重庆大学 蒋婷婷  刘猛

       【摘  要】本文以重庆市新老6个城区的住宅建筑房间空调器为研究对象，从某空调大数据监控平台获取1990台房间空调器全年的运行参数（包括空调启/停、运行时长和能耗等），对比分析新老城区房间空调器的使用特性和能耗特点。结果表明：夏季老城区比新城区的全年空调使用率高10%左右，冬季高5%左右；新老城区风速模式差异性不大，均是以高风、自动风模式为主；冬夏季老城区的平均运行时长（冬季116h、夏季524h），均高于新城区（夏季348h、冬季95h）；新城区全年能耗更为集中，老城区使用差异性大，能耗分布也较大。此外，还分析了新老城区存在这些差异的原因。

       【关键词】实时监控数据  新老城区  房间空调器  使用特性

Abstract:The room air conditioners（RAC）of residential building in six towns of Chongqing were studied, operating parameters of 1990 RAC were obtained from a big data monitoring platform, including set temperature, operation times and energy consumption, etc. The characteristics of use and energy consumption were analyzed. The results show that annual air-conditioning usage in old towns is about 10% higher than new towns in summer, and about  5% in the winter. There is little difference of wind speed modes between new city and old city, and it is mainly based on high wind and automatic wind modes. The average operating times in old towns (116h in winter, 524h in summer) are higher than in new towns (95h in winter, 348h in summer). For energy consumption, new city is more concentrated throughout the year, the use of old city is quite different and the distribution of energy consumption is also scattered.
Keywords:Real-time monitoring data   New and old city   Room air conditioner  Use characteristics

0 引言

       重庆市位于夏热冬冷气候区，该地区气候特征明显：冬季湿冷、夏季炎热、空气湿度大。为了改善室内热湿环境，房间空调器成为了重庆市城镇居民家中的必需品，多数家庭都安装有空调器^[1]。根据江亿院士提出的我国建筑用能总量控制技术路线图^[2]，2011年长江流域采暖和空调用能强度为13kWh/m²，约占我国整个城镇住宅用能的11%，预期2020年将达到30kWh/m²，占比将超过25%，用能需求上升趋势明显，空调器数量和使用率的增加成为重庆市以及全国住宅用电量增加的主要因素^[3]。

       根据国家和重庆2017年统计年鉴数据^[4][5]，重庆城镇居民每百户空调拥有量持续增长，截止到2016年已达到平均每户1.8台，是全国每百户空调拥有量的1.5倍，如图1所示。在实际使用过程中，由于居民对室内热环境的需求、使用习惯、使用模式、家庭与社会等因素的不同，加上室外气象条件以及建筑和户型的影响，房间空调器的使用差异性较大。

       随着国家经济的发展，重庆市渝中区、南岸区和沙坪坝区等老城换新，江北区、渝北区和巴南区等新城快速建设，新老城区由于地理环境、人口密集程度以及人口构成等因素的影响，房间空调器的使用和运行能耗存在较大的差异，为了研究这种差异，本文对几个新老城区的1990台房间空调器的运行特性和能耗水平进行各方面的对比分析。

1 研究方法

       在已有空调器使用特性的研究中，大多采用的获取数据方法是入户调研、实地测试以及模拟等。如AdilAl-Mumin^[6]等以逐天的周期对夏季住宅空调能耗使用入户调研进行了调查，并通过理论模拟计算空调设定温度对空调运行能耗的影响；国内学者李兆坚^[7]对北京市城镇住宅27个住户的69台空调器的开机率和能耗进行实测调查；同济大学郑顺^[8]等采用问卷与抄表方法，从2014-2015年对上海332户进行了细致调查。武汉科技大学叶隽^[9]等从居住面积、家庭收入、采暖方式、家庭结构和空调使用方式等几方面对武汉市的212户城镇家庭暖通空调能耗状况进行调查。本文的创新之处就在于研究方法，不同于传统的获取数据方法，而是通过云平台实时监控空调数据，获取上千台空调的运行数据进行分析。

       1.1 城区地理位置

       本次空调器样本主要从重庆市沙坪坝区、渝中区、南岸区、渝北区、江北区和巴南区收集，具体样本分布见图2。由地图可见，新城区以老城区为中心呈包围之势，大多都分布在城市的四周。重庆老城区社会发展的特点是社会功能单一、人口结构老化且人口密集、教育娱乐设施不足等^[10]。而新城区是整个城市城镇化发展战略的重要组成部分，重庆新城区的发展吸引更多企业的进驻，使得更多人才留渝，新城区的居住功能也被大大利用。社会的发展使得老城区人口、建筑集中，且多数是本地居民中的老人与孩子，而新城区新建建筑较多，工作居住的年轻人较多。

       1.2 数据信息

       基于某企业房间空调器大数据监控平台，随机抽取1990台分布六大城区的房间空调器，抽取样本的运行时间为2016.05~2017.04全年，运行参数包括每台空调器的逐时参数（设置温度、能耗），逐天参数（设置模式、风速模式、运行时长、运行能耗等）。

       根据样本信息分析得出新老城区匹数分布图，对于住宅建筑而言，根据房间面积大小，1p、1.5p的空调多为挂机设置在卧室，2p、3p多为柜机设置在客厅。新老城区空调匹数均以1p、1.5p为主，由此可见重庆市住宅中空调大部分安装在卧室，约为客厅（2p、3p）安装数量的2~3倍。新老城区的分布无明显差异，表明这一安装规律不受城区的影响，而受重庆市夏热冬冷这一气候的影响。

2 研究结果

       本文从空调使用器的全年使用率、风速模式、使用时长、运行能耗等方面进行对比分析，找出重庆市新老城区空调器的运行特性及其差异。冬夏季按照标准定义，对于重庆所处的夏热冬冷地区，冬季（供热季）为12月1日至2月28日，夏季（供冷季）为5月1日至9月30日。

       2.1 空调使用率

       本文用全年逐日空调使用率与全天逐时刻使用率进行分析，其中逐日空调使用率定义为逐日开机的空调数与总样本数之比；逐时刻使用率定义为同一时间周期内，不同时刻开启平均空调数量与该时间周期内空调使用总量的比值。通过空调使用率，可以知道该地区空调整体使用特性，从整体上把握房间空调器实际用能。

       2.1.1 逐日空调使用率

       对不同月份的空调使用率进行分析，可以对比出重庆市不同季节的空调使用情况。数据采集的时间为2016年5月至2017年4月，由图可知使用空调的月份主要集中在6、7、8月（夏季）及12、1、2月（冬季），夏季6、7、8月份空调使用率在40%-60%之间，远高于冬季使用率（10%左右），这与重庆市夏季高温、冬季阴冷、过渡季节短暂的气候特点有很大关系。对比新老城区的空调逐日使用率，老城区全年每个月的使用率均略高于新城区（夏季高10%左右，冬季高5%左右），两者全年使用规律是相同的。老城区住户人员较多，年龄差距较大，空调使用差异性大，造成空调使用率的上升。

       2.1.2 逐时刻空调使用率

       逐时刻平均使用率可分析对比新老城区居民在白天、夜间开启空调的情况。老城区与新城区家庭结构有区别，本地人多居住于老城区，家庭代数较新城区多，这体现在 空调的使用习惯。从图可知夏季新老城区明显比冬季空调使用率高，而冬夏季老城区使用率比新城区高，再次验证上文结论。夏季的差异性较冬季更明显，新老城区冬夏季变化趋势相近：冬季夜间使用较频繁，使用率在18:00-22:00升高；夏季夜间与中午使用较频繁，使用率在22:00-3:00与中午升高。

       2.2 空调风速模式

       房间空调器的风速模式一般有四种：高风、中风、低风以及自动风。室内住户由于自身对风速的要求不同，在房间空调器的风速设置上存在较大的客观差异，而由于风速测量存在一定误差且测；量数据少，对于风速的研究大多还是依据调研和模拟进行，使得研究结果不准确。本文根据原始数据统计不同风速模式冬夏季累计使用时长占比（定义为不同风速模式冬夏季运行累计时长与该时间内风速总运行时长的比值），对风速模式的使用特点进行分析。                                                                          

       分析风速模式时长占比图可知：夏季新老城区差异性不大，均是以高风、自动风模式为主，各自大约占30%左右。夏季天气炎热，部分居民通过设置高风获得吹风感降温；冬季老城区中风模式增加、高风模式降低，与老城区老人小孩较多有关；自动风模式时长占比一致较大（30%左右），选择自动模式，空调自动根据用户的设定温度和环境温度的差异来调节，温差大选择高风、温差小选择低风，让人感觉较舒适且耗电较少。在对风速调节次数的分析中，85%的样本每天在空调开启期间不调节风速，表明住户在使用空调时大多会保持上一次

       2.3 空调使用时长

       房间空调器在不同季节使用时长差别很大，统计不同季节各样本累计使用时长（即整个冬季或夏季样本的空调使用时长总和），并对新老城区进行分析对比如下。其中夏季5月1日~9月30日共153天，冬季12月1日~2月28日共90天。

       样本累计使用时长反映空调运行时间，夏季、冬季的老城区平均累计运行时长为524h、116h，均高于新城区（夏季348h、冬季95h），这是因为老城区住户中有很多老人和小孩，他们在家时间更多,不同于新城区中上班族，自然造成空调运行时长更高。住户对空调并不是每天都开启，经对原始数据进行分析计算得出，样本平均每天运行时长如表1，夏季空调每天运行时长基本是冬季的两倍，夏季可能是通宵（22:00~6:00）开启空调，冬季可能是入睡前一段时间（22:00~2:00)开启空调。

       2.4 空调能耗特点

       住户对空调的使用结果最终反映在能耗上，使用习惯的不同也造成能耗的差异性。本文统计1990台样本全年运行能耗，并对比新老城区如下图。

       图9上图为样本全年能耗散点图，下图为样本能耗累计百分比图。从散点图可知，新城区样本的全年能耗更为集中（集中在0~200kWh），老城区全年能耗稍微发散一点（大多在0~400kWh之间），老城区住户人口多，使用差异性大，能耗分布也比较大，同时老城区全年能耗也更大；分析能耗累计百分比图，图中新老城区样本不一致，老城区样本比新城区多，对于绝大多数（新城区75%、老城区70%）的样本仅占全部样本全年累计能耗的40%，这表明样本能耗分布极不均匀， 高能耗占全年能耗的主导地位，可想而知如果把高能耗住户空调集中分类，然后针对这一类别空调进行节能优化设计，使之能耗降低，则可大大减少房间空调器的全年能耗，本文不再深入研究。

3 结论

       为了明确重庆市新老城区房间空调器的一些使用特性和能耗情况，在某企业空调数据平台随机抽取了1990台空调样本，对这些样本进行了对比分析得出以下结论：

       （1）空调器启/停特性

       重庆市由于夏热冬冷的季节气候特性，使得夏季空调的开启率远大于冬季，夏季基本从5月初到9月低天气都比较炎热，人们开空调降温纳凉；而冬季寒冷天气较短，另外南方居民习惯开小太阳等取暖，造成空调开启率不高。老城区开启率大于新城区，两者每天开启时间基本一致，夏季22:00~6:00通宵开启，冬季20:00~2:00入睡前开启。

       （2）空调器风速特性

       对于空调的风速模式研究较少，本文也只是从风速的选择上简单分析。新老城区对于风速模式选择上差异不大，60%的空调使用时间都是选择的高风和自动风。居民普遍认为选择高风模式，会更快使室内降温或者升温；而选择自动风则是最舒适的风速，可根据室内温差自动调节，所以冬夏季更倾向于选择这两种风速。

       （3）空调器时长特性

       夏季老城区平均累计运行时长比新城区高176h，冬季高20h，夏季差异性较大，冬季较小。冬季本来运行时间就不长，差异性体现不明显。

       （4）空调器能耗特性

       新老城区全年能耗分布稍有不同，新城区全年能耗比老城区更加集中，更加一致；新老城区能耗分布都是不均匀的，高能耗空调虽然样本少，却占总能耗的绝大部分。

       （5）造成差异性原因分析

       从以上分析可知，虽然新老城区地理位置相差不大，也同处夏热冬冷地区，仍然在空调使用方面存在差异性。造成差异性的主要原因有三：①人口密集程度：据重庆统计数据，2015年三个老城区人口密度总和为34363人/km³，三个新城区总和为5461人/km³。老城区人口密度是新城区的6倍，人口密集、人口基数大，老城区空调使用差异性大；②家庭结构：老城区普遍家庭代数较多，多为二代、三代人，而新城区年轻夫妻占多数，家庭成员作息时间不同，年龄差距较大，空调的使用习惯不同，差异性就大；③建筑年代：新城区的住宅建筑多建于21世纪，年代较新，而老城区多建于80、90年代，建筑年代的差异造成围护结构隔热性能不同，空调使用存在差异。

       综上，随着城市经济发展，城市建设越来越火热，新老城区不仅在城市面貌、人口分布等方面存在许多不同，在住宅空调器的使用上也存在着许许多多的差别，这些差异也反映着人们的生活变化，值得深入分析。

参考文献

       [1] 马校飞, 吴玉杰, 宋丽娟. 河南省城镇住宅家用分体空调夏季使用状况调查分析[J]. 建筑节能, 2013, 08): 15-7.
       [2] 江亿, 彭琛, 燕达. 中国建筑节能的技术路线图 [J]. 建设科技, 2012, 17): 12-9.
       [3] 周翔, 牟迪, 郑顺,等. 上海地区夏季居民空调器使用行为及能耗模拟研究[J]. 建筑技术开发, 2016, 43(6):81-84.
       [4] 重庆市统计局. 重庆统计年鉴 2017 [M]. 北京: 中国统计出版社, 2017.
       [5] 国家统计局. 中国统计年鉴 2017 [M]. 北京: 中国统计出版社, 2017.
       [6] AL-MUMIN A, KHATTAB O, SRIDHAR G. Occupants' behavior and activity patterns influencing the energy consumption in the Kuwaiti residences [J]. Energy and Buildings, 2003, 35(6):549-59
       [7] 李兆坚, 谢德强, 江红斌, et al. 北京市住宅空调开机行为和能耗的实测研究 [J]. 暖通空调, 2014, 02): 15-20.
       [8] 郑顺, 周翔, 张静思, et al. 上海地区住宅夏季空调能耗调查分析 [J]. 暖通空调, 2016, 03): 38-41.
       [9] 叶隽,李运江.武汉市住宅建筑能耗调查与分析[J].四川建筑科究,2012,(1):277-280.
       [10] 刘文俭. 老城区发展的内容与思路研究[J]. 现代城市研究, 2010(1):73-77.

       备注：本文获评为第21届暖通空调制冷学术年会青年优秀论文，收录于《建筑环境与能源》2018年10月刊总第15期（第21届暖通空调制冷学术年会文集）。版权归论文作者所有,任何形式转载请联系作者。