嶺南高溫天氣對空調(diào)耗電量影響關(guān)系研究*

郭 斌，何圣川，陳俊藝，鐘超淳

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510620；2.中國計量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院，浙江 杭州 310018）

1 概述

現(xiàn)行的電費收取規(guī)則一般按照階梯電費收取，耗電量每增加到一個階梯，其收取的電費都得到顯著增加，所以家庭耗電量的增加一直是居民們熱切關(guān)心的問題。由于2020 年7 月份前不久南方電網(wǎng)更換了一批舊電表，導(dǎo)致居民普遍認為7 月份用電量的增加是由于新電表比舊電表走得快引起的。但基于相關(guān)的文獻[1，2，3，4]可以知道室外溫度的增加會對空調(diào)的耗電量產(chǎn)生影響，且它們具有較好的線性相關(guān)性?？紤]嶺南7 月份天氣出現(xiàn)的連續(xù)高溫，當(dāng)?shù)鼐用穸加虚_空調(diào)避暑的習(xí)慣，因此將溫度作為對耗電量增加的主要影響因素進行分析。

但文獻中取得溫度數(shù)據(jù)一般為氣象局提供的平均溫度數(shù)據(jù)。我們知道天氣預(yù)報溫度與我們實際環(huán)境中的溫度是有一定差距的，且文獻中主要分析城市為上海和重慶與廣州實際氣候情況有一定差距?？紤]到實際耗電量不止受溫度一種條件影響，且為廣州市民提供一個數(shù)據(jù)依據(jù)，所以為分析在嶺南氣候下實際室外溫度是否對空調(diào)耗電量有顯著影響重新設(shè)計實驗，并通過假設(shè)檢驗的方法，定性分析數(shù)據(jù)。

2 測量系統(tǒng)方案設(shè)計

2.1 硬件搭建

圖1 試驗環(huán)境

使用長9m*寬3m*高2.5m 的膠合板集裝箱進行試驗。集裝箱的具體面積與一般居民的大廳大小相當(dāng)。

新電表使用威勝集團有限公司的DDSK102S-J 單相電子式費控電能表，舊電表使用和成牌FD95 型機械式單相電度表。兩個電表與空調(diào)相互串聯(lián)，除空調(diào)以外沒有與其他用電器串聯(lián)。

圖2 使用的電表

空調(diào)選用格力分體變頻熱泵型壁掛式1 級耗能1.5匹空調(diào)。制冷平均耗電量為316kW·h，制冷輸入電流3.7A，輸入功率為75W 到1700W。

溫度計是經(jīng)過廣州計量檢測技術(shù)研究院檢定合格的華誼MS6508 數(shù)字溫濕度測量器兩臺。

2.2 測試方案設(shè)計

測試系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖3 所示，最后將室內(nèi)和室外獲取的數(shù)據(jù)通過minitab 在置信水平=0.95 的情況下進行假設(shè)檢驗分析后知道機械表和費控表的讀數(shù)是否有差異，室外溫度是否對空調(diào)耗電量有顯著影響。

圖3 測量系統(tǒng)設(shè)計框圖

為避免新電表確實比舊電表走得更快，先驗證機械表與費控表讀數(shù)無明顯區(qū)別，再進行實際室外溫度對空調(diào)耗電量的影響進行實驗[5]。又因為由于空調(diào)在室內(nèi)溫度能否達到空調(diào)設(shè)定溫度時其工作狀況可分為兩種情況：一種是室內(nèi)溫度達不到空調(diào)設(shè)定溫度，空調(diào)一直運作。一種室內(nèi)溫度達到空調(diào)設(shè)定溫度，空調(diào)處于低頻工作或不工作狀態(tài)。為驗證是否兩種工作狀態(tài)下，室內(nèi)外溫差對空調(diào)耗電量都有顯著性影響，所以將其分為兩個實驗以進一步完善室外溫度對空調(diào)耗電量的影響分析結(jié)果。

因為數(shù)據(jù)樣本有限，所以實驗選用假設(shè)檢驗的方法對實驗結(jié)果進行定性分析。假設(shè)檢驗[6]的方法可以在一定條件下，以較小的風(fēng)險來確定總體數(shù)值與估計數(shù)值是否存在顯著差異，且能為后續(xù)的定量分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)與計劃依據(jù)。

圖4 試驗流程圖

3 驗證智能費控電表和機械電表走數(shù)是否有差異

試驗方法：設(shè)置空調(diào)為16℃，連續(xù)測量8 個小時機械表和費控表的耗電量。

表1 兩種電表1 小時間隔的走數(shù)

因為樣本量較少，總體的σ 未知所以選擇使用單樣本t 檢驗，其檢驗統(tǒng)計量為：

計算出t 值后根據(jù)樣本數(shù)和置信水平a 找出對應(yīng)的概率值P,若P＜a 則認為拒絕原假設(shè)。

表2 單樣本t 假設(shè)檢驗結(jié)果

經(jīng)驗證測量數(shù)據(jù)是符合正態(tài)分布的，對走數(shù)差值進行假設(shè)檢驗，設(shè)原假設(shè)為走數(shù)差值=0，置信水平為0.05。通過minitab 軟件計算得出P=0.692＞0.05。所以可以接受原假設(shè)，即認為費控表和機械表的走數(shù)沒有明顯差異。

之后再選擇不同室外溫度與空調(diào)溫度的試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)驗證都可以得出費控表和機械表的走數(shù)沒有明顯差異的結(jié)論。

機械表的最終走數(shù)平均值為1.35kW·h，費控表的最終走數(shù)平均值為1.34kW·h。所以盡管機械表的走數(shù)看起來波動較大，但波動圍繞一個平均值上下波動，所以最終累計的時候其波動相互抵消與費控表走數(shù)相差不大，因此居民們認為新電表比舊電表走得更快的假設(shè)是錯誤的。

4 內(nèi)外溫差對空調(diào)耗電量影響顯著性分析

4.1 當(dāng)室內(nèi)溫度達不到空調(diào)設(shè)定溫度時

分別在正午與晚上的兩個溫度差別較大時間段采集空調(diào)的耗電量數(shù)據(jù)，室外溫度采集室外的地面溫度。每個時間段各測試3 個小時，每20 分鐘采集一次數(shù)據(jù)，當(dāng)室內(nèi)溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)時開始試驗。進行測試前將空調(diào)調(diào)到16℃，可從下面的表格看出當(dāng)室外溫度較高時，室內(nèi)溫度是比較難達到空調(diào)溫度的，這造成了空調(diào)壓縮機工作時間的延長從而導(dǎo)致耗電量增加。

表3 室內(nèi)溫度達不到目標(biāo)溫度時的部分?jǐn)?shù)據(jù)

經(jīng)檢驗，耗電量遵循正態(tài)分布，且不同溫度間的耗電量發(fā)方差相同，又因為樣本量較少所以選用雙樣本t 檢驗，其統(tǒng)計量為：

表4 雙樣本t 結(jié)果

在不同室外溫度下，設(shè)原假設(shè)空調(diào)耗電量均值相同，備擇假設(shè)室外溫度38.8℃的耗電量室外溫度高過30.2℃的耗電量，取置信水平a 為0.05。經(jīng)過驗證耗電量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。得到minitab 假設(shè)檢驗的計算結(jié)果P=0＜0.05，即均值相等的概率為0，拒絕原假設(shè)，接受備擇接受。表明當(dāng)室內(nèi)溫度達不到空調(diào)設(shè)定溫度時，室外溫度38.8℃的耗電量室外溫度顯著高過30.2℃的耗電量。

4.2 當(dāng)室內(nèi)溫度達到空調(diào)設(shè)定溫度時

實驗條件同4.1，但將空調(diào)溫度設(shè)置為25℃以使室內(nèi)溫度能達到空調(diào)設(shè)定溫度。可以從下面的表格看出，在較高室外溫度時，室內(nèi)溫度能達到25℃的情況，但只要空調(diào)一進入低頻工作狀態(tài)，室內(nèi)溫度就馬上升高，所以平均的室內(nèi)溫度要略高于25℃。而在室外溫度較低的情況，空調(diào)能輕易維持25℃的室內(nèi)溫度，甚至可以比25℃低。

表5 室內(nèi)溫度達到目標(biāo)溫度時部分?jǐn)?shù)據(jù)

在本數(shù)據(jù)中晚上溫度較低時，當(dāng)室內(nèi)溫度達到空調(diào)溫度時，空調(diào)的耗電量大大減少，這是因為，晚上溫度較低空調(diào)壓縮機只需要較低的工作頻率即可維持室內(nèi)溫度穩(wěn)定導(dǎo)致的。

由于兩組數(shù)據(jù)方差不相同，無法使用假設(shè)檢驗的辦法判斷溫度不同的是耗電量區(qū)別。但32.6℃時的耗電量出現(xiàn)明顯下降，所以以在各自時間段每隔20 分鐘測量一次為一組，繪制出折線圖進行對比。

圖5 不同室外溫度耗電量折線圖對比

發(fā)現(xiàn)兩個時間段的耗電量走向出現(xiàn)明顯區(qū)別，因此可以認為當(dāng)室內(nèi)溫度可以達到空調(diào)溫度時，不同的室外溫度對空調(diào)耗電量有明顯影響。

總結(jié)：無論室內(nèi)溫度能否達到空調(diào)設(shè)定溫度，室外溫度較高時會比溫度較低時的空調(diào)耗電量高。

5 結(jié)論

從上述數(shù)據(jù)分析中可以得出，新舊電表在走數(shù)上并無顯著性區(qū)別，所以電表的不同顯然不是影響居民耗電量增加的主因。之后基于居民們反應(yīng)耗電量較高時間里正是發(fā)生了連續(xù)高溫預(yù)警的7 月份，所以進行室外溫度對空調(diào)耗電量的顯著性分析試驗。分析證明在廣州的氣候下，無論室內(nèi)溫度是否能達到空調(diào)設(shè)定溫度，室外溫度都會對空調(diào)耗電量產(chǎn)生顯著影響，且高室外溫度比低室外溫度時的空調(diào)耗電量要顯著增加。