空調(diào)器設(shè)定溫度與耗電量關(guān)系

1、走廊圖1測試場地布置家用空調(diào)器設(shè)定溫度與耗電量關(guān)系的實驗研究同濟大學樓宇設(shè)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(diào)器多種制冷工況下耗電量測試，并分析其相關(guān)關(guān)系,找出了影響空調(diào)器輸入功率的主要影響因素，得出了設(shè)置溫度與輸入功率之間的關(guān)系，估 算了改變設(shè)置溫度對節(jié)約電力的貢獻。關(guān)鍵詞：家用空調(diào)器 設(shè)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(shù)達41天，其中絕大多數(shù)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(yè)建筑還是居民住宅，大量的空調(diào)設(shè)備紛紛開啟，從而給電網(wǎng)造成了巨 大的壓力，上

2、海電網(wǎng)的最高負荷達到了創(chuàng)記錄的1362萬kWo為了保證人民生活不受影響，有關(guān)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(diào)器的設(shè)置溫度 適當調(diào)高，以節(jié)約電力。究竟將空調(diào)器的設(shè)置溫度調(diào)高能不能節(jié)約電力？在什么條件下能 夠節(jié)約電力？能節(jié)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(nèi)掛有 淺色塑料百葉窗簾。其平面布置見圖1。室內(nèi)裝有KFR-22GWA型分體壁掛 式家用空調(diào)器一臺，1997年2月生產(chǎn)， 額定輸出功率

3、 2200W。溫度控制方式為 帶死區(qū)的壓縮機啟、?？刂?死區(qū)寬度 約為S.5C),無變頻裝置。根據(jù)空調(diào)器額定輸出功率和房間面 積計算，每平方米的空調(diào)設(shè)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(diào)器已經(jīng)使用了七年， 因此除了在測試前進行了清洗濾網(wǎng)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(diào)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{(diào)器運行時間為每天8:3019:30,共11小時，四天的設(shè)置溫度分別為26C、27C、28c和29C。由于測試期間室內(nèi)基本無人，因此為

4、了模擬室內(nèi)負荷，在室內(nèi)開啟了兩臺計算機和臺燈，加上照明燈具和測試儀器，室內(nèi)熱負荷約為400W。為了連續(xù)記錄室內(nèi)外溫濕度的變化， 分別在室內(nèi)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(nèi)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(shù)、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(jié)果。3測試數(shù)據(jù)四天的測試數(shù)據(jù)匯總見圖2圖5,其中包括每一天的室外溫

5、度、室內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)室0圖2設(shè)置溫度為26 c時測試結(jié)果圖3設(shè)置溫度為27 c時測試結(jié)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(nèi)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(nèi)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(shè)置溫度為28 c時測試結(jié)果圖5設(shè)置溫度為29 C時測試結(jié)果由于四天

7、中的室內(nèi)外相對濕度變化規(guī)律極為相似，因此僅給出設(shè)置溫度為 28 c時的相對濕度數(shù)據(jù)作為代表，見圖6。圖6設(shè)置溫度為28c時的室內(nèi)外相對濕度在這些數(shù)據(jù)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(shè)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(shù)據(jù)分析部分。根據(jù)電能綜合分析儀的電能 積算記錄，可得到設(shè)置溫度與每 天總耗電量及每小時平均耗電量 的關(guān)系，如表1。表1設(shè)置溫度與耗電量的關(guān)系設(shè)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(shù)據(jù)分析4.1 采用簡單的帶死區(qū)壓縮機啟、?？刂颇軌蜉^好地保持室內(nèi)溫度。在絕大部分時間 內(nèi)，控溫誤差均小于i0.6 C,接近死區(qū)的寬度， 這對于家用空調(diào)器來說是一個可以接受的結(jié) 果。但是，當設(shè)置溫度為26c時，在一天的大部分時間內(nèi)，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(nèi)日平均溫度均低于設(shè)置溫度0.4C0.6C形成了鮮明的對照。之所以出現(xiàn)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(diào)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、停控制已經(jīng)基本不起作用，壓縮機處于連續(xù)運行狀態(tài)，空調(diào)器的輸出功率已接近 最大值。在這樣的運行狀態(tài)下，室溫不能保持在設(shè)置溫度附近也就可以理解了。當然，如 果進一步降低設(shè)置溫度，室溫更不可能保持在設(shè)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(nèi)相對濕度仍然能夠保持在50%70%的舒適范圍內(nèi)。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(yīng)的60分鐘平均輸入功率，可以得到如圖

10、7所示的關(guān)系。從圖3圖5中可以知道， 當設(shè)置溫度在 27 c至29 c的范 圍內(nèi)時，室溫基本上保持不變， 而且壓縮機不是處于連續(xù)運行 狀態(tài)下，因此無論是設(shè)置溫度 在此范圍內(nèi)變化，抑或室外氣 溫發(fā)生變化，實際上都是室內(nèi) 外溫差發(fā)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(yīng)，壓縮機 需要相應(yīng)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(shè)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(shè)置溫度與室外平均氣溫的關(guān)系（1）率。這樣，盡管室外氣溫不同，同樣

11、幅度的設(shè)置溫度變化對空調(diào)器平均輸入功率的影響就應(yīng)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(shè)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(shè)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(fù)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(jié)果表明，在室內(nèi)負荷保持基本不變的前提 下，室內(nèi)外溫差是影響空調(diào)器 平均輸入功率的主要因素之O但是根據(jù)圖8中的曲線， 當室外溫

12、度為 34 C、設(shè)置溫度 為27 c時，60分鐘平均輸入功 率為0.6783kW,此時的室內(nèi)外 溫差為7C;但是當室外溫度為 37C、設(shè)置溫度為29c時，盡管 室內(nèi)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(shè)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(shè)置溫度與室外平均氣溫的關(guān)系（2）筑負荷要大于后者，因此室內(nèi)外溫差并不是決定空調(diào)器輸入功率的唯一因素。筆者認為，出現(xiàn)這一反?！钡那闆r，是由于在不同的設(shè)置溫度下，空調(diào)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(diào)器處于連續(xù)運行狀態(tài)時，每小時 的凝結(jié)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(diào)器輸出功率的 15%20%左右。這樣，由于測試所用家用空調(diào)器的溫度控制采用壓縮機啟、停方式，當設(shè)置溫度提高后，在一個啟-停周期內(nèi)，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(shè)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(diào)器設(shè)置溫度的時候，影響其輸入功率的途徑有兩條： 首先，改變設(shè)置溫度后，經(jīng)過一段時間的運行后，室溫隨之改變，這將影響圍護結(jié)構(gòu)的傳

14、熱量，從而影響空調(diào)器的平均輸入功率；其次，當設(shè)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(diào)器的除濕量，進而影響空調(diào)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(diào)器設(shè)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(shè)置溫度發(fā)生變化（從而影響到室內(nèi)溫度）和室外氣溫發(fā)生變 化時都改變了室內(nèi)外溫差，但是它們對空調(diào)器平均輸入功率的影響程度是不同的。根據(jù)以 上分析，當設(shè)置溫度發(fā)生變化時，同時改變了建筑負荷和除濕量；而當室外氣溫發(fā)生變化 時，則僅改變了建筑負荷。顯然，前者對空調(diào)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(shù)據(jù)繪制成圖表如圖 9。從圖中可以看出，當空調(diào)器設(shè)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(shè)置溫度 成線性關(guān)系，可以擬合為一直線 方程，如圖9所示。考慮到當空調(diào)器的設(shè)置溫2627度降低到一定程度以后，壓縮機 的啟、停控制將不起作用，壓縮 機處于連續(xù)運行狀態(tài)，此時無論 設(shè)置溫度再怎么降低， 輸入功率 都不會再增加。因此，僅在空調(diào) 器的啟、停控制能夠起作用的范 圍內(nèi)，設(shè)置溫度才與每小時平均 耗電量基本上成線性關(guān)系；而當啟、停控制不再起作用、壓縮機處于連續(xù)運行狀態(tài)時，每 小時平均耗電量將保持為定值，與設(shè)置溫度沒有關(guān)系。如

16、果以筆者在這次測試中觀察到的空調(diào)器最大瞬時輸入功率0.779kW作為空調(diào)器連續(xù)運行時的輸入功率，則圖 9所表示的空調(diào)器設(shè)置溫度與每小時平均耗電量之間的關(guān)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(shè)置溫度（C ）此方程的方差R2 = 0.9255。根據(jù)這一擬合方程，在設(shè)置溫度處于25.1 C到29c的范圍內(nèi)，設(shè)置溫度每升高或者降低1C,空調(diào)器的每小時平均耗電量將相應(yīng)減少或者增加62.7W。當設(shè)置溫度低于25.1 C時,改變設(shè)置溫度對空調(diào)器的耗電量沒有影響。如果將設(shè)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(jīng)利用這一擬合方程，可以粗略推算出在上海地區(qū)適當調(diào)高家用空調(diào)器的設(shè)置溫度時，能夠減少的電能消耗。根據(jù)上海市統(tǒng)計年鑒(2002)中提供的數(shù)據(jù)，到 2002 年末， 上海地區(qū)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(diào)器117.6 臺；農(nóng)村人口為315.42 萬人，計112.65萬戶，平均每百戶擁有家用空調(diào)器24 臺。以此計算，可推算出上海地區(qū)總共擁有家用空調(diào)器455 萬臺。這些空調(diào)器在高溫季節(jié)按90%開啟計算，則設(shè)置溫度每調(diào)高1 ，每小時可節(jié)電 25.7 萬千瓦。當然，這一估算是建立在上海地區(qū)所有的家用空調(diào)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、停控制這種方法的基礎(chǔ)之上的。實際上，有相當部分的家用空調(diào)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(jié)能的變頻控制方式，在適當調(diào)高設(shè)置溫度后節(jié)省的電力也會更多。因此上述數(shù)字只是一個偏于保守的估計5 結(jié)論5.1 房間空調(diào)器采用帶死區(qū)的壓縮機啟、?？刂颇軌蜉^好地保持室內(nèi)溫度在設(shè)置值附近。同時，盡管沒有單獨的濕度控制功能，室內(nèi)相對濕度也能夠保持在