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(guó)計(jì)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(fèi)收取規(guī)則一般按照階梯電費(fèi)收取，耗電量每增加到一個(gè)階梯，其收取的電費(fèi)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(wèn)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(rèn)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(xiàn)[1，2，3，4]可以知道室外溫度的增加會(huì)對(duì)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_(kāi)空調(diào)避暑的習(xí)慣，因此將溫度作為對(duì)耗電量增加的主要影響因素進(jìn)行分析。

但文獻(xiàn)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(bào)溫度與我們實(shí)際環(huán)境中的溫度是有一定差距的，且文獻(xiàn)中主要分析城市為上海和重慶與廣州實(shí)際氣候情況有一定差距?？紤]到實(shí)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(gè)數(shù)據(jù)依據(jù)，所以為分析在嶺南氣候下實(shí)際室外溫度是否對(duì)空調(diào)耗電量有顯著影響重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)的方法，定性分析數(shù)據(jù)。

2 測(cè)量系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

2.1 硬件搭建

圖1 試驗(yàn)環(huán)境

使用長(zhǎng)9m*寬3m*高2.5m 的膠合板集裝箱進(jìn)行試驗(yàn)。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(tuán)有限公司的DDSK102S-J 單相電子式費(fèi)控電能表，舊電表使用和成牌FD95 型機(jī)械式單相電度表。兩個(gè)電表與空調(diào)相互串聯(lián)，除空調(diào)以外沒(méi)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(jí)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(jì)是經(jīng)過(guò)廣州計(jì)量檢測(cè)技術(shù)研究院檢定合格的華誼MS6508 數(shù)字溫濕度測(cè)量器兩臺(tái)。

2.2 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guò)minitab 在置信水平=0.95 的情況下進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)分析后知道機(jī)械表和費(fèi)控表的讀數(shù)是否有差異，室外溫度是否對(duì)空調(diào)耗電量有顯著影響。

圖3 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

為避免新電表確實(shí)比舊電表走得更快，先驗(yàn)證機(jī)械表與費(fèi)控表讀數(shù)無(wú)明顯區(qū)別，再進(jìn)行實(shí)際室外溫度對(duì)空調(diào)耗電量的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[5]。又因?yàn)橛捎诳照{(diào)在室內(nèi)溫度能否達(dá)到空調(diào)設(shè)定溫度時(shí)其工作狀況可分為兩種情況：一種是室內(nèi)溫度達(dá)不到空調(diào)設(shè)定溫度，空調(diào)一直運(yùn)作。一種室內(nèi)溫度達(dá)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(yàn)證是否兩種工作狀態(tài)下，室內(nèi)外溫差對(duì)空調(diào)耗電量都有顯著性影響，所以將其分為兩個(gè)實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步完善室外溫度對(duì)空調(diào)耗電量的影響分析結(jié)果。

因?yàn)閿?shù)據(jù)樣本有限，所以實(shí)驗(yàn)選用假設(shè)檢驗(yàn)的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定性分析。假設(shè)檢驗(yàn)[6]的方法可以在一定條件下，以較小的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)確定總體數(shù)值與估計(jì)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(jì)劃依據(jù)。

圖4 試驗(yàn)流程圖

3 驗(yàn)證智能費(fèi)控電表和機(jī)械電表走數(shù)是否有差異

試驗(yàn)方法：設(shè)置空調(diào)為16℃，連續(xù)測(cè)量8 個(gè)小時(shí)機(jī)械表和費(fèi)控表的耗電量。

表1 兩種電表1 小時(shí)間隔的走數(shù)

因?yàn)闃颖玖枯^少，總體的σ 未知所以選擇使用單樣本t 檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為：

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

表2 單樣本t 假設(shè)檢驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)驗(yàn)證測(cè)量數(shù)據(jù)是符合正態(tài)分布的，對(duì)走數(shù)差值進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，設(shè)原假設(shè)為走數(shù)差值=0，置信水平為0.05。通過(guò)minitab 軟件計(jì)算得出P=0.692＞0.05。所以可以接受原假設(shè)，即認(rèn)為費(fèi)控表和機(jī)械表的走數(shù)沒(méi)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(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)驗(yàn)證都可以得出費(fèi)控表和機(jī)械表的走數(shù)沒(méi)有明顯差異的結(jié)論。

機(jī)械表的最終走數(shù)平均值為1.35kW·h，費(fèi)控表的最終走數(shù)平均值為1.34kW·h。所以盡管機(jī)械表的走數(shù)看起來(lái)波動(dòng)較大，但波動(dòng)圍繞一個(gè)平均值上下波動(dòng)，所以最終累計(jì)的時(shí)候其波動(dòng)相互抵消與費(fèi)控表走數(shù)相差不大，因此居民們認(rèn)為新電表比舊電表走得更快的假設(shè)是錯(cuò)誤的。

4 內(nèi)外溫差對(duì)空調(diào)耗電量影響顯著性分析

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

分別在正午與晚上的兩個(gè)溫度差別較大時(shí)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(gè)時(shí)間段各測(cè)試3 個(gè)小時(shí)，每20 分鐘采集一次數(shù)據(jù)，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)開(kāi)始試驗(yàn)。進(jìn)行測(cè)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(shí)，室內(nèi)溫度是比較難達(dá)到空調(diào)溫度的，這造成了空調(diào)壓縮機(jī)工作時(shí)間的延長(zhǎng)從而導(dǎo)致耗電量增加。

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

經(jīng)檢驗(yàn)，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?yàn)闃颖玖枯^少所以選用雙樣本t 檢驗(yàn)，其統(tǒng)計(jì)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(guò)30.2℃的耗電量，取置信水平a 為0.05。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證耗電量數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。得到minitab 假設(shè)檢驗(yàn)的計(jì)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(dá)不到空調(diào)設(shè)定溫度時(shí)，室外溫度38.8℃的耗電量室外溫度顯著高過(guò)30.2℃的耗電量。

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

實(shí)驗(yàn)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(dá)到空調(diào)設(shè)定溫度?？梢詮南旅娴谋砀窨闯?，在較高室外溫度時(shí)，室內(nèi)溫度能達(dá)到25℃的情況，但只要空調(diào)一進(jìn)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(dá)到目標(biāo)溫度時(shí)部分?jǐn)?shù)據(jù)

在本數(shù)據(jù)中晚上溫度較低時(shí)，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到空調(diào)溫度時(shí)，空調(diào)的耗電量大大減少，這是因?yàn)?，晚上溫度較低空調(diào)壓縮機(jī)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(wú)法使用假設(shè)檢驗(yàn)的辦法判斷溫度不同的是耗電量區(qū)別。但32.6℃時(shí)的耗電量出現(xiàn)明顯下降，所以以在各自時(shí)間段每隔20 分鐘測(cè)量一次為一組，繪制出折線圖進(jìn)行對(duì)比。

圖5 不同室外溫度耗電量折線圖對(duì)比

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

總結(jié)：無(wú)論室內(nèi)溫度能否達(dá)到空調(diào)設(shè)定溫度，室外溫度較高時(shí)會(huì)比溫度較低時(shí)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(wú)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(shí)間里正是發(fā)生了連續(xù)高溫預(yù)警的7 月份，所以進(jìn)行室外溫度對(duì)空調(diào)耗電量的顯著性分析試驗(yàn)。分析證明在廣州的氣候下，無(wú)論室內(nèi)溫度是否能達(dá)到空調(diào)設(shè)定溫度，室外溫度都會(huì)對(duì)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(shí)的空調(diào)耗電量要顯著增加。