今天小編分享的科學經驗：電風扇上裝礦泉水瓶，效果堪比空調？真相是……，歡迎閲讀。
日前，很多短視頻平台發布内容稱，靠礦泉水瓶和風扇，就能做出一個節能減排的 " 空調 "。那麼這是真的嗎？
為此，我們做了一個小實驗，直接上視頻：
從前面的簡易實驗視頻，基本上已經能説明問題了。不過，為了嚴謹起見，咱們還是要完整地梳理一下。
首先，關于最近網上流傳的 " 電風扇 + 半截礦泉水瓶 " 的 " 自制空調 " 裝置，并不是最新發明。
礦泉水瓶做 " 空調 "，早在 2016 年 6 月，國外網站上就有類似的裝置，當時被命名為 " 零耗電 " 空調（"Zero Electricity" Air Conditioner）或環保降温器（Eco-Cooler），聲稱能降温 5 ℃。
這個國外的裝置和最近國内流傳的 " 電風扇 + 半截礦泉水瓶 " 的 " 自制空調 " 本質上是一樣的，所不同的是國外的使用塑料瓶與木板組成的通風裝置是直接裝在房間的窗户上，利用的是户外的自然風，連電風扇都不用，因而噱頭更大，若能實現，将是真正的 " 零能耗 "。
圖片和信息來源：https://wonderfulengineering.com/guy-invents-an-air-conditioner-that-works-without-electricity/
那麼這種 " 空調 " 到底有沒有效果呢？
有效沒效，實驗室裏見真章
有很多人，包括中學物理教師都做過類似的實驗，但并沒有測量到明顯的降温效果。2018 年，筆者作為上海師範大學學科教學（物理）專業研究生學位點負責人、數理學院物理系教授，指導的一篇物理學專業的本科畢業論文《對一種 " 不耗電空調 " 的檢驗》，對這個問題也進行過較為深入的理論分析和實驗檢驗。
在實驗中，學生發現通過這個裝置之後的空氣温降基本上在 0.2 ℃ 以内，遠遠低于網傳的 5 ℃，而且大部分情況是通過這個裝置之後的空氣温度往往有所上升。
而對于 " 風扇 + 礦泉水瓶 " 的情況，在本文開頭的視頻中，我們也可以發現，通過礦泉水瓶的空氣温度确實也沒有顯著變化。
但是，确實有不少朋友反映加了礦泉水瓶确實吹起來更涼快了，這難道是錯覺嗎？
體感温度≠温度
為何加了這個裝置之後，人往往有更涼爽的感覺呢？這首先要區分兩個概念：實際的降温效應和體感降温效應。
實際的降温效應是指真實氣體的降温效應，可以通過測温儀器來檢測。對于實際物體，可以直接放置温度計來測量温度，也可以通過紅外測温儀或紅外熱像儀來測量。根據前面所述，加裝礦泉水瓶并沒有明顯的降温效果，甚至可能出現温度略微升高的情況。
體感降温效應則是由于人體體表的蒸發制冷所造成的。由于增加了塑料瓶，使得電風扇扇形的出風口變小，在特定區網域内氣流流速增大，使人體體表蒸發更快，所以感到温度降低。不過，這是以電風扇出風面積的減少為代價的。
另外，蒸發制冷效應和降温效應是兩個概念。如果将人體換成幹燥的金屬小球，并不能測出小球温度的降低。當然，如果在小球上裹上一層濕紙巾 / 濕毛巾，此時，由于蒸發制冷效應，也能測出温度降低。從本文開頭的視頻中我們也能看到，氣流吹拂導致的蒸發會讓濕硬紙板的表面温度降低好幾攝氏度。
要想弄明白一種現象，既需要實驗數據，也需要理論支持，接下來咱們就從理論角度，看看該怎麼解釋。
理論計算
這個裝在窗户上的裝置到底在理論上有沒有可能存在降温效果呢？這是一個比較復雜的問題，只能通過從理論上構建一個理想物理模型來探讨。
2017 年《物理通報》雜志上曾經有一篇論文讨論過這個問題，通過将流動的氣體經過縮小的瓶口進入房間的過程假想為兩個絕熱 + 兩個等壓的可逆制冷機來計算，其計算出的制冷系數為：
其中 α 為氣體在瓶口被壓縮後的壓強與之前壓強的比值，γ 為比熱容比，對于空氣而言
γ =7/5=1.4
制冷機的能量來自何處？為了理論推導，我們假設流動空氣（微風）的動能提供制冷機的工作能源。作如下假設：安裝礦泉水瓶的窗户面積為 1 平方米（m2），電風扇或户外風速一般為 5m/s，假設風速垂直于窗户，則在部門時間 1s 内有 5m3 内的空氣（質量為 1.29kg/ m3 × 5 m3 ≈ 6.5kg）以速度 5m/s 吹向窗户，其動能為：
假設房間為 4 米寬 × 5 米長 × 3 米高，則總表面積為 94 平米，查得一般建築材料的導熱率 κ 在 0.2~1 W/ ( m · K ) 之間，取 0.5 W/ ( m · K ) （如幹磚的熱導率 κ 約為 0.27W/ ( m · K ) ，假設保持室内外 5 ℃ 的温差，假設牆壁厚度為 0.2m，則
dT/dz= 5 ℃ /0.2m=25 ℃ /m
則由傅立葉定律可得部門 1s 時間内從室外傳導到室内的熱量為：
Q= 0.5W/ ( m · K ) × 25 ( ℃ /m ) × 94m2 =1175J ≈ 1000J
這些熱量是需要通過制冷機将其傳輸到室外的，假設前面估計的微風的動能全部用來提供制冷機工作的能源（這只是理論上的，實際上不可能實現），由
可以求得：α ≈ 1.4，即要求微風空氣流或電風扇的微風在從瓶底吹向瓶口的壓縮過程中，其大氣壓要從 1 個大氣壓增大到 1.4 個大氣壓，這是難以實現的。因此從理論上的分析來看，是有降温效果，但遠達不到 5 ℃ 的降温效果。上面探讨的是将這個裝置放在窗户上，通過室外的微風動能作為能量，從理論上來分析，是有這個可能，只是降温效果特别小。
回到這次的 " 礦泉水瓶 + 風扇 " 裝置，也就是在室内的電風扇出風口處裝上礦泉水瓶的裝置，如上述可知，這個裝置從理論上也沒有降温效果。這是因為電風扇放在室内，電風扇需要耗能，從能量守恒的角度，室内温度只會越來越高，不可能像空調那樣能起到給室内降温的效果。這個道理就相當于在室内打開電冰箱的門，顯然是不能讓室内有降温效果的，反而會使室内越來越熱，温度越來越高。
編輯的話：本次實驗有其局限性，使用的是民用級測量器材，也并沒有在專業實驗室中進行操作，可能存在一定的誤差，歡迎大家積極思考、質疑和嘗試。
策劃制作
作者丨方偉 數理學院物理系副教授 上海師範大學學科教學（物理）專業研究生學位點負責人
審核丨張忠斌 中國制冷學會科普工作委員會委員 南京師範大學 教授
實驗設計及執行丨丁崝
視頻拍攝及後期丨張宇
責編丨丁崝
審校丨徐來、林林
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