冷水机技术资料 1-1．冷却时为什么会用水？

本节解释了水作为冷却介质优异的原因以及相关现象。

我们周围有很多冷却方式都是用到了水。
当我们被烫伤时，会用流水来冷却患处。建筑物和大型商业设施的空调也以水为介质。

在许多其他情况下，水也用于冷却。

水是优良的冷却介质

之所以在各种场合都使用水来冷却，除了因为水是一种容易获得的物质之外，它的特性也使其成为一种极好的冷却介质。

1. 化学性质稳定

   水是一种在室温下加热时分解成不同物质或显著腐蚀其他物质的风险很小的物质。

2. 水的比热很大

   比热是将 1 g 物质的温度升高 1 °C (K) 所需的热量。
   使用KJ/(kg/°C)作为单位。
   比热表示“物质不容易改变温度的程度”。可以说，物质的比热越高，就越难升温，也越难冷却。
   高比热 = 需要大量热量来提高水温
   例如，火灾时泼水，水的温度升高直到沸腾，可以带走燃烧物体的大量热量。
   从下表中可以看出，比较空气和水时，水的比热值是空气的四倍多。
   让我们尝试将其应用于冷却。例如，假设需要 1 Kg水才能将 1 Kg水的温度降低 1 °C，那么要达到与空气相同的冷却量，
   你会需要
   1 Kg × 4.18/1.01 = 4.14 Kg。如果将其转换为体积，则水与空气的比例变为
   水：1L
   空気：3436L(3.5m3) 　考虑到水仅需要 1 升冷却，而空气却需要 3.5 m3，可以说水的冷却效率比空气更高。
   另外，水与其他液体相比具有较高的比热，被称为常温下液体物质中比热最高的物质。

    

   物质名称	比热 [kJ/kg °C] /20 °C
   空气	1.01
   水	4.18
   乙醇	2.42
   矿物油	1.85
   乙二醇	2.38

   由于这些特性，水经常用于冷却应用。

3. 高蒸发热

   蒸发热是将液体变成气体所需的热量。汽化热是潜热的一种，又称蒸发潜热。如下表所示，水的蒸发热明显高于其他物质。

    

   物质名称	沸点 [°C]	蒸发热 [kJ/kg]
   水	100	2250
   乙醇	80	393
   汞	357	285
   液氧	-183	213
   液氮	-196	199

   蒸发热越高，蒸发所需的热量就越多，因此可以说越蒸发困难。反之，蒸发热较高的物质可以说具有较大的冷却能力，因为它在蒸发时从周围环境吸收更多的热量。夏日傍晚庭院洒水，也利用此原理降温。

    

   
   图 3：溅水

    

   此外，冷却塔也是利用这一原理的商业和工业冷却设备。冷却塔是一种冷却系统，用于冷却写字楼空调和局部空调设备的冰箱和工业用水。通过使冷却水与外部空气直接接触以蒸发部分冷却水来冷却剩余的冷却水。在常温下，水的蒸发潜热约为2250 kJ/kg，比热约为4.2 kJ/kg °C，因此蒸发1%的冷却水会使剩余水的温度降低约6℃ 。

相关专栏：京都的夏天为什么这么热？

说到京都的夏季活动，最有名的就是祗园祭和五山送火(大文字烧)。每年这里都挤满了许多游客，但京都也以夏季炎热、冬季严寒而闻名。 2017年8月平均气温28.7℃。比几乎同纬度的千叶县铫子市的25.6℃高3.1℃，而1月平均气温则低2.2℃，京都为4.8℃，铫子市为7.0℃（日本气象厅2017年） （月值）温度）。但为什么会有这样的差异呢？ ​​​​
水的特性在这里也很重要。
水除了密度之外，还用它的比热容来表示，即1g物质的温度升高1℃所需的热量，而水的比热容与到其他物质相比要高很多。
例如，在 4.18 kJ/kg・ °C 时，水的比热容约为乙醇比热容2.42 kJ/kg ・°C 的 1.7 倍，约为铁比热容0.46 kJ 的 9 倍/kg・°C。
人们常说“水难加热、难冷却”，这是因为水的比热容很大，所以需要大量的热量来加热它，但一旦被加热，它可以在一定程度上储存热量。
水冷发动机利用水的这种大的比热容，用水（或水性防冻液）冷却发动机。
人的体温之所以在炎热的夏天不会迅速升高，即使运动起来也不会立马升高，是因为人体60%以上是由水组成的。
此外，水的蒸发热为 2,257 kJ/kg，几乎比乙醇的838 kJ/kg 高出近三倍，人可以通过出汗来调节体温，因为汗水蒸发会带走大部分热量。
此外，当冰融化时，会从周围带走 334 kJ/kg 的大量融化热。相反，当水结冰时会释放出相同数量的凝固热。冰放入水中之所以水变冷，是因为冰融化时带走了融化的热量。该值相当于同量水的比热容的80倍。
早春时节，茶田常会在夜间洒水，是为了利用茶上的水结冰时释放的凝固热，使茶芽温度保持在0℃左右，防止茶叶温度降到0℃以下，被霜冻损坏。
像千叶县铫子这样三面环海的地方，海水中大量的水缓冲了气温的变化，所以冬夏温差相对较小。
但是，在像京都这样没有海的内陆盆地，由于热量不会散失到海中，所以天气变得非常炎热。一旦土地在夏季被太阳热加热，而在冬季由于没有水供应而变得寒冷。来自海洋的热量。
没有大海，夏天会很热，因为陆地一旦被太阳的热量加热，热量就无法逃逸到大海，冬天即使很冷，没有海水供热，天气会很冷。 这样，即使城市位于同一纬度，但水文条件差异很大，全年气温都会受到影响。

资料来源：“第 1 章水的性质和作用 1-2 京都的夏天为什么这么热？” (文部科学省)
(http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu0/shiryo/attach/1331537.htm)

下一项：1-2。氟基惰性液体