最近，格力電器實名舉報AUX奧克斯空調一事中，“能效”就成為了雙方爭論的核心點。格力的舉報信中明確指出奧克斯某型號的空調“標稱能效比3.59，第三方實測值僅為2.68”。那么這個多次出現的“能效”到底指什么呢？要怎樣計算呢？

輸出功率大于輸入功率

空調是不是神效率？

如果你有心去看一下空調上貼的“中國能效標識”標簽，你會發現上面寫著三行數字：輸入功率、制冷量和能效比。家用立式空調和壁掛式空調的能效比，通常都超過了3。也就是說，空調輸出的制冷功率，遠大于需要輸入的功率。這是一個超過100%的效率！

圖1.筆者家中空調的“中國能效標識”標簽

我們知道，機器通常都不完美，總會有損耗，輸入功率應當大于輸出功率。這似乎才是符合能量守恒規律的情況。難道說，各空調廠家都掌握了什么神秘技術，能夠憑空變出能量來嗎？

當然不是。能量守恒定律是牢不可破的物理規律。而要搞清楚為什么空調的能效比能夠超過100%，要從空調的工作原理中去找原因。

空調制冷的過程比較復雜。和制熱用的“電熱絲”不同，并沒有什么“電冷絲”，可以直接把輸入的電變成冷氣。空調的制冷機，實際上扮演了一個熱量搬運工的角色。

熱力學第二定律告訴我們，熱量只能自發地從溫度高的地方流向溫度低的地方。換句話說，如果已經到了冬天，你還想給屋子制冷的話，不用空調了——打開窗戶，熱量就往比室內更冷的室外跑，屋子里自然而然就冷下來了。但在夏天，我們則需要把熱量從溫度低的地方（涼爽的室內）移到溫度高的地方（炎熱的室外）。這就需要“做功”來強迫熱量逆著溫差流通。空調就是利用輸入的電能，來完成這樣的熱量搬運。

打個不恰當的比方，如果把需要從室內排放到室外的熱量看成是貨物，空調就是搬貨物的推車。哪怕是一個人，也能夠用推車推動上百公斤的貨物——推車人需要花的力氣，并沒有貨物本身那么重。這個類比大致可以說明，為什么空調制冷的能效比能夠超過100%。這件事情本身并不違反任何熱力學定律。

空調如何搬運熱量？

空調如何搬運熱量呢？它的基本原理，依賴于叫做“制冷劑”的化學物質的特性。制冷劑是一大類物質，通常是一些沸點比較低，又很容易被壓縮的有機物。制冷劑有3個很有用的特性：

1.液態的制冷劑在低氣壓的條件下很容易汽化，同時吸收大量的熱。

2.氣態的制冷劑在高氣壓的條件下，又很容易回到液態，同時放出熱量。

3.汽化和液化的過程中，溫度都不會改變。

汽化吸熱，液化放熱，把這兩個過程連接起來，讓制冷劑在溫度低的地方汽化，在溫度高的地方液化，就可以從低溫處吸熱，然后把熱量排放到高溫處了。以前人們用氟利昂做制冷劑，后來發現氟利昂中的氯會破壞臭氧層，所以現在改用不含氯的烷，比如四氟乙烷等等。

常見的空調制冷循環如圖2所示。從左上角開始，這個循環可以分4步：

1.制冷劑處在高溫高壓的“飽和液體”狀態(1)，就好比高壓鍋里強行壓住沒有沸騰的熱水。

2.從1到2：制冷劑流經一個膨脹閥。那里，外界壓力迅速下降。高溫高壓的液體按耐不住，開始膨脹。有一小部分制冷劑汽化成了氣體，而剩下的則變成低溫低壓的液體(2)。

3.從2到3：低溫低壓的制冷劑液體和氣體混合物流經蒸發器，蒸發器和室內的空氣相連。在蒸發器里，所有的制冷劑液體全部蒸發，同時從室內空氣中吸收熱量。但是蒸發的時候，氣體的溫度不會變，所以制冷劑全部變成了低溫低壓的氣體(3)。被吸走熱量的室內空氣溫度降低，變成冷風，從空調出風口里吹出來，讓我們感到涼爽。

4.從3到4：低溫低壓的氣體制冷劑流經空調壓縮機。這里，壓縮機強行壓縮這些氣體的體積。體積縮小，溫度和壓力都迅速上升，變成了高溫高壓的氣體(4)。

5.從4到1：高溫高壓的氣體制冷劑流經冷凝器，按耐不住要變回液體。氣體液化的時候，雖然溫度也不變，但也會釋放熱量。制冷劑又變回了高溫高壓的液體狀態(1)。液化釋放出來的熱量，被空調外機吹出室外。而高溫高壓的液體制冷劑(1)則準備再次進入膨脹閥，開始下一個制冷循環。

圖2.空調常見的制冷循環

在這種制冷循環中，制冷劑的狀態不斷發生變化：從液體變成氣體，再回到液體；從高溫降到低溫，再回到高溫。我們知道，“熵”是用來衡量混亂程度的：對于同樣的物質，液態時分子之間聯系比較緊密，混亂程度比氣態時要低。也就是說，氣態的熵大于液態。所以，如果我們把圖2循環中制冷劑的狀態，畫在以熵(S)和溫度(T)為橫縱坐標的二維平面上，就會像圖3中藍色箭頭圍成的曲線那樣。 圖中，從左到右，制冷劑從液態逐漸變為氣態，熵增加；從下往上，制冷劑的溫度逐漸升高。

圖3.空調制冷循環（藍色實線）和逆卡諾循環（黑色虛線）在溫度-熵示意圖上的軌跡。

為示意清楚，逆卡諾循環的位置已和空調制冷循環錯開

熱力學的推演表明，有一種理想狀態下效率最高的制冷循環，叫做“逆卡諾熱機”。它長成圖3中黑色虛線箭頭所示的樣子：正好是一個長方形。 制冷循環的曲線所圍成的面積約小，效率越高；曲線離橫軸越遠，溫度越高，效率越高。可以看到，空調使用的制冷循環并不是一個平行四邊形，而是在4的地方還多出一個尖角。和相同溫度下的逆卡諾循環相比，這部分面積是多出來的。所以空調的能效比無法超過逆卡諾循環的效率。

氣溫如何影響空調的制冷效率？

對于“逆卡諾熱機”來說，它的效率只和溫度有關：

這里的高溫和低溫處的溫度，需要用絕對溫度來表示。 對于空調的制冷需要來說，低溫處就是蒸發器出口的溫度，它通向室內的冷風出風口；高溫處就是冷凝器出口的溫度，它通向室外的風機。如果我們假設，低溫處的溫度為15攝氏度，也就是288 K，高溫處的溫度為55攝氏度，也就是328 K，那理想狀態下“逆卡諾循環”可以達到的最高能效比是7.2。

如果要評價空調實際上浪費了多少能量，應該要把空調的能效比，除以對應溫度下“逆卡諾熱機”的能效比才行。這么一看，空調確實還是如同其他任何設備一樣，會在工作過程中損失一些能量呢。

除了本身制冷循環在理論上降低的能效外，空調管線上的損耗、室內外的漏熱、房間除濕的消耗、壓縮機的發熱等等，都是在消耗輸入空調的電力，卻沒有有效地搬運熱量。

從理想狀況的能效比關系也可以看出，天氣較冷的時候，空調的實際制冷能力會升高，實際輸入功率會降低，總能效比變高；天氣較熱的時候，空調的實際制冷能力會下降，實際輸入功率會升高，總能效比變低。這種能效比隨環境溫度變化的特性如圖5所示。空調“國家能效標識”上貼的能效比，就是根據GB/T 7725-2004規定的測量方法，讓空調在各個溫度下各自運行規定的時間，再把每個溫度下實際測量到的能效比做加權平均得出來的。

圖5.空調能效比和輸入功率隨外界溫度的變化（引自國標GB/T 7725-2004）

因此，物理規律坐實了這個壞消息：天氣越熱，房間里需要搬走的量越多，空調卻反而越不給力！

但不管怎樣，能效比數值越高的空調，相對還是越節能。但節能空調通常價格也較貴。而且，即使空調的能效比再高，想要達到省電且快速的制冷效果，還需要結合住房本身的密閉性和隔熱性。住房本身密閉性和隔熱性較好，才能夠比較長久的保持室內的低溫，減少空調實際需要工作的時間，從而減少花費。

所以，究竟是選擇多花錢買更節能的空調而省電費，還是少花錢買不是那么節能的空調而多花電費，還需要消費者根據自家住房的保溫性能算一筆賬，根據性價比再做決定。