《論用液氮使寢室降溫的可行性和安全性》byLindaLin

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本文寫於2013年6月19日05:18上海，我在寢室床上如鐵板燒一般的涼席上、享受著如電吹風一般的風扇熱風，半夜被熱醒後再也無法入眠，下床發表了這樣一篇文章於我的人人網日志。

又至夏日，突發奇想在知乎上搜索“寢室熱”找到了這個問題，將這篇文章分享於此，希望與大家分享和交流。為更多高溫天在寢室熱得無法入眠的童鞋們提供思路。

理工科學校的實驗室大多配有或能領取液氮，本文基於此進行思維發散和計算，作者本人也並未實踐嘗試，僅用於純學術交流。

【一】可行性

為證明液氮降溫的有效性，現計算體積為V(L)的液氮能夠使面積30㎡、層高3米(即90m3)的寢室氣溫降低多少。氮氣摩爾質量:28g/mol
液氮溫度:-196℃
液氮相對密度:0.808(-196℃)(水=1)
液氮汽化熱:2.7928kJ/mol(標準大氣壓下)
氮氣氣體定壓比熱容Cp:1.038kJ/(kg·K)(25℃)
空氣氣體定壓比熱容Cp:1.005kJ/(kg*K)(28℃)
空氣密度:1.293kg/m3(標準大氣壓，0℃)
氮氣密度:1.160kg/m3(標準大氣壓，21℃)
空氣中的氧氣含量:20.95%

(以上數據來自網絡)

液氮質量=0.808*V*1000(g)
液氮物質的量=0.808*V*1000/28(mol)
液氮氣化並升溫至室溫吸收的熱量=液氮物質的量*2.7928kJ/mol+液氮質量*1.005kJ/(kg*K)*(25+196)=271.14V(kJ)

寢室空氣質量=90*1.293=116.37(kg)
寢室空氣降低的溫度=271.14V/(116.37*1.005)=2.3184V(k)

即V升液氮能使寢室氣溫降低2.3184V攝氏度，按照熱水瓶體積3L來計算，一瓶液氮約能使30㎡的寢室降溫7度，能夠滿足需要。

在夜間溫度30℃及以上的高溫天氣，可先使用半瓶液氮將溫度降3度至30℃以下(以安枕入眠)，剩下半瓶打開慢慢釋放，利用寢室本身的保溫效果度過整個夜晚。

【二】安全性

液氮降溫的安全隱患主要在於液氮氣化後降低了空氣的氧氣濃度，所以在此計算體積為V(L)的液氮氣化後能夠使面積30㎡、層高3米(即90m3)的寢室氧氣濃度變為多少。

液氮氣化後所佔體積=0.808*V/1.160=0.937V(m3)參考氧氣濃度(%體積)(大氣壓力下)
>23.5%---富氧，有強烈爆炸危險
20.9%---氧氣濃度正常
19.5%---氧氣最小允許濃度
15-19%---降低工作效率，並可導致頭部、肺部和循環系統問題
10-12%---呼吸急促，判斷力喪失，嘴唇發紫
8-10%---智力喪失，昏厥，無意識，臉色蒼白，嘴唇發紫，惡心嘔吐
6-8%---8分鍾;100%---致命/6分鍾;50%---致命/4-5分鍾經治療可痊愈
4-6%---40秒內抽搐，呼吸停止，死亡

(以上數據來自網絡)

假設外界新鮮空氣不不進入寢室，
液氮氣化後的氧氣濃度=(90-0.937V)*20.95%/90=20.95%-0.00218V

要求氧氣濃度>19.5%，即20.95%-0.00218V>19.5%
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