦的机械加热?

  但我主张把报废轿车拆解下来的旧引擎,直接用到风能转热能的潜在市场,即将采风透平的驱动力,直接或者通过减速器耦合到废弃发动机用于制热。服务于温室大棚的冬季取暖保温,或类似工业应用。这样就充分利用冬季风大,以及机械制热机直接来自几乎免费的报废物品。牛人陈光标据说从事废物回收行业。

  常规取暖器很多还是用的红外加热。烧红后的电阻丝就是红外热源。冷暖空调实际上是用的热泵。其实现有产品效率都不差,但电力生产环节的源头效率很低而已。

  期达您的机械取暖器早日问世。还有一个疑问:常规取暖器也很少用光线直接加热的,如果说空调等电暖器中的能量转化效率不高,那么电能转化成什么了呢?

  2、气象学就湿度温度争吵不休至今,公说公有理,婆说婆有理。气象台的预报含有湿度数据,经常在50%至99%之间。本网的吴启凡老师认为准饱和比较符合实际。我个人认为至少在50%相对湿度以上。

  3、所有科普资料分析空气的成分时,都是以干空气作参考的,因为湿空气的含湿量是随气象条件波动的。故我稳中计算了湿度100%的25度条件下的各组分分布。考虑水气比例后,原干空气各成分比被摊薄了一点点,以腾出2%留给水。

  吐出来的时候温度是要降低,但高于吸入的温度。如果相等的话,机械功岂不白做了?那就是违反能量守恒定律。就算气缸摩擦生热,那也间接加热了空气。

  【最有效加热空气的办法,应该是用机械的方法揉捏折腾空气:吸满一缸空气;压缩快速升温;吐出来;再吸;如此吸-压-吐连续循环】。如此的话,好比揪着自己的头发上天。

  》》考虑含水后的1立方米的湿空气,其中含水23克,含氮气876.8克,含氧气268.6克,氩气15克。修正后的质量百分比为:水2%,氮气74%,氧气22.7%,氩气1.3%。

  》》真实的空气,或者称大气,永远含有水蒸气,且自然状态下处于准饱和状态。

  》》干空气的主要成分是氮气(质量比占75.5%)和氧气(占23.1%),其次是氩1.3%。

 


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