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目前我们常用的物品加热方式,比如烧开水或者加热食物,主要应用两种方式,即用天然气加热和用电加热,那么使用这两种方式,哪一种相对来说成本更低呢?
无论是用哪一种方式,其实都涉及到能量转化的问题。用天然气烧水,实质上是通过将天然气的化学能转化为热能,然后通过热量的传输再转化为水的内能。而用电烧水,实质上是将电能转化为热能(中间还有磁能的转换),既而在热量传递的过程中提升水的内能,从而达到提高水温的目的。
根据上述过程,决定着使用哪种方式性价比更高,不但取决于天然气和电的单价,也取决于能量的转化效率以及热能的传输效率。而天然气和电的单价,在同一地区一定的时间段内处于相对稳定的状态,因此我们要重点分析一下在烧水的过程中,能量的转化效率和热能的传输效率。
对于使用电加热的容器来说,绝大多数的加热核心都直接与水密切接触,比如热得快、电水壶等,从电能转化为热能(磁能)的效率非常高,我们姑且可以用%来看待。而使用天然气作为加热的能量来源,那么在天然气的燃烧过程中,不可能保证全部的气体都充分燃烧,会有少部分的气体,在气压的推动下来不及燃烧而散逸到空气中,这部分的气体约占气体输出总量的2%-5%。
从热能的传输效率来看,内置式的加热容器,其热传输效率普遍明显高于外置式的加热容器。内置式的加热容器,比如电水壶、燃气热水器等,它们的加热元件都位于容器的内部,直接与水接触,从电能或者化学能转化而来的热能可以得到充分地利用,其损耗的能量,只有除加热体之外,加热容器其它线路上的受热元件所消耗的热量,以及受热体本身辐射到空气中的热量。因此,对于内置式的加热容器,其热传输效率普遍在85%-95%之间。
而对于外置式的加热容器,比如电磁炉,或者使用煤气灶直接加热锅中的水,那么,除了刚才说到的辐射到空气中的热量以外,电磁炉中的电机、风扇等不能作用于加热物体的元件,仍然会耗费一定的电能。而使用煤气灶加热,不但受热物体会向外辐射热量,而且暴露在空气中的火苗,也会将很多的热能直接辐射出去。据统计,电磁炉的热传输效率一般在70%左右,而煤气灶的热传输效率更低,一般为60%左右。
我们假设水的初始温度即室温20摄氏度、开水的温度为摄氏度,水的比热容恒定为4.2*10^3焦/(千克*℃),理论上,我们根据公式Q=C*M*△t,可以计算出烧开1公斤的水最少需要的能量为千焦。
结合以上的分析,对于不同加热方式和不同类型的加热容器来说,能够提供有效加热能量的能力有所不同,因此所需要的能量输入也会有所差异。这里举几个例子测算一下哪种方式性价比更高。
如果使用煤气灶烧水,则需要的输入总能量为(/60%)/(1-5%)=千焦,结合天然气的热值(1立方米约大卡),烧开1公斤水需要0.立方米天然气,所需要的费用为0.*2.2=0.04元。
如果使用电磁炉烧水,需要输入的总能量为/70%=千焦,所需要的电能约为0.13度,所需要的费用约为0.13*0.56=0.07元。
如果使用电水壶烧水,需要输入的总能量为/90%=千焦,所需要的电能约为0.度,所需要的费用约为0.*0.56=0.05元。
因此,我们可以看出,使用天然气烧水,总体上要比用电烧水性价比高,即使用热传输效率最低的煤气灶烧水,也要比使用电水壶烧水来得便宜。