2016年6月13日 星期一

窮人冷氣機真的可以降溫嗎?

圖片取自蘋果日報

這兩天大家都看到這個新聞,用寶特瓶和厚紙板就能辦到,可以讓室內氣溫降低5度!真的有這麼神奇嗎?

今天我們邀請到慈大江允智老師來幫我們解謎。

首先我們要探究的是:

1. 空氣經過寶特瓶壓縮離開瓶口瞬間膨脹能不能降溫? 如果可以的話,那降低的溫度熱能哪去了?

2. 這個裝置是否真的可以讓房間溫度降低攝氏五度?

以下整理自江老師的解答:

1. 空氣經過寶特瓶壓縮離開瓶口瞬間膨脹能不能降溫? 如果可以的話,那降低的溫度熱能哪去了?

當氣體由寶特瓶口衝進室內的瞬間,這時氣體便會瞬間膨脹,造成氣體分子之間的平均距離增加,對於分子間吸引力而言,產生的結果就是造成氣體的位能上升。

如果膨脹過程是等焓過程(即沒有能量交換)也就是氣體總能量守恆,在這樣的狀況下,位能上升使得動能下降(也就是說,降低的溫度在這個過程中,成為氣體分子的位能了),於是氣體的溫度降低。這是所謂的「焦耳-湯姆孫效應」(Joule–Thomson effect),google一下就可以知道更多。

所以,空氣經過寶特瓶壓縮離開瓶口瞬間膨脹,是可以降溫的,而降低溫度的熱能成為氣體分子的位能了。

2. 降低攝氏五度,可能嗎?

依照「焦耳-湯姆孫效應」效應的原理:

μ=(dT/dP) 

簡單說也就是

焦耳-湯木生係數(μ)=溫度差(度K)/壓力差(bar) 

請參考英文版的維基百科,以大氣中最主要成分氮做計算,假設焦耳-湯木生係數=0.2,也就是說寶特瓶兩邊至少要有25倍多的大氣壓差才做得到喔!如果吹進寶特瓶的只是微風,是不會產生加壓的效果的!

所以,如果空氣無法在寶特瓶口達成25大氣壓,吹出來的空氣的溫度是不可能降五度的

※最好的綠能降溫方式是什麼?

如果想要達成室內降溫,又不想耗電,最好的方法是利用高低窗的設計,利用熱空氣自然上升配合適當的高窗導流,讓熱空氣自然流出,再配合低窗將較低溫的空氣利用壓力差自然引入,這樣自然循環很快就能讓室內降溫。而且,空氣流通體感溫度也能降低,空氣品質也能提升!
最好的案例就是花蓮慈濟靜思精舍的主堂設計,外遮陽加上凹的深開窗有效隔熱,高低窗空氣對流與屋頂木格柵有效引流,天氣越熱越能感覺室內空氣流通,完全不需要冷氣喔!

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