嶺南高溫天氣對空調耗電量影響關系研究*

郭 斌，何圣川，陳俊藝，鐘超淳

（1.廣東電網有限責任公司廣州供電局，廣東 廣州 510620；2.中國計量大學 質量與安全工程學院，浙江 杭州 310018）

1 概述

現行的電費收取規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心的問題。由于2020 年7 月份前不久南方電網更換了一批舊電表，導致居民普遍認為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。但基于相關的文獻[1，2，3，4]可以知道室外溫度的增加會對空調的耗電量產生影響，且它們具有較好的線性相關性。考慮嶺南7 月份天氣出現的連續高溫，當地居民都有開空調避暑的習慣，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據一般為氣象局提供的平均溫度數據。我們知道天氣預報溫度與我們實際環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。考慮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據依據，所以為分析在嶺南氣候下實際室外溫度是否對空調耗電量有顯著影響重新設計實驗，并通過假設檢驗的方法，定性分析數據。

2 測量系統方案設計

2.1 硬件搭建

圖1 試驗環境

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。

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。兩個電表與空調相互串聯，除空調以外沒有與其他用電器串聯。

圖2 使用的電表

空調選用格力分體變頻熱泵型壁掛式1 級耗能1.5匹空調。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。

溫度計是經過廣州計量檢測技術研究院檢定合格的華誼MS6508 數字溫濕度測量器兩臺。

2.2 測試方案設計

測試系統設計框圖如圖3 所示，最后將室內和室外獲取的數據通過minitab 在置信水平=0.95 的情況下進行假設檢驗分析后知道機械表和費控表的讀數是否有差異，室外溫度是否對空調耗電量有顯著影響。

圖3 測量系統設計框圖

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無明顯區別，再進行實際室外溫度對空調耗電量的影響進行實驗[5]。又因為由于空調在室內溫度能否達到空調設定溫度時其工作狀況可分為兩種情況：一種是室內溫度達不到空調設定溫度，空調一直運作。一種室內溫度達到空調設定溫度，空調處于低頻工作或不工作狀態。為驗證是否兩種工作狀態下，室內外溫差對空調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耗電量的影響分析結果。

因為數據樣本有限，所以實驗選用假設檢驗的方法對實驗結果進行定性分析。假設檢驗[6]的方法可以在一定條件下，以較小的風險來確定總體數值與估計數值是否存在顯著差異，且能為后續的定量分析提供數據基礎與計劃依據。

圖4 試驗流程圖

3 驗證智能費控電表和機械電表走數是否有差異

試驗方法：設置空調為16℃，連續測量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

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，其檢驗統計量為：

計算出t 值后根據樣本數和置信水平a 找出對應的概率值P,若P＜a 則認為拒絕原假設。

表2 單樣本t 假設檢驗結果

經驗證測量數據是符合正態分布的，對走數差值進行假設檢驗，設原假設為走數差值=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，即認為費控表和機械表的走數沒有明顯差異。

之后再選擇不同室外溫度與空調溫度的試驗數據，經驗證都可以得出費控表和機械表的走數沒有明顯差異的結論。

機械表的最終走數平均值為1.35kW·h，費控表的最終走數平均值為1.34kW·h。所以盡管機械表的走數看起來波動較大，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是錯誤的。

4 內外溫差對空調耗電量影響顯著性分析

4.1 當室內溫度達不到空調設定溫度時

分別在正午與晚上的兩個溫度差別較大時間段采集空調的耗電量數據，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 分鐘采集一次數據，當室內溫度達到穩定狀態時開始試驗。進行測試前將空調調到16℃，可從下面的表格看出當室外溫度較高時，室內溫度是比較難達到空調溫度的，這造成了空調壓縮機工作時間的延長從而導致耗電量增加。

表3 室內溫度達不到目標溫度時的部分數據

經檢驗，耗電量遵循正態分布，且不同溫度間的耗電量發方差相同，又因為樣本量較少所以選用雙樣本t 檢驗，其統計量為：

表4 雙樣本t 結果

在不同室外溫度下，設原假設空調耗電量均值相同，備擇假設室外溫度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。經過驗證耗電量數據符合正態分布。得到minitab 假設檢驗的計算結果P=0＜0.05，即均值相等的概率為0，拒絕原假設，接受備擇接受。表明當室內溫度達不到空調設定溫度時，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 當室內溫度達到空調設定溫度時

實驗條件同4.1，但將空調溫度設置為25℃以使室內溫度能達到空調設定溫度。可以從下面的表格看出，在較高室外溫度時，室內溫度能達到25℃的情況，但只要空調一進入低頻工作狀態，室內溫度就馬上升高，所以平均的室內溫度要略高于25℃。而在室外溫度較低的情況，空調能輕易維持25℃的室內溫度，甚至可以比25℃低。

表5 室內溫度達到目標溫度時部分數據

在本數據中晚上溫度較低時，當室內溫度達到空調溫度時，空調的耗電量大大減少，這是因為，晚上溫度較低空調壓縮機只需要較低的工作頻率即可維持室內溫度穩定導致的。

由于兩組數據方差不相同，無法使用假設檢驗的辦法判斷溫度不同的是耗電量區別。但32.6℃時的耗電量出現明顯下降，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

發現兩個時間段的耗電量走向出現明顯區別，因此可以認為當室內溫度可以達到空調溫度時，不同的室外溫度對空調耗電量有明顯影響。

總結：無論室內溫度能否達到空調設定溫度，室外溫度較高時會比溫度較低時的空調耗電量高。

5 結論

從上述數據分析中可以得出，新舊電表在走數上并無顯著性區別，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耗電量較高時間里正是發生了連續高溫預警的7 月份，所以進行室外溫度對空調耗電量的顯著性分析試驗。分析證明在廣州的氣候下，無論室內溫度是否能達到空調設定溫度，室外溫度都會對空調耗電量產生顯著影響，且高室外溫度比低室外溫度時的空調耗電量要顯著增加。