Question

5．空氣源熱泵熱水器是中國節(jié)能協(xié)會認(rèn)可的“綠色節(jié)能產(chǎn)品”．它的基本工作原 理是：空氣源熱泵熱水器中的熱泵能把空氣中的低溫?zé)崮芪�收進(jìn)來，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮埽�給水加熱．它所消耗的電能僅是帶動熱泵工作的能量．其最主要的性能指標(biāo)是“制熱系數(shù)”，制熱系數(shù)是指用戶獲得的熱能同熱水器消耗的電能的比值，它可高達(dá)300%以上．
（1）熱泵熱水器中水增加的內(nèi)能主要是能量的轉(zhuǎn)移得到的，電熱水器中的水增加的內(nèi)能主要是能量的轉(zhuǎn)化得到的．（選填“轉(zhuǎn)移”或“轉(zhuǎn)化”）
（2）某一家庭每天用60℃熱水100kg，水的初溫是15℃，則水吸收的熱量為多少？（水的比熱容c=4.2×10³J/（kg•℃）
（3）若用效率為90%，額定電壓220V，額定功率為2000W的普通電熱水器提供這一家庭每天所需熱水，需消耗多少電能？工作多長時間？
（4）若該家庭使用空氣源熱泵熱水器提供熱水，空氣源熱 泵熱水器的“制熱系數(shù)”是315%，每天需要消耗多少電能？通過計算試談一下空氣源熱泵熱水器的優(yōu)點．（至少說出兩點）

Answer 1

分析 （1）改變內(nèi)能的方法有：做功和熱傳遞，做功實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)化、熱傳遞實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)移；
（2）知道水的質(zhì)量、水的初溫和末溫、水的比熱容，根據(jù)吸熱公式Q_吸=cm（t-t₀）計算出水吸收的熱量；
（3）根據(jù)η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%求出消耗的電能，利用P=$\frac{W}{t}$求出加熱時間；
（4）知道空氣源熱泵熱水器的制熱系數(shù)（用戶獲得的內(nèi)能同熱水器消耗的電能的比值），可求每天需要消耗的電能，而1kW•h=3.6×10⁶J，據(jù)此求解；
空氣能熱水器的優(yōu)點要從安全、節(jié)能、環(huán)保方面去考慮．

解答 解：（1）空氣的熱轉(zhuǎn)移給水，使熱泵熱水器中水內(nèi)能增加、溫度升高，發(fā)生了能量的轉(zhuǎn)移；電熱水器中的水增加的內(nèi)能主要是電能轉(zhuǎn)化的；
（2）水吸收的熱量：
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，消耗的電能：
W=$\frac{{Q}_{吸}}{η}$=$\frac{1.89×1{0}^{7}J}{90%}$=2.1×10⁷J，
由P=$\frac{W}{t}$可得，加熱時間：
t=$\frac{W}{P}$=$\frac{2.1×1{0}^{7}J}{2000W}$=10500s=175min；
（4）由題知，η=$\frac{{Q}_{吸}}{W}$×100%=315%，
則每天需要消耗的電能：
W_電=$\frac{{Q}_{吸}}{η′}$=$\frac{1.89×1{0}^{7}J}{315%}$=6×10⁶J，
空氣源熱泵熱水器的優(yōu)點：不污染環(huán)境，節(jié)約能源．
答：（1）轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)化；
（2）水吸收的熱量為1.89×10⁷J；
（3）需消耗2.1×10⁷J的電能，工作175min；
（4）每天需要消耗6×10⁶J的電能，空氣源熱泵熱水器的優(yōu)點：不污染環(huán)境，節(jié)約能源．

點評 本題考查了能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移、熱量的計算、效率公式和電功公式的靈活應(yīng)用，理解制熱系數(shù)是關(guān)鍵．