岭南高温天气对空调耗电量影响关系研究*

郭 斌，何圣川，陈俊艺，钟超淳

（1.广东电网有限责任公司广州供电局，广东 广州 510620；2.中国计量大学 质量与安全工程学院，浙江 杭州 310018）

1 概述

现行的电费收取规则一般按照阶梯电费收取，耗电量每增加到一个阶梯，其收取的电费都得到显著增加，所以家庭耗电量的增加一直是居民们热切关心的问题。由于2020 年7 月份前不久南方电网更换了一批旧电表，导致居民普遍认为7 月份用电量的增加是由于新电表比旧电表走得快引起的。但基于相关的文献[1，2，3，4]可以知道室外温度的增加会对空调的耗电量产生影响，且它们具有较好的线性相关性。考虑岭南7 月份天气出现的连续高温，当地居民都有开空调避暑的习惯，因此将温度作为对耗电量增加的主要影响因素进行分析。

但文献中取得温度数据一般为气象局提供的平均温度数据。我们知道天气预报温度与我们实际环境中的温度是有一定差距的，且文献中主要分析城市为上海和重庆与广州实际气候情况有一定差距。考虑到实际耗电量不止受温度一种条件影响，且为广州市民提供一个数据依据，所以为分析在岭南气候下实际室外温度是否对空调耗电量有显著影响重新设计实验，并通过假设检验的方法，定性分析数据。

2 测量系统方案设计

2.1 硬件搭建

图1 试验环境

使用长9m*宽3m*高2.5m 的胶合板集装箱进行试验。集装箱的具体面积与一般居民的大厅大小相当。

新电表使用威胜集团有限公司的DDSK102S-J 单相电子式费控电能表，旧电表使用和成牌FD95 型机械式单相电度表。两个电表与空调相互串联，除空调以外没有与其他用电器串联。

图2 使用的电表

空调选用格力分体变频热泵型壁挂式1 级耗能1.5匹空调。制冷平均耗电量为316kW·h，制冷输入电流3.7A，输入功率为75W 到1700W。

温度计是经过广州计量检测技术研究院检定合格的华谊MS6508 数字温湿度测量器两台。

2.2 测试方案设计

测试系统设计框图如图3 所示，最后将室内和室外获取的数据通过minitab 在置信水平=0.95 的情况下进行假设检验分析后知道机械表和费控表的读数是否有差异，室外温度是否对空调耗电量有显著影响。

图3 测量系统设计框图

为避免新电表确实比旧电表走得更快，先验证机械表与费控表读数无明显区别，再进行实际室外温度对空调耗电量的影响进行实验[5]。又因为由于空调在室内温度能否达到空调设定温度时其工作状况可分为两种情况：一种是室内温度达不到空调设定温度，空调一直运作。一种室内温度达到空调设定温度，空调处于低频工作或不工作状态。为验证是否两种工作状态下，室内外温差对空调耗电量都有显著性影响，所以将其分为两个实验以进一步完善室外温度对空调耗电量的影响分析结果。

因为数据样本有限，所以实验选用假设检验的方法对实验结果进行定性分析。假设检验[6]的方法可以在一定条件下，以较小的风险来确定总体数值与估计数值是否存在显著差异，且能为后续的定量分析提供数据基础与计划依据。

图4 试验流程图

3 验证智能费控电表和机械电表走数是否有差异

试验方法：设置空调为16℃，连续测量8 个小时机械表和费控表的耗电量。

表1 两种电表1 小时间隔的走数

因为样本量较少，总体的σ 未知所以选择使用单样本t 检验，其检验统计量为：

计算出t 值后根据样本数和置信水平a 找出对应的概率值P,若P＜a 则认为拒绝原假设。

表2 单样本t 假设检验结果

经验证测量数据是符合正态分布的，对走数差值进行假设检验，设原假设为走数差值=0，置信水平为0.05。通过minitab 软件计算得出P=0.692＞0.05。所以可以接受原假设，即认为费控表和机械表的走数没有明显差异。

之后再选择不同室外温度与空调温度的试验数据，经验证都可以得出费控表和机械表的走数没有明显差异的结论。

机械表的最终走数平均值为1.35kW·h，费控表的最终走数平均值为1.34kW·h。所以尽管机械表的走数看起来波动较大，但波动围绕一个平均值上下波动，所以最终累计的时候其波动相互抵消与费控表走数相差不大，因此居民们认为新电表比旧电表走得更快的假设是错误的。

4 内外温差对空调耗电量影响显著性分析

4.1 当室内温度达不到空调设定温度时

分别在正午与晚上的两个温度差别较大时间段采集空调的耗电量数据，室外温度采集室外的地面温度。每个时间段各测试3 个小时，每20 分钟采集一次数据，当室内温度达到稳定状态时开始试验。进行测试前将空调调到16℃，可从下面的表格看出当室外温度较高时，室内温度是比较难达到空调温度的，这造成了空调压缩机工作时间的延长从而导致耗电量增加。

表3 室内温度达不到目标温度时的部分数据

经检验，耗电量遵循正态分布，且不同温度间的耗电量发方差相同，又因为样本量较少所以选用双样本t 检验，其统计量为：

表4 双样本t 结果

在不同室外温度下，设原假设空调耗电量均值相同，备择假设室外温度38.8℃的耗电量室外温度高过30.2℃的耗电量，取置信水平a 为0.05。经过验证耗电量数据符合正态分布。得到minitab 假设检验的计算结果P=0＜0.05，即均值相等的概率为0，拒绝原假设，接受备择接受。表明当室内温度达不到空调设定温度时，室外温度38.8℃的耗电量室外温度显著高过30.2℃的耗电量。

4.2 当室内温度达到空调设定温度时

实验条件同4.1，但将空调温度设置为25℃以使室内温度能达到空调设定温度。可以从下面的表格看出，在较高室外温度时，室内温度能达到25℃的情况，但只要空调一进入低频工作状态，室内温度就马上升高，所以平均的室内温度要略高于25℃。而在室外温度较低的情况，空调能轻易维持25℃的室内温度，甚至可以比25℃低。

表5 室内温度达到目标温度时部分数据

在本数据中晚上温度较低时，当室内温度达到空调温度时，空调的耗电量大大减少，这是因为，晚上温度较低空调压缩机只需要较低的工作频率即可维持室内温度稳定导致的。

由于两组数据方差不相同，无法使用假设检验的办法判断温度不同的是耗电量区别。但32.6℃时的耗电量出现明显下降，所以以在各自时间段每隔20 分钟测量一次为一组，绘制出折线图进行对比。

图5 不同室外温度耗电量折线图对比

发现两个时间段的耗电量走向出现明显区别，因此可以认为当室内温度可以达到空调温度时，不同的室外温度对空调耗电量有明显影响。

总结：无论室内温度能否达到空调设定温度，室外温度较高时会比温度较低时的空调耗电量高。

5 结论

从上述数据分析中可以得出，新旧电表在走数上并无显著性区别，所以电表的不同显然不是影响居民耗电量增加的主因。之后基于居民们反应耗电量较高时间里正是发生了连续高温预警的7 月份，所以进行室外温度对空调耗电量的显著性分析试验。分析证明在广州的气候下，无论室内温度是否能达到空调设定温度，室外温度都会对空调耗电量产生显著影响，且高室外温度比低室外温度时的空调耗电量要显著增加。