本文将说明以下问题：
1.空调是否能量守恒？
2.能效等级以及能效比是怎么回事儿？
3.为什么高能效空调省电？
4.高能效空调与低能效空调原理性差异在哪儿？
5.为什么空调制热比制冷功耗大？
6.为什么变频空调省电？
7.高能效空调也有缺点……
我的一个同事问我，为什么空调的额定功率，跟制冷功率相比有这么大的差距，以我家空调为例：
额定制冷功率是950瓦，而额定制冷量为3500瓦，那么空调系统里能量是守恒的吗？首先，能量守恒是毋庸置疑的，事实上，空调消耗了950瓦的电功率并非真的“制造”了3500瓦的热量，而是“搬运”了3500瓦的热量。这个问题我后面还要细说。而对于消耗950瓦电功率最终能产生（搬运）多大的热量，这个问题实际上，说的是空调的能效比问题，什么是能效比呢？就是空调的制冷量（制热量）与空调运行耗电功率的比值。我国最新的能效等级标准为APF，分为3个等级，一级最省电，三级最费电。下图是 APF 等级中，不同匹数的空调对应 3 个等级的能效比数值范围：
对比上图数据与我家空调铭牌上标注的数据可以算出我家空调的能效比为：3500/950=3.68也就是符合新标准第3级能效比（俺家空调比较老，在当年还是一级能效的，现在沦落到三级能效了）。那么，如果按照最新一级能效标准的话，同样是3500瓦的制冷量，只需要消耗3500/4.5=778瓦就够了，足足小了200多瓦！很显然，能效比越高越省电。
那么，950瓦的电功率如何制冷（热）3500瓦呢？不同能效的空调有啥本质的物理区别呢？
之前我也说了，空调制冷（热）并非像电炉丝一样由电能直接转换成热（冷）能，而是通过制冷机组件（包括压缩机，冷凝器，蒸发器以及运行其间的制冷剂俗称冷媒）将热能从屋内搬运到屋外（制冷），或者从屋外搬运到屋内（制热），很显然，搬运热量的效率比直接产生热量的效率高多了！为了方便理解，我用加热取暖举例来说明一下：如果消耗1000瓦电功率通过电热丝制热的话，忽略各种损耗，最多产生1000瓦的热量，而如果通过空调系统从室外搬运热量的话，按照一级能效计算，可以产生“搬运”4500瓦的热量。因此，通过空调搬运热量的效率比通过电热丝（例如电暖气）产生热量的效率高多了。同理可以知道夏天制冷也是相同的道理。
现在了解了空调器通过热量搬运的方式制冷取暖的原理，那么不同能效比的空调到底主要区别在哪儿呢？大家从能效比的数字就可以看出来，能效比越高的空调耗费同样的电能搬运的热量越大，在空调器中，表现出来的就是热交换的效率高，事实上，也就是空调器里的热交换器的热交换效率高，那么空调器里哪个部件是热交换器呢？
这里涉及到两个部件，一个是冷凝器，一个是蒸发器，这两个热交换器一个放在室内一个放在室外，中间用管道连接，由压缩机驱动冷媒在这两个热交换器之间进行热交换，实际上，对于我们现在使用的冷暖空调而言，哪个叫冷凝器，哪个叫蒸发器都无所谓，从原理结构上讲二者基本是一样的，在空调做制冷与制暖的切换的时候，二者的功能也正好对调，一般来说，我们还是习惯以空调制冷的时候的工作状态来将室内的热交换器称为蒸发器，而装在室外机内的叫作冷凝器。空调器就是将房间里的热量就是先通过室内的蒸发器将热量传递给冷媒，然后经过管道被压缩机压缩到室外的冷凝器中，然后通过风扇将冷媒中存储的热量传递给室外的空气中。
大家看到这个过程要经过两次热交换，而这两次热交换是否充分，就决定了空调的能效比，大家可以想一下，反正压缩机消耗电能推着冷媒转一圈，如果热交换不够充分，则整个空调的效率就会打折扣，因此，热交换器的效率就决定了这个空调的能效比。而决定热交换器效果的就是组成热交换器的散热片以及铜管的数量，大家可以看到凡是能效比高的空调，其无论室内还是室外机的散热片数量都很多，表现出来的就是室内机比较厚，打开盖子可以看到里面一般都有三到四层的散热片，因此，室内机显得比较厚；
而能效比低的往往就有两层，因此整体室内机从外观上看也显得比较薄。
由于散热片都是由铜管与铝片构成的，用得越多热交换效果越好，成本越高。这也是高能效比的空调比低能效比空调贵的原因。
再说说为何空调制热的功率一般都比制冷的功率大？还是拿我的空调举例，制冷额定功率是950瓦，制热是1150瓦。究其原因，可以有以下几点：
第一，制冷与制热时的室内外温差不同，夏天一般室外在36°左右，而室内一般设定到26°，因此温差为10°左右。而冬天室外温度往往低于0°假设为零下5°，而室内温度设定为22°，则室内外温差达到27°，远高于夏天制冷时的温差，因此空调在制热的时候必须提供更大的功率才能满足更大温差的要求。
第二，由于冬天取暖时室外温度过低，此时需要启动所谓的“电辅加热”，就是用电热丝直接生热的方式辅助供热。
第三，冬季室外温度低，再加上用于热交换的散热片温度一定要低于空气温度，如此才能吸收室外冷空气中的热量，这样一来，换能器表面上的温度就非常低了，可能低于零下十几度，此时，如果室外空气有水分的话，很容易在热交换器上结冰（霜），因此，空调必须额外加热除霜，否则影响热交换效率。
第四，由于室内外换能器包括散热风扇都不同，转换制冷与制热工作状态后，两个热交换器功能互换，导致制冷与制热的工况不尽相同，因此也会导致制热时的额定功率更大些。
再说说变频空调为什么省电？还是拿我家的空调为例，由于变频空调的压缩机与散热风扇都是可以变速的，因此空调的制冷（制热）量就是个变化量，就如我的空调名牌上标称制冷量为：3500瓦（900瓦-4200瓦），意思是说额定制冷量是3500瓦，也可以控制压缩机降低或者提高转速，使制冷量在900瓦到4200瓦之间变化。大家知道，在额定功率950瓦的制冷量是3500瓦，其能效比为3500/950=3.68；而在低转速运行的时候我实测空调的运行消耗功率在90瓦左右，而此时的制冷量为900瓦，其能效比达到900/90=10！这是很高的能效比了，说明在这种工况下是非常省电的。这就是变频空调能够省电的原理。
也可以从另一个角度解释这个原理：当压缩机低功率（低转速）运行时，制冷剂流量低，携带的热量低，因此，相对来说，热交换器就比较大了，可以进行充分的热交换，因此，在这个工作模式下的能效比就很高了。
基于上述原理，如果想让变频空调省电，一定让它工作在低功耗模式，换句话说，买空调的时候应该留有一定的余量，否则，空调会一直工作在高功率模式，非但不能省电，还会降低能效比。还用我的空调数据举例，在最大制冷状态下，制冷量是4200瓦，此时最大运行功率是1980瓦，综合能效比就是4200/1980=2.1，远低于额定功率下的3.68。因此，让空调长时间运行在最大功率下是不划算的。对空调的寿命也不好。
最后说一下，其实能效比也不是越高越好！看事情总是要一分为二的，有很多事过犹不及，高能效比也是这个问题。前面说了，热交换器越大，其热交换就越充分，能效比就越高，但是，热交换器需要使用铜材与铝材，都是比较贵的金属，尤其是铜管，大量使用导致空调成本太高，节省的电费不足以支付多余的铜材价格，因此，并不经济，尤其将来利用可再生能源发电，耗铜省电的方式就更不可取。
另外，更大的热交换器，意味着更多的散热片，而当空气流过很多层散热片的时候会产生比较大的风噪声，据我观察，能效比高的空调，室内机的风噪相对比较大，不容易实现很好的静音。这恐怕也是高能效空调的一个缺点吧。
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