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                超高溫天氣空調為什么罷工,房間溫度降不下來?

                中央氣象臺連續25天發布高溫預警,多地氣溫超40℃,景區因極端高溫天氣關閉,這次的高溫天氣究竟有多難熬?

                極端高溫越來越頻繁

                咱們來看幾個例子:

                比如,全球互聯網巨頭的服務器都在它們的本部嗎?不,那樣太不劃算了。它們的服務器總耗電量超過幾個巨型發電站的裝機容量,所以建設的時候必須考慮用電成本。

                此外,還有一個要考慮的因素和電費并重,那就是溫度。我們知道,今天頂級 CPU 全負荷工作時,CPU 那個小小的空間內的熱量密度其實超過核電站反應堆內壁的熱量密度。于是為了讓服務器穩定工作,必須提供強勁的散熱,把散熱設施從上萬轉每分鐘的風扇升級到像大樓里管道一樣密密麻麻的一體式液冷散熱系統。有時候,散熱系統的造價能達到整個計算中心的 1/5。

                因此,為節約費用,服務器集群往往建在地球上供電穩定、電價低且涼快的地方,基本上都靠近北極圈。這樣就不用把散熱系統弄得那么豪華了。

                而今年夏天,包括谷歌、甲骨文在內的很多大公司在英國北部的數據中心都頻繁發生冷卻方面的故障。

                倫敦的盧登機場跑道和皇家空軍基地的飛機跑道相繼被熱化了,停飛了很多飛機。葡萄牙北部城市尼揚在 7 月 14 日達到了 47℃ 的最高溫度。法國南部也有很多城市超過了 40℃。

                此外,《科學進展》雜志上還有一個對濕球溫度的統計,分析了 1979 年到 2017 年間全球近 8000 個氣象站每小時的溫度記錄。結果是這樣的:

                在上世紀七八十年代,全球每年只記錄到 1-4 次濕球溫度超過 33℃ 的特殊事件;而到了最近 10 年,每年出現的次數是 20-40 次。如果以人感覺比較難受的溫度,也就是濕球溫度 27℃ 來計算,上世紀七八十年代,每年大約有 4 萬到 10 萬次超過這個值;而最近 10 年,是 40 萬到 60 萬次超過這個值。

                總之,極端的炎熱天氣已經越來越頻繁了。

                空調也會罷工

                當然,我們也能聽到一種說法:

                就算是熱,也不是 365 天都那么熱,每年 3 個月的夏天里,就算按夸張的算,會有 50 天出現濕球溫度超過 35℃ 的情況,但在那些天我們可以像躲避臺風一樣不出門,在有空調的屋子里工作,不是一樣可以維持正常生活嗎?

                其實不一定。因為真正能在家辦公的人只占需要上班的人的 5% 不到,大部分人工作時都還是要去現場的。除此之外,另外一個難點就是用電緊張。這個問題不用多說,自從去年冬天以來,我們就都能感受到。今年,這個問題還會繼續加劇。

                即便我們假設不存在必須出門和用電困難的問題,也依然存在下一個問題,就是空調也會因為太熱而罷工。太熱的時候,我們并不能安穩的躲在空調房里。

                如果你留意過空調室外機就會發現,標簽上有一個工作溫度范圍,一般是 -7℃ 到 43℃。這個 43℃ 就是空調工作的最高溫,超過之后,空調離罷工就不遠了,幾分鐘的事兒。而且在接近這個溫度的時候,空調的制冷效果就已經很差了。

                有人可能說,不對啊,35℃ 離 43℃ 的上限還差得遠呢,怎么可能罷工?那是因為剛才說的 35℃ 只是濕球溫度。


                所謂濕球溫度,指的是在環境里放一個濕濕的小球,盡你所能的用環境中的空氣吹它,這樣小球上的水分蒸發時會帶走熱,就能給小球降溫,能降到的那個最低溫度就是濕球溫度。


                所以,濕球溫度和環境溫度與濕度這兩個參數有關。我舉一個夏天比較常見的溫度和濕度的組合 —— 47℃ 的環境溫度、50% 的濕度,這個參數下的濕球溫度就正好是 35℃。所以實際上,當濕球溫度超過 35℃ 的時候,環境溫度往往已經 40 幾度,超過空調工作的上限了。


                為什么空調超過43℃會罷工?


                為什么空調在超過 43℃ 時就罷工了呢?原因和熱效率有關。


                家用空調由壓縮機、冷凝器、蒸發器、節流閥四大部分組成,四部分連通成封閉的環路,環路里充滿了制冷劑。


                壓縮機就像心臟一樣,使制冷劑像血液一樣在環路里持續流動。同時,壓縮機還會把處于低溫的氣態制冷劑壓縮成高溫、高壓的液態,然后再送到冷凝器里去降溫。也就是用空調室外機里那個巨大的風扇去吹它,讓制冷劑變為高壓、常溫的液態狀態。


                然后,制冷劑經過節流閥、進入蒸發器,也就是室內機里那些銅管一樣的東西。這里空間突然增大,壓力減少,制冷劑就會從液態變為氣態,這個過程需要吸收大量的熱,而這個熱就是室內空間里的熱。由于制冷劑總是流動的,于是室內的熱就這樣被制冷劑搬到了屋外。這就是空調制冷的簡單原理。


                在這個過程中,制冷的效率有高有低,這當然和制造工藝有關,但也和物理定律有關。就算工藝完美,也依然受物理定律的限制。


                其實,這個定律就是卡諾循環的熱效率計算方法。咱們就不在音頻里細說了,我拿空調的國標中的一些參數舉例子,你就能理解室外溫度升高對空調制冷效率的降低有多明顯了:


                我們知道,空調是利用一部分電能把一部分熱能搬運出去的機器,于是國標中,制冷功率就對應它使用了多少瓦的電能,制冷量就對應有多少瓦的熱被搬運了出去。


                在 30℃ 的室外溫度時,用 363 瓦的電可以搬運 2051 瓦的熱,相當于 1 份電搬運 5.7 份熱。而國標中當溫度達到 38℃ 時,要求不得低于用 1895 瓦制冷功率搬運 4395 瓦的熱,相當于 1 份電搬運 2.3 份熱。你看,搬運熱能的效率是不是大幅下降?而參數變化只是從 30℃ 增加到 38℃ 而已。


                在 43℃ 時,大部分空調要用好幾份電才能搬運 1 份熱。這時候搬運走的熱,可能還不如通過墻體、空氣流動或者玻璃投射進來的光給室內加溫的功率呢,于是空調就等于沒用了。


                而且,一旦空調工作在 43℃ 的時候,它各部件都是滿負荷工作的,自身的發熱量也非常大,而這時候,環境溫度又太高,熱量無法散出去,于是連低效的制冷也不能持續,自己就因為過熱保護而罷工了。


                所以,如果真的處于濕球溫度 35℃ 的環境,氣溫往往已經 47℃ 了,今天絕大部分家庭的空調都會失效的,想通過當前的空調避過一年里那 50 天致命高溫是不太可能的。

                如何高效使用空調?


                當然,這只是指普通的家用空調,如果是特種制冷劑、特殊設計的空調,還是可以工作在更加惡劣的環境中的。假如真到了那一天,熱到了無以復加的地步時,相信這樣昂貴的空調也會逐漸普及的。


                但和用空調保命比起來,不讓地球熱到那個地步才更加穩妥,否則一次意外停電可能就比一次大流感造成的死亡還要多了。


                盡管我們中的大部分人不會活著見到家鄉的濕球溫度一年中有幾十天超過 35℃ 的時候,但把空調用好,還是當下很值得說的話題。


                想要高效使用空調,你可以記住一個方法:在開啟空調的時候,把風量設置到最大,等覺得溫度合適后,再把風量調小就行了。這樣可以讓屋里最快的涼下來,而且也最省電。


                雖然我們會設定空調的溫度,但在空調的測溫點到達那個設定值之前,空調不論是定頻的還是變頻的,都會一律以最大功率制冷。設置 16℃ 和設置 26℃,在最初幾十分鐘到一時里,耗費的電能其實是一樣的,只有當溫度到達設定點后,空調才會降低功率。在此之前,我們要做的就是把風量開到最大,把它好不容易制造出來的冷氣盡量利用上。


                最后,提醒你多喝水,避開烈日,平安度過這個酷暑。


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