1、走廊圖1測試場地布置家用空調器設定溫度與耗電量關系的實驗研究同濟大學樓宇設備工程與管理系黃治鐘周輝摘要：通過對一普通辦公室中家用空調器多種制冷工況下耗電量測試，并分析其相關關系,找出了影響空調器輸入功率的主要影響因素，得出了設置溫度與輸入功率之間的關系，估 算了改變設置溫度對節約電力的貢獻。關鍵詞：家用空調器 設置溫度 耗電量1概述2003年夏天，上海遭受了 60年未遇的高溫天氣，夏季氣溫超過35c的高溫天數達41天，其中絕大多數在 38c以上，最高達到 39.9C,都已接近歷史最高記錄。為了抵御熱浪 的襲擊，無論是商業建筑還是居民住宅，大量的空調設備紛紛開啟，從而給電網造成了巨 大的壓力，上

2、海電網的最高負荷達到了創記錄的1362萬kWo為了保證人民生活不受影響，有關部門不得已采取了限電、拉電措施。與此同時，市政府號召居民將空調器的設置溫度 適當調高，以節約電力。究竟將空調器的設置溫度調高能不能節約電力？在什么條件下能 夠節約電力？能節約多少電力？筆者以回答這些問題為目的，進行了下述測試。2測試過程測試在2003年8月21日至24日進 行，地點為一間普通辦公室，位于六層 教學樓的第五層，面積為14.78m2 (2.82m 5.24m),南偏西朝向，室內掛有 淺色塑料百葉窗簾。其平面布置見圖1。室內裝有KFR-22GWA型分體壁掛 式家用空調器一臺，1997年2月生產， 額定輸出功率

3、 2200W。溫度控制方式為 帶死區的壓縮機啟、?？刂?死區寬度 約為S.5C),無變頻裝置。根據空調器額定輸出功率和房間面 積計算，每平方米的空調設備容量約為 150W,接近目前居民住宅和一般辦公室 的平均水平。由于這臺空調器已經使用了七年， 因此除了在測試前進行了清洗濾網等日常維護工作外，在測試過程中還測量了它的EER值，以確定制冷量衰減的情況。 測試表明，這臺空調器在實際運行條件下的EER值約為2.05。測試期間的天氣為晴到多云，最高氣溫35 c37C?？照{器運行時間為每天8:3019:30,共11小時，四天的設置溫度分別為26C、27C、28c和29C。由于測試期間室內基本無人，因此為

4、了模擬室內負荷，在室內開啟了兩臺計算機和臺燈，加上照明燈具和測試儀器，室內熱負荷約為400W。為了連續記錄室內外溫濕度的變化， 分別在室內安放了 RHLOG-II型溫度自記儀兩只， 室外一只（加簡單遮陽以防止太陽直接照射和雨淋），采樣間隔為15分鐘；同時，在室內和另一間辦公室的北窗外（圖 1中未示出）分別安放了 RHLOG-H型濕度自記儀兩只，采 樣間隔同樣為15分鐘。電能的測量和記錄采用了一臺DZFC-1型電能綜合分析儀， 除了即時顯示電壓、 電流、功率因數、電源頻率、瞬時功率和電能積算值以外，還以30分鐘的間隔打印輸出測試結果。3測試數據四天的測試數據匯總見圖2圖5,其中包括每一天的室外溫

5、度、室內溫度，以及 60分鐘平均輸入功率。0 09:00 10:0011:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00時間室外溫度-1T室內平均溫度如率功入輸均平鐘<分<0 6 / o o o OO 5 0 5 0 5 0 54 3 3 2 2 1 1度溫外內室4510009:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:0015:00 16:00 17:00 18:0019:00 20:00時間室外溫度 室內平均溫度功入輸均平鐘<分一0 6 / o o o O353025205 O>c&

6、lt;度溫外內室0圖2設置溫度為26 c時測試結果圖3設置溫度為27 c時測試結果09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 時間室外溫度F T室內平均溫度50454035302520151009:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 時間| 室外溫度室內平均溫度如率功入輸均平鐘<分一08 6 4 2 o o o o O圖4設置溫度為28 c時測試結果圖5設置溫度為29 C時測試結果由于四天

7、中的室內外相對濕度變化規律極為相似，因此僅給出設置溫度為 28 c時的相對濕度數據作為代表，見圖6。圖6設置溫度為28c時的室內外相對濕度在這些數據中有兩點需要說 明：（1）記錄到的室外最高溫度 與氣象部門報告的當天實際最高 溫度不符，筆者認為這是由于測 試條件不同造成的；（2）當設置 溫度為26 c時，室溫并沒有保持 在26 c附近，大部分時間都是在 26.1C27.5C之間波動，其原因 見以下數據分析部分。根據電能綜合分析儀的電能 積算記錄，可得到設置溫度與每 天總耗電量及每小時平均耗電量 的關系，如表1。表1設置溫度與耗電量的關系設置溫度（C）11小時總耗電量 （kWh）每小時平均耗電量

8、(kWh)267.860470.71459277.596260.69057286.321460.57468295.986820.544264數據分析4.1 采用簡單的帶死區壓縮機啟、停控制能夠較好地保持室內溫度。在絕大部分時間 內，控溫誤差均小于i0.6 C,接近死區的寬度， 這對于家用空調器來說是一個可以接受的結 果。但是，當設置溫度為26c時，在一天的大部分時間內，室溫在26.1 C275c之間波動，日平均溫度為26.54 C,這與其它幾天的室內日平均溫度均低于設置溫度0.4C0.6C形成了鮮明的對照。之所以出現這種情況，筆者認為可以從圖 2中得到解釋：測試日當天室外溫 度有超過10c的變

9、化，但空調器的 60分鐘平均輸入功率僅變化70W。這表明由于負荷很大，啟、?？刂埔呀浕静黄鹱饔?，壓縮機處于連續運行狀態，空調器的輸出功率已接近 最大值。在這樣的運行狀態下，室溫不能保持在設置溫度附近也就可以理解了。當然，如 果進一步降低設置溫度，室溫更不可能保持在設置溫度附近。另外，盡管沒有單獨的濕度 控制功能，但是從圖6可以看出，室內相對濕度仍然能夠保持在50%70%的舒適范圍內。4.2 由于在四天的測試期間中，每天的氣象條件不盡相同，為了盡量減少由于氣象條 件不同對耗電量的影響，筆者在每一天中選取了平均溫度為34c和37c的時段各一小時，讀取與之相對應的60分鐘平均輸入功率，可以得到如圖

10、7所示的關系。從圖3圖5中可以知道， 當設置溫度在 27 c至29 c的范 圍內時，室溫基本上保持不變， 而且壓縮機不是處于連續運行 狀態下，因此無論是設置溫度 在此范圍內變化，抑或室外氣 溫發生變化，實際上都是室內 外溫差發生了變化，從而對建 筑負荷造成影響。為了對建筑 負荷的變化做出響應，壓縮機 需要相應改變輸出功率，即改 變其啟、停時間比，這就最終 影響到壓縮機的平均輸入功8 7 6 5/ Q Q Q Q cWF率功入輸均平鐘<31026272829設置溫度（C）口室外平均氣溫34C 室外平均氣溫37C圖7輸入功率、設置溫度與室外平均氣溫的關系（1）率。這樣，盡管室外氣溫不同，同樣

11、幅度的設置溫度變化對空調器平均輸入功率的影響就應當是相同的。從圖 7中恰好能夠清楚地印證這一點：當室外氣溫為34c時，當設置溫度從27c變化到28c時，60分鐘平均輸入功率減少了173.8W;當設置溫度從28c變化至1129 c時，60分鐘平均輸入功率又減少了32.2W。如果在室外氣溫為 37c時重復這一過程， 則60分鐘平均輸入功率將分別減少170.5W和50.0W,兩者的變化幾乎相同。 如果我們將其用曲線的方式來表示，可以看到這兩條曲線幾乎是相互平行的，見圖8。這一結果表明，在室內負荷保持基本不變的前提 下，室內外溫差是影響空調器 平均輸入功率的主要因素之O但是根據圖8中的曲線， 當室外溫

12、度為 34 C、設置溫度 為27 c時，60分鐘平均輸入功 率為0.6783kW,此時的室內外 溫差為7C;但是當室外溫度為 37C、設置溫度為29c時，盡管 室內外溫差增加到 8C,但此時 的60分鐘平均輸入功率反而降率功入輸均平鐘<305 8 2/ o O279292582 g2527設置溫度（C）室外平均氣溫34c T一室外平均氣溫37c低到0.5316kW。顯然前者的建圖8輸入功率、設置溫度與室外平均氣溫的關系（2）筑負荷要大于后者，因此室內外溫差并不是決定空調器輸入功率的唯一因素。筆者認為，出現這一反常”的情況，是由于在不同的設置溫度下，空調器的除濕量不同所造成的。在進行 EE

13、R值測試時，筆者注意到，當空調器處于連續運行狀態時，每小時 的凝結水量在0.4kg左右，其汽化潛熱約 900kJ。為了除去這些熱量，在不計盤管傳熱效率 的情況下，所需潛冷量約為0.25kW,占空調器輸出功率的 15%20%左右。這樣，由于測試所用家用空調器的溫度控制采用壓縮機啟、停方式，當設置溫度提高后，在一個啟-停周期內，由于壓縮機運行時間所占的比例減少，除濕量隨之降低，其平均輸入功率將比保 持設置溫度不變、而室外氣溫降低同樣幅度時為小。綜上所述，筆者認為在改變空調器設置溫度的時候，影響其輸入功率的途徑有兩條： 首先，改變設置溫度后，經過一段時間的運行后，室溫隨之改變，這將影響圍護結構的傳

14、熱量，從而影響空調器的平均輸入功率；其次，當設置溫度改變以后，將改變壓縮機的啟、 停時間比，也就改變了空調器的除濕量，進而影響空調器的平均輸入功率。由于這兩項影 響的作用是相互疊加而不是相互抵消，因此，當改變空調器設置溫度時，將對其輸入功率 有顯著的影響。同時，筆者認為盡管當設置溫度發生變化（從而影響到室內溫度）和室外氣溫發生變 化時都改變了室內外溫差，但是它們對空調器平均輸入功率的影響程度是不同的。根據以 上分析，當設置溫度發生變化時，同時改變了建筑負荷和除濕量；而當室外氣溫發生變化 時，則僅改變了建筑負荷。顯然，前者對空調器輸入功率的影響要大于后者。4.3 為了考慮全天的運行情況，將表1中

15、的數據繪制成圖表如圖 9。從圖中可以看出，當空調器設置溫度分別為 26 C、75,60 O7056 O5-5O27 C、28 c和29 c時，其每小時 平均耗電量基本上與設置溫度 成線性關系，可以擬合為一直線 方程，如圖9所示?？紤]到當空調器的設置溫2627度降低到一定程度以后，壓縮機 的啟、?？刂茖⒉黄鹱饔?，壓縮 機處于連續運行狀態，此時無論 設置溫度再怎么降低， 輸入功率 都不會再增加。因此，僅在空調 器的啟、停控制能夠起作用的范 圍內，設置溫度才與每小時平均 耗電量基本上成線性關系；而當啟、?？刂撇辉倨鹱饔谩嚎s機處于連續運行狀態時，每 小時平均耗電量將保持為定值，與設置溫度沒有關系。如

16、果以筆者在這次測試中觀察到的空調器最大瞬時輸入功率0.779kW作為空調器連續運行時的輸入功率，則圖 9所表示的空調器設置溫度與每小時平均耗電量之間的關系可以 擬合為：0.779 (Tp <25.1)W =-0.0627Tp +2.355(25.1 <Tp <29)其中：W為輸入功率 （kW）Tp為設置溫度（C ）此方程的方差R2 = 0.9255。根據這一擬合方程，在設置溫度處于25.1 C到29c的范圍內，設置溫度每升高或者降低1C,空調器的每小時平均耗電量將相應減少或者增加62.7W。當設置溫度低于25.1 C時,改變設置溫度對空調器的耗電量沒有影響。如果將設置溫度提高

17、到不能滿足一般的舒適要求，沒有實際意義了。30甚至更高，則已經利用這一擬合方程，可以粗略推算出在上海地區適當調高家用空調器的設置溫度時，能夠減少的電能消耗。根據上海市統計年鑒(2002)中提供的數據，到 2002 年末， 上海地區每戶平均人口為2.8人。城市人口為1018.81 萬人，計363.86 萬戶，平均每百戶擁有家用空調器117.6 臺；農村人口為315.42 萬人，計112.65萬戶，平均每百戶擁有家用空調器24 臺。以此計算，可推算出上海地區總共擁有家用空調器455 萬臺。這些空調器在高溫季節按90%開啟計算，則設置溫度每調高1 ，每小時可節電 25.7 萬千瓦。當然，這一估算是建立在上海地區所有的家用空調器的額定輸出功率都是2200W (即所謂的一匹機)、 且它們的控溫方式都是采用壓縮機啟、?？刂七@種方法的基礎之上的。實際上，有相當部分的家用空調器的額定輸出功率為3200W3500W,甚至更大，而且有一些采用了更為節能的變頻控制方式，在適當調高設置溫度后節省的電力也會更多。因此上述數字只是一個偏于保守的估計5 結論5.1 房間空調器采用帶死區的壓縮機啟、停控制能夠較好地保持室內溫度在設置值附近。同時，盡管沒有單獨的濕度控制功能，室內相對濕度也能夠保持在