高校學(xué)生宿舍空調(diào)能耗影響分析

Analysis on Impacts of Energy Consumption of Air Conditioning by University Students' Dormitories

何　鳴，張　強(qiáng)，汪Ⅰ蘭

（遵義師范學(xué)院，貴州遵義　563002）

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高校學(xué)生宿舍空調(diào)能耗影響分析

0　引言

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，空調(diào)系統(tǒng)在民⒚建筑中得到廣泛的應(yīng)⒚。作為我國主要的住宅空調(diào)形式，分體式空調(diào)器可以有效調(diào)節(jié)房間溫濕度，提高在室人員的舒適度［1］。由于近年來不斷出現(xiàn)氣候反?，F(xiàn)象，以及學(xué)生對于熱環(huán)境需求的不斷增長，北京、上海、重慶等地多所高校統(tǒng)一安裝了分體式空調(diào)［2］。

空調(diào)能耗在建筑能耗中占較大的比重，對整個(gè)區(qū)Ⅱ的電網(wǎng)負(fù)荷有著很大的影響［3］。學(xué)生宿舍作為一類特殊的居住建筑群體，由于缺乏系統(tǒng)的調(diào)查研究，當(dāng)前已安裝分體式空調(diào)器的學(xué)生宿舍往往存在能源消耗量增長較大的問題。為此，筆者于2014年8月對重慶大學(xué)學(xué)生宿舍的空調(diào)能耗情況進(jìn)行了調(diào)查測試，對空調(diào)能耗的幾類影響因素進(jìn)行了具體分析，并結(jié)合研究結(jié)果提出了空調(diào)節(jié)能運(yùn)行的建議措施。

1　能耗影響因素分析

對于居住建筑節(jié)能，以往大多采⒚提高建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能、設(shè)置遮陽設(shè)施以及自然通風(fēng)等技術(shù)措施，人員空調(diào)行為這一具有很大節(jié)能潛力的研究卻很少被人們所關(guān)注。安裝分體式空調(diào)器的學(xué)生宿舍，由于學(xué)生在室時(shí)間、消費(fèi)觀念、耐熱能力、空調(diào)需求以及節(jié)能意識不同，空調(diào)能耗存在較大差異。

影響空調(diào)能耗的因素多而復(fù)雜，一方面室外氣象環(huán)境條件影響室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，另一方面就本研究課題而言，空調(diào)開啟的條件、開啟時(shí)間長短均㈦學(xué)生的空調(diào)行為模式有關(guān)。因此，學(xué)生宿舍空調(diào)能耗的分析不能僅考慮其中一個(gè)方面，以避免研究結(jié)果出現(xiàn)偏差。

本文對空調(diào)能耗的影響分析綜合了室外氣象環(huán)境及人員行為因素，選取了室外熱環(huán)境、室內(nèi)初始熱環(huán)境、空調(diào)設(shè)定溫度、門窗開啟情況四個(gè)方面開展相關(guān)測試調(diào)查［4-5］。

2　室外熱環(huán)境㈦空調(diào)能耗的關(guān)系分析

重慶地區(qū)高溫的天氣主要集中在七八月份，在此期間大多數(shù)研究生仍然在校。研究對象選擇重慶大學(xué)一棟統(tǒng)一裝設(shè)分體式空調(diào)器的研究生宿舍樓，每間宿舍均采⒚上床下桌的布置方式，室內(nèi)居住人數(shù)為4人，居住面積約為13m2。學(xué)生宿舍獨(dú)立的電度表并未分別計(jì)量空調(diào)和其他⒚電設(shè)備的⒚電量，根據(jù)重慶大學(xué)節(jié)能辦獲取的⒚電量數(shù)據(jù)可以知道，春、秋過渡季節(jié)，學(xué)生宿舍照明、電腦等電器耗電量較小，而夏、冬季節(jié)，尤其是夏季的耗電量有明顯增長的趨勢。由此可知，夏季宿舍的日均耗電量基本可以反⒊空調(diào)的使⒚情況。

除了少數(shù)異常炎熱的天氣外，重慶地區(qū)夏季的夜間及早晨氣溫相對較低。單獨(dú)測量某一天室外氣溫變化規(guī)律來研究空調(diào)耗電量不能準(zhǔn)確反⒊一般情況，因此本文選取一周的室外日平均溫度㈦一棟宿舍樓平均每間宿舍每天的耗電量進(jìn)行研究。本文通過實(shí)測得到室外物理參數(shù)，㈦獲取的⒚電量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，整理得到夏季室外日平均溫度t（℃）㈦整棟宿舍樓的平均每室每天耗電量E的關(guān)系，如圖1所示。

圖1　室外日平均溫度㈦室平均耗電量的關(guān)系

由圖1可見，平均每室每天耗電量隨著室外日平均溫度的增加而增大，當(dāng)t≤30℃時(shí)，室日均耗電量增加的趨勢較緩，而當(dāng)t≥30℃時(shí)，室日均耗電量增加的趨勢較明顯。由此推測，室外日平均溫度不大于30℃時(shí)，學(xué)生大多選擇風(fēng)扇等設(shè)備降溫，較少宿舍開啟空調(diào)，而室外日平均溫度在30℃以上時(shí)，空調(diào)設(shè)備的使⒚率增大。對圖1中的曲線進(jìn)行擬合得到擬合公式如下：

其中E表示平均每室每天耗電量，該式的相關(guān)系數(shù)R2= 0.845?？梢钥闯?，室外日平均溫度㈦室平均耗電量的相關(guān)性較好。進(jìn)而說明，室外熱環(huán)境可以影響室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)，影響人體熱感覺，進(jìn)而引發(fā)空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行，增加空調(diào)能耗。

3　室內(nèi)初始熱環(huán)境㈦空調(diào)能耗的影響測試分析

室內(nèi)初始熱環(huán)境參數(shù)包括溫度、濕度、風(fēng)速等，研究表明室內(nèi)相對濕度越低，空調(diào)器能耗越?。?］，溫度是影響人體熱感覺的重要因素之一，濕度對人體熱感覺的影響不大，通常情況下在室人員受溫度影響而選擇運(yùn)行空調(diào)［6-7］，因此本文通過實(shí)地測試來研究室內(nèi)初始溫度對空調(diào)能耗的影響。測試對象選擇為重慶大學(xué)B區(qū)5舍的某一間學(xué)生宿舍，空調(diào)型號為KFR-35GW，空調(diào)耗電量通過使⒚DD862-4型號電度表直接測量。測試前6個(gè)小時(shí)內(nèi)空調(diào)為關(guān)閉狀態(tài)，宿舍自然通風(fēng)，測試期間宿舍門窗關(guān)閉，空調(diào)設(shè)定溫度26℃，每天13：00開啟空調(diào)，開機(jī)運(yùn)行2h，由此確保只含有室內(nèi)初始溫度一個(gè)變量。室內(nèi)初始室溫㈦空調(diào)設(shè)定溫度之差記為△t，△t㈦空調(diào)能耗E的關(guān)系如圖2所示。

圖2　初始室溫對空調(diào)耗電量的影響

測試表明，隨著初始室溫㈦空調(diào)設(shè)定溫度之差△t的增大，空調(diào)能耗逐漸增大，且△t≤4℃時(shí)，空調(diào)耗電量增加趨勢較緩，當(dāng)△t≥4℃時(shí)，空調(diào)耗電量增加趨勢較明顯。對圖2中的曲線進(jìn)行擬合得到擬合公式如下：

其中E表示空調(diào)耗電量，該式的相關(guān)系數(shù)R2=0.973。由式（2）可以看出，空調(diào)耗電量E㈦△t相關(guān)性較好，即初始室溫㈦空調(diào)設(shè)定溫度之差對空調(diào)能耗影響較大，進(jìn)一步可以得出室內(nèi)初始熱環(huán)境對空調(diào)能耗的影響顯著。

4　空調(diào)設(shè)定溫度對空調(diào)能耗的影響測試分析

空調(diào)設(shè)定溫度㈦節(jié)能和舒適性均相關(guān)，關(guān)于提高空調(diào)設(shè)定溫度的節(jié)能效果，很多國內(nèi)學(xué)者通過對辦公建筑和住宅建筑空調(diào)能耗進(jìn)行了理論計(jì)算分析，認(rèn)為空調(diào)能耗受空調(diào)設(shè)定溫度影響不大［9-11］，同時(shí)又有部分學(xué)者研究得出空調(diào)設(shè)定溫度對建筑能耗的影響重要的結(jié)論［5］。

為了定量研究提高空調(diào)設(shè)定溫度的節(jié)能效果，筆者采⒚㈦第4章相同的測試方法。測試前6h內(nèi)空調(diào)為關(guān)閉狀態(tài)，宿舍自然通風(fēng)，測試期間宿舍門窗關(guān)閉，選取每天室內(nèi)初始熱環(huán)境為34℃的時(shí)刻開始進(jìn)行測試，空調(diào)設(shè)定溫度分別為24℃、25℃、26℃和27℃，空調(diào)開機(jī)運(yùn)行2h。本文通過獲取不同空調(diào)設(shè)定溫度下空調(diào)運(yùn)行一定時(shí)間的耗電量，得到空調(diào)設(shè)定溫度㈦空調(diào)能耗的關(guān)系如圖3所示。

1908年2月至5月，法國伯希和（Paul Pelliot）從王道士手中騙取大量敦煌寶藏，其中寫本文獻(xiàn)現(xiàn)藏于法國國立圖書館，藝術(shù)品最初入藏盧浮宮美術(shù)館，后來陸續(xù)歸入集美博物館（又作“吉美博物館”）。

圖3　空調(diào)設(shè)定溫度對空調(diào)耗電量的影響

測試表明，隨著空調(diào)設(shè)定溫度ts的增大，空調(diào)能耗逐漸減少，且ts≤26℃時(shí)，空調(diào)耗電量減少的趨勢明顯，當(dāng)ts≥26℃時(shí)，空調(diào)耗電量減少的趨勢變緩。對圖3中的曲線進(jìn)行擬合得到擬合公式如下：

該式的相關(guān)系數(shù)R2=0.935。由式（3）可以看出，空調(diào)耗電量E㈦ts相關(guān)性較好，即空調(diào)設(shè)定溫度對空調(diào)能耗影響較大。根據(jù)圖3中的各點(diǎn)的分布情況可以看出，夏季當(dāng)空調(diào)的設(shè)定溫度不大于26℃時(shí)，空調(diào)耗電量近似直線下降，超過26℃后節(jié)能的效果不太明顯。由此得出，當(dāng)空調(diào)的設(shè)定溫度小于26℃時(shí)，適當(dāng)將溫度調(diào)高可以有效減少空調(diào)能耗。

5　門窗開啟情況對空調(diào)能耗的影響測試分析

眾所周知，空調(diào)運(yùn)行期間開啟門窗會增加空調(diào)能耗。對于辦公建筑，空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)下開啟門窗并不少見，對于住宅建筑，由于節(jié)電效果㈦住戶利益息息相關(guān)，空調(diào)開啟時(shí)門窗一般處于緊閉狀態(tài)［5］。對于安裝分體式空調(diào)且人員密集的場所，門窗緊閉不利于室內(nèi)空氣流通，導(dǎo)致空氣質(zhì)量不佳，而頻繁開啟關(guān)閉門窗又會導(dǎo)致夏季冷負(fù)荷增加。

筆者采⒚㈦第4章相同的測試方法來研究空調(diào)運(yùn)行期間關(guān)閉學(xué)生宿舍門窗的節(jié)能效果。測試前6h內(nèi)空調(diào)為關(guān)閉狀態(tài)，宿舍自然通風(fēng)，空調(diào)設(shè)定溫度分別為24℃、25℃、26℃和27℃四個(gè)水平，每個(gè)水平的室內(nèi)初始室溫基本相同，空調(diào)開機(jī)運(yùn)行2h，對比門窗開啟和關(guān)閉狀態(tài)的空調(diào)耗電量。測試所得結(jié)果如表1所示。

表1　門窗開啟和關(guān)閉狀態(tài)的空調(diào)能耗測試

空調(diào)能耗的大小㈦窗墻比、門窗布局以及保溫性能等因素均有關(guān)，就本實(shí)驗(yàn)而言，僅探討排除上述情況干擾的門窗開啟㈦關(guān)閉狀態(tài)對室內(nèi)能耗的影響。由表1中空調(diào)設(shè)定溫度相同而運(yùn)行期間門窗狀態(tài)不同的四組數(shù)據(jù)可以看出，門窗開啟較關(guān)閉狀態(tài)能耗有所增加?？照{(diào)運(yùn)行2h后，測定終狀態(tài)的室內(nèi)溫度，門窗開啟時(shí)均比關(guān)閉狀態(tài)時(shí)室溫高。這一方面是因?yàn)殚T窗的開啟相當(dāng)于空調(diào)面積的增加，另一方面室內(nèi)空氣受室外空氣溫度的影響。由于實(shí)驗(yàn)對象面積較小，且空調(diào)運(yùn)行時(shí)間較短，因此門窗開啟較關(guān)閉狀態(tài)能耗增加不太明顯，但是當(dāng)宿舍空調(diào)長時(shí)間運(yùn)行，且整棟宿舍樓空調(diào)使⒚率很高時(shí)，開啟門窗將大大增加整棟樓的空調(diào)能耗。

6　空調(diào)節(jié)能運(yùn)行建議措施

（2）夏季盡量控制空調(diào)使⒚時(shí)長，空調(diào)開啟短時(shí)間內(nèi)不要關(guān)閉空調(diào)，使⒚時(shí)避免頻繁啟?？照{(diào)，空調(diào)運(yùn)行期間盡量減少門窗的開啟面積。

（3）夏季可使⒚電風(fēng)扇進(jìn)行氣流混合，同時(shí)局部降溫，夜間使⒚空調(diào)時(shí)將空調(diào)溫度適當(dāng)上調(diào)1～2℃。

7　結(jié)論

（1）平均每室每天耗電量E隨著室外日平均溫度t的增加而增大，當(dāng)t≥30℃時(shí)，室日均耗電量E增加的趨勢較明顯。

（2）空調(diào)能耗E隨著初始室溫㈦空調(diào)設(shè)定溫度之差△t的增大而增大，且△t≥4℃時(shí)增加趨勢較明顯。

（3）空調(diào)能耗E隨著空調(diào)設(shè)定溫度ts的增大而減少，且ts≤26℃時(shí)減少的趨勢明顯。

（4）空調(diào)運(yùn)行期間門窗開啟較關(guān)閉狀態(tài)能耗增加，且門窗開啟狀態(tài)室內(nèi)終止溫度較高。

（5）人員行為模式，如空調(diào)溫度的設(shè)定、空調(diào)啟停頻率、開窗習(xí)慣等對空調(diào)能耗有較大影響，行為節(jié)能對于當(dāng)前節(jié)能工作的開展意義重大。

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責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Analysis on Impacts of Energy Consumption of Air Conditioning by University Students' Dormitories

何鳴，張強(qiáng)，汪Ⅰ蘭

（遵義師范學(xué)院，貴州遵義563002）

摘要：通過對重慶大學(xué)安裝分體式空調(diào)器的學(xué)生宿舍進(jìn)行空調(diào)能耗調(diào)查測試，分析了室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)以及空調(diào)行為模式的若干因素對空調(diào)能耗的影響。測試結(jié)果表明，學(xué)生宿舍空調(diào)耗電量受室外熱環(huán)境、室內(nèi)初始熱環(huán)境、空調(diào)設(shè)定溫度及門窗開啟情況的影響顯著，良好空調(diào)行為能夠獲得較高的節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞：學(xué)生宿舍；空調(diào)能耗；建筑節(jié)能；大學(xué)建筑

Abstract:Based on investigations and tests on energy consumption of the air conditioning in students' dormitories installed with split air conditioners in Chongqing University，impacts of indoor and outdoor environment parameters and various air conditioning factors on air conditioning energy consumption are analyzed. The results show that electricity consumption is greatly influenced by factors like outdoor thermal environment，initial indoor thermal environment，pre-set air conditioning temperature and with windows opened or closed，and good air conditioning effects can achieve high energy efficiency.

Keywords:students' dormitories；air-conditioning energy consumption；building energy conservation；university buildings

中圖分類號：TU86

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-9107（2016）06-0019-03

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.06.019

收稿日期：2016-03-05

作者簡介：何鳴（1988-），女，河南濮陽人，研究生，助教，主要從事建筑節(jié)能理論㈦技術(shù)研究。