劉猛 晏璐 李金波 徐振坤 杜順開

摘 要：房間空調(diào)器是中國長江流域地區(qū)改善室內(nèi)熱環(huán)境的重要措施，然而，在以往的房間空調(diào)器的行為研究中，只能通過現(xiàn)場實測、問卷調(diào)查等方式獲取其使用行為，由于數(shù)據(jù)獲取方式本身所存在的局限性，無法對空調(diào)的使用行為進行可靠且深入的挖掘，尤其是對于空調(diào)的設(shè)置溫度。為了研究長江流域地區(qū)房間空調(diào)器的設(shè)置溫度行為，包括設(shè)置溫度的分布、設(shè)置溫度調(diào)節(jié)習(xí)慣、設(shè)置溫度與一天中不同時間段的關(guān)系、設(shè)置溫度與室外溫度的關(guān)系，依托于大數(shù)據(jù)平臺下的房間空調(diào)器監(jiān)測數(shù)據(jù)，針對長江流域地區(qū)的3個典型城市（重慶、武漢、上海）的房間空調(diào)器的設(shè)置溫度習(xí)慣，對重慶地區(qū)575臺房間空調(diào)器、武漢地區(qū)430臺房間空調(diào)器、上海地區(qū)540臺空調(diào)器的夏季上萬次運行數(shù)據(jù)、冬季上千次運行數(shù)據(jù)進行了基本的統(tǒng)計與相關(guān)分析，結(jié)果表明：空調(diào)器的設(shè)置溫度及其調(diào)節(jié)習(xí)慣在不同城市之間存在一定差異性，夏季用戶在一次空調(diào)使用過程中存在對較低設(shè)置溫度（低于26 ℃）的短時需求情景，同時，設(shè)置溫度與1 d中的不同時刻以及室外溫度也有明顯關(guān)聯(lián)。

關(guān)鍵詞：長江流域;空調(diào)器;大數(shù)據(jù);設(shè)置溫度;室內(nèi)熱環(huán)境

中圖分類號： TU831 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：2096-6717（2019）05-0164-09

Abstract：Room air conditioner （RAC） is the important facilitly to improve the indoor thermal environment in the Yangtze River Basin in China. However， the current study couldnt get an in-depth stady of the set temperature behavior of the RAC due to the limitation of the data acquisition method. In order to get the set temperature behavior of the RAC in the Yangtze River Basin， the distribution of the set temperature， the adjustment behavior of the set temperature， the relationship between the set temperature and the time of a day and the relationship between the set temperature and outdoor air temperature were statistically analyzed based on the big monitoring data platform. After the data processing， tens of thousands of times of RAC running data in summer and in winter from a total of 575 room air conditioners in Chongqing， a total of 430 room air conditioners in Wuhan， a total of 540 room air conditioners in Shanghai was obtained， which was aimed at three typical cities in the Yangtze River Basin. The results show that there are some differences between the set temperature behavior and its adjustment behavior in three typical cities. Besides， the short time requirement of the lower set temperature （below 26 ℃） exists in once running period in summer and the set temperature is also related with the time of a day and the outdoor air temperature.

Keywords：Yangtze River Basin; air conditioner; big data; set temperature; indoor thermal environment

長江流域地處夏熱冬冷地區(qū)，夏季炎熱，冬季陰冷，室內(nèi)熱環(huán)境惡劣。房間空調(diào)器是改善室內(nèi)熱環(huán)境的重要措施，根據(jù)中國統(tǒng)計局的統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)，截止到2017年[1]，中國長江流域地區(qū)城鎮(zhèn)居民每戶空調(diào)擁有量均已高于1臺，其中，上海、浙江、江蘇、重慶已超過2臺或接近2臺，所以，迫切需要對房間空調(diào)器的使用進行深入研究。

此前，針對住宅房間空調(diào)器的使用已經(jīng)存在一定的研究，首先，有眾多學(xué)者采用抄表拆分法、實測記錄法等方法對中國各地住宅房間空調(diào)器的能耗情況做了大量調(diào)查分析[2-5]，得到了住宅分體式房間空調(diào)器的平均能耗水平低，但住戶間能耗差異大，住戶的空調(diào)行為對空調(diào)器能耗水平存在較大影響等主要結(jié)論。另外，在用戶的空調(diào)行為方面，主要有以下三方面的研究：從環(huán)境因素出發(fā)，采用現(xiàn)場實測、問卷調(diào)查等方法對室內(nèi)外環(huán)境對空調(diào)開啟與關(guān)閉行為的影響進行分析[6-10];從房間空調(diào)器的運行作息出發(fā)，采用現(xiàn)場實測，對空調(diào)器的開啟、關(guān)閉與運行時間進行分析[3，11-12];通過問卷調(diào)查或現(xiàn)場實測的方式對房間空調(diào)器的設(shè)置溫度習(xí)慣進行分析[13-15]。上述研究總結(jié)如表1所示。

2）冬季 將冬季空調(diào)單次運行過程中最高設(shè)置溫度Ts，max分別在17～30 ℃時，該次運行的設(shè)置溫度的傾向值的分布表現(xiàn)在圖5中，可以發(fā)現(xiàn)：在冬季，無論Ts，max如何，用戶在這次運行過程中，使用時間最長的設(shè)定溫度Ts，q就是Ts，max，這與前面空調(diào)用戶在冬季的調(diào)節(jié)需求較弱的結(jié)論相一致，說明大多數(shù)用戶在冬季某次空調(diào)運行過程中設(shè)定了一個溫度值之后就不會再去改變設(shè)定溫度。

4 設(shè)置溫度與不同時間段的關(guān)系

分別統(tǒng)計每天24 h之中設(shè)置溫度高于26 ℃與低于26 ℃的占比，以便分析用戶的設(shè)定溫度習(xí)慣與不同時間段的關(guān)系。（注：下圖中所涉及到的時刻i為一天中的24 h，即0～23，其中0時刻指[0：00，1：00）之間的時間段，1時刻指[1：00，2：00）之間的時間段，……，依次類推，i時刻指[i：00，（i+1：00）之間的時間段）

1）夏季 由圖6和圖7可知，在每天的0：00—6：00點，設(shè)置溫度高于26 ℃的占比明顯高于其余時間段，其中，上海在0：00—6：00點設(shè)置溫度高于26 ℃的占比比重慶和武漢高出5%左右;在每天的11：00—13：00點與17：00—21：00點，設(shè)置溫度低于26 ℃的占比明顯高于其余時間段，其中，武漢在每個時刻設(shè)置溫度低于26 ℃的占比都比重慶和上海低5%～20%，重慶幾乎在所有時刻設(shè)置溫度低于26 ℃的占比都高于其余兩個城市，尤其在12：00和20：00點差異最為明顯，另外，在17：00—21：00這一時間段，每個城市的設(shè)置溫度低于26 ℃的集中時間段有所差異，其中，上海的集中時間段最早，位于17：00—20：00，重慶和武漢的略晚一個小時，位于18：00—21：00。

上述結(jié)果可以表明，在夏季，用戶對室內(nèi)溫度的需求與一天中的不同時刻有關(guān)，分析出現(xiàn)這種情況的原因，可能與用戶在這些時間段所處的特殊活動狀態(tài)或動作有關(guān)：用戶在一天之中所需求的設(shè)定溫度最低的時間段是恰好是位于中午吃飯時刻和晚上太陽落山時刻（吃飯），中午11：00—13：00，用戶可能剛回到家、準備吃午飯或正在做午飯等，傍晚17：00—21：00，用戶可能下班剛回到家、準備吃晚飯或正在做晚飯、剛散步回到家等，即人們在這兩個時刻普遍處于不穩(wěn)定的狀態(tài)（瞬態(tài)熱環(huán)境），這些狀態(tài)下，用戶的需求其實相對來說是一個瞬態(tài)且暫時性的需求，由于各種原因用戶在短時間內(nèi)希望獲得更低的室內(nèi)溫度幫助他們過渡這個瞬態(tài)，比如用戶剛回到家、吃飯、或做飯導(dǎo)致在瞬態(tài)的產(chǎn)熱量偏大、希望獲得更低的環(huán)境溫度，過了這幾個時刻后，對設(shè)定溫度的需求又會恢復(fù)平常水平，可以理解為用戶短時間的瞬態(tài)需求被滿足了，然后過渡到了穩(wěn)定的熱環(huán)境需求之中。在以往的研究中，很少有研究者關(guān)注到設(shè)置溫度與不同時刻的關(guān)系，在住宅的空調(diào)能耗模擬中，也很少有學(xué)者針對設(shè)置溫度的時間表深入挖掘，然而，設(shè)置溫度是影響空調(diào)能耗的關(guān)鍵參數(shù)，可以對空調(diào)能耗模擬中設(shè)置溫度的輸入時間表做出重要參考。

2）冬季 同理，從圖8和圖9中可以發(fā)現(xiàn)，冬季24 h設(shè)置溫度的需求差異不大，圖形的變化幅度明顯比夏季平緩了許多，可以認為冬季24小時內(nèi)的設(shè)置溫度需求并無明顯差異。該結(jié)果也從側(cè)面印證了人員在冬季使用空調(diào)時，對室內(nèi)熱環(huán)境的需求較穩(wěn)定，調(diào)節(jié)行為較弱。

5 設(shè)置溫度與室外溫度的關(guān)系

為了獲取設(shè)置溫度隨室外溫度的變化趨勢，分別將夏季與冬季研究周期內(nèi)每一天所有空調(diào)器設(shè)置溫度平均值與室外溫度平均值的散點關(guān)系圖繪制在上圖10與圖11中，其中，室外溫度采用的是來源于氣象網(wǎng)站的日平均室外溫度。由圖可知，在夏季，上海地區(qū)表現(xiàn)出的特征明顯區(qū)別于重慶和武漢：對于上海，當(dāng)室外溫度上升到31 ℃的過程中，設(shè)置溫度有隨室外溫度上升而升高的趨勢，當(dāng)室外溫度大于31 ℃時，設(shè)置溫度的平均值在26～26.5 ℃的范圍趨于穩(wěn)定;對于重慶和武漢，隨著室外溫度的升高，設(shè)置溫度有降低的趨勢。在冬季，隨著室外溫度的變化，設(shè)置溫度沒有表現(xiàn)出特定的變化趨勢，設(shè)置溫度始終處于比較穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

6 討論

基于大數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺下的監(jiān)測數(shù)據(jù)對處于中國夏熱冬冷地區(qū)與長江流域地區(qū)的3個典型城市的房間空調(diào)器進行了分析，與以前文獻研究不同的是：

1）前期針對房間空調(diào)器的調(diào)查研究之中，數(shù)據(jù)量都非常有限，大多數(shù)研究都僅僅針對幾戶或幾十戶，并且研究對象多來自單一的城市，沒有針對不同城市的空調(diào)使用習(xí)慣進行對比分析。對于中國的研究，大多數(shù)研究都是針對的北京，針對我國長江流域地區(qū)，即夏熱冬冷地區(qū)的空調(diào)使用習(xí)慣研究明顯不足。而本研究中，選取了長江上游、中游、下游3個典型城市總共約1 500臺空調(diào)器進行了分析，相比于以前的研究，更具有普適性和參考價值。

2）以往的研究中，對空調(diào)耗電量或空調(diào)開啟與關(guān)閉行為的研究明顯多于對空調(diào)設(shè)置溫度的研究，在以前只能通過問卷調(diào)研方式得到設(shè)置溫度的情況下，只能獲取用戶設(shè)置溫度的大致范圍，無法對設(shè)置溫度進行詳細分析。雖然在文獻[15]中，利用智能電表的手機App獲取用戶的設(shè)置溫度參數(shù)，但該研究中的數(shù)據(jù)量有限，且該研究僅限于基本的統(tǒng)計分析。而本文重點分析了房間空調(diào)器設(shè)置溫度的基本分布以及設(shè)置溫度與一些影響因素的相關(guān)關(guān)系，這是以往的研究中所缺乏的。

7 結(jié)論

分別從設(shè)置溫度的整體分布、設(shè)置溫度的調(diào)節(jié)需求以及設(shè)置溫度與一天不同時間段的關(guān)系、設(shè)置溫度與室外溫度的關(guān)系4個方面對長江流域地區(qū)3個典型城市房間空調(diào)器的設(shè)置溫度情況進行了分析，得出以下主要結(jié)論：

1）雖然重慶、武漢、上海都處于長江流域地區(qū)，但3個地區(qū)的居民對空調(diào)運行時室內(nèi)熱環(huán)境營造的需求存在明顯差異：上海在夏季比重慶和武漢偏好更高的室內(nèi)設(shè)置溫度，且調(diào)溫需求也明顯弱于重慶和武漢，重慶在冬季比上海和武漢偏愛更高的設(shè)置溫度，且調(diào)溫需求也弱于上海和武漢。未來對長江流域建筑供暖空調(diào)的相關(guān)研究是否有必要對不同城市進行區(qū)分，該結(jié)論有一定參考作用。

2）夏季，在一次空調(diào)運行過程中，用戶實際調(diào)控過程中存在短時間內(nèi)設(shè)置較低設(shè)置溫度（低于26 ℃），長時間設(shè)置26 ℃這樣的設(shè)置溫度調(diào)節(jié)情景。該結(jié)論可以在一定程度上支撐“使用人員在剛開啟空調(diào)時偏愛設(shè)置較低的溫度以使得房間冷的更快”這一在以往研究和工程應(yīng)用中被廣泛假設(shè)的使用模式。

3）長江流域地區(qū)的空調(diào)用戶在夏季對室內(nèi)熱環(huán)境的需求并不是穩(wěn)態(tài)的，用戶在一次空調(diào)運行中或者在一天的不同時間段中，對設(shè)置溫度的需求均會發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在用戶在夏季平均每次開啟空調(diào)使用1～3個設(shè)置溫度，在一天中的0：00—6：00（睡覺）設(shè)置溫度最高，在一天中的中午11：00—13：00間（午飯）以及傍晚17：00—21：00間（太陽落山時刻、晚飯、散步回家等）設(shè)置溫度最低，該結(jié)果也間接表明了，在某些特殊活動或動作發(fā)生的時刻，用戶對室內(nèi)熱環(huán)境的需求也存在特殊性。該結(jié)論是以往的問卷研究中無法獲取的，可以為住宅的空調(diào)能耗模擬中設(shè)置溫度的設(shè)置時間表提供有效參考。

4）夏季，設(shè)置溫度與室外溫度存在一定的相關(guān)關(guān)系，并且上海表現(xiàn)出明顯區(qū)別于重慶和武漢的特點：在上海，設(shè)置溫度隨室外溫度的上升有升高的趨勢，在重慶和武漢，設(shè)置溫度隨室外溫度的上升則有下降的趨勢。

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（編輯 胡玲）