Question

目前市場上有一種熱水器叫做“空調(diào)熱水器”，又名“冷氣熱水器”，顧名思義，就是可同時提供空調(diào)制冷和熱水供應(yīng)的熱水器．其最大的好處是相比傳統(tǒng)的電熱水器和燃?xì)鉄崴�器，這種熱水器非常節(jié)能．其原理與普通的空調(diào)相似，如圖所示．
1、根據(jù)圖簡述這種熱水器的工作原理．
2、以下為某種品牌的三種型號“空調(diào)熱水器”的測定參數(shù)（在環(huán)境溫度20℃，迸水溫度20℃時測定）：

型號	A	B	C
額定/最高出水溫度（℃）	55/60
輸入功率（kW）	1.2	1.7	2.8
電源	220V/50Hz
熱水產(chǎn)率（L/h）（△t=35±1℃）	120	170	280
環(huán)境溫度范圍（℃）	-10-50

請根據(jù)上表數(shù)據(jù)計算或分析：
（1）根據(jù)型號A的熱水產(chǎn)率，計算說明為什么這種“空調(diào)熱水器”比傳統(tǒng)的電熱水器更節(jié)能[水的比熱容c_水=4.2×10³J/（kg?℃）]；
（2）這種熱水器有一種性能參數(shù)叫做“能效比”，其定義為：當(dāng)水吸收Q的熱量，電流所做的功為W時，能效比η=Q/W．A型熱水器的為多少？
3、若B型與其他兩種型號的能效比相同，而出水溫度只要求達(dá)到45℃時，它的實(shí)際熱水產(chǎn)率會是多少？

Answer 1

分析：1、根據(jù)這種熱水器的結(jié)構(gòu)圖和物體的變化（液化、汽化）簡述工作原理；
2、（1）由表可知A型熱水器工作1h加熱水的體積和溫度的變化，根據(jù)密度公式和吸熱公式求出水吸收的熱量，根據(jù)W=Pt求出熱水器1h消耗的電能，傳統(tǒng)電熱水器消耗的電能和水吸收的熱量相等，然后比較兩者消耗的電能關(guān)系即可得出這種電熱水器更節(jié)能的原因；
（2）根據(jù)“能效比”的定義即可求出能效比的大小；
3、根據(jù)能效比的定義表示出水吸收熱量和消耗電能之間的關(guān)系即可求出B型實(shí)際熱水產(chǎn)率．

解答：解：（1）壓縮機(jī)將氣態(tài)工作物質(zhì)壓縮，使其在冷凝器內(nèi)液化，并放出熱量，傳遞給需要加熱的水；液化后的工作物質(zhì)經(jīng)膨脹閥后體積膨脹，壓強(qiáng)減小后汽化，降低自身溫度后，從流過蒸發(fā)器內(nèi)的空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低，形成冷氣后吹出；
2、（1）查表得A型熱水器工作1h可以將V=120L=120×10^-3m³的水溫度升高△t=35℃，
則水吸收的熱量為：
Q=c_水m_水△t=c_水ρ_水V△t=4.2×10³J/（kg?℃）×1.0×10³kg/m³×120×10^-3m³×35℃=1.76×10⁷J，
熱水器1h消耗的電能（電流所做的功）為：
W=Pt=1.2×10³W×3600s=4.32×10⁶J，
而如果使用傳統(tǒng)電熱水器，消耗的電能為W′=Q=1.76×10⁷J，
因?yàn)閃′＞W(wǎng)，
所以這種熱水器更節(jié)能．
（2）A型熱水器的能效比：
η=

Q

W

=

1.76×107J

4.32×106J

≈4.07；
3、由能效比的定義可得：
Q′=ηW′即c_水m_水（t₂-t₁）=c_水ρ_水V₂′（t₂-t₁）=ηP₂t，
熱水器工作1h提供的熱水體積為：
V₂′=

ηP2t

cρ(t2-t1)

=

4.07×1.7×103W×3600s

4.2×103J/(kg?℃)×1.0×103kg/m3×(45℃-20℃)

≈0.237m³=237L．
答：1、壓縮機(jī)將氣態(tài)工作物質(zhì)壓縮，使其在冷凝器內(nèi)液化，并放出熱量，傳遞給需要加熱的水；液化后的工作物質(zhì)經(jīng)膨脹閥后體積膨脹，壓強(qiáng)減小后汽化，降低自身溫度后，從流過蒸發(fā)器內(nèi)的空氣中吸收熱量，使空氣溫度降低，形成冷氣后吹出；
2、（1）這種“空調(diào)熱水器”比傳統(tǒng)的電熱水器更節(jié)能計算過程如上所示；
（2）A型熱水器的能效比約為4.07；
3、B型實(shí)際熱水產(chǎn)率會約為237L．

點(diǎn)評：本題考查了電功與熱量的綜合計算，涉及到物體的變化和熱量公式、密度公式、電功公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是理解和應(yīng)用“能效比”的定義和知識的遷移（電熱水器和電冰箱、空調(diào)機(jī)的工作原理）．