论文作者：简毅文 江亿
摘要：本文根据99年夏季对北京市区42户安装空调住宅的调查结果以及空调房间室温的测试数据，分析和了解住宅家用空调主要在晚上间歇运行以及空调启动温度与控制温度不一致的运行特点，并依据热舒适理论的研究成果，确定出房间空调的启动温度为29℃左右，而房间空调的控制温度则为26℃。本文的工作为住宅建筑的能耗分析以及住宅热性能的分析评价提供了基础。
关键词：住宅 家用空调 运行状况 启动温度 控制温度
1.引言
住宅家用空调的运行状况主要包括空调运行方式、空调开启时刻的房间室温以及空调的控制温度等方面的信息，它在较大程度上决定了住宅的空调能耗状况，而国内外有关家用空调运行状况的研究报道尚不多见。同时，随着家用空调的全面普及，家用空调的能源消耗已愈来愈引起人们的重视。因此，了解现有住宅家用空调的实际运行状况，对于合理地预测住宅能耗状况以及评价住宅热性能是十分有必要的。本文根据99年夏季对北京市区42户安装空调住宅的调查结果及住宅内空调房间的室温测试数据，从定量的角度分析现有住宅家用空调实际运行状况的变化规律，为节能住宅的深入研究提供基础。
2.调查对象和调查方法
99年夏季（时间为99年7月15日至8月9日），清华大学对北京地区住宅室内热环境的状况做了广泛的调和查测试，调查和测试数据有效的样本容量共有140户，它们主要分布在北京市的海淀区、西城区、宣武区、朝阳区及丰台区等，其中42户的住宅内装有家用空调，空调测试房间总数为42间，房间功能为卧室、客厅和餐厅。
室温的连续测试是本次调查的主要内容，将Rhlog温度自记仪置于住宅的空调测试房间内，房间的室温数据每隔30分钟可自动读取并记录于Rhlog温度自记仪内，自记仪的测试精度为0.3℃。同时，在室温测试过程中，避免了太阳辐射和房间内照明灯具、电器设备等内热源对温度自记仪读数的影响。
研究的另一部分内容是住户对家用空调调节行为的调查，要求住户完成相关调查问卷的填写，主要包括：住户对家用空调的态度（满意空调的原因和不满意空调的原因）、空调控制温度的大小、空调的开启运行状况以及大致的运行时间范围等。
为了更清楚地反映调查对象的分布特性，表1至表9分别表示出42户安装空调的住宅在建筑型式、建造年代、建筑面积、建筑户型、楼层位置、房间外墙朝向、住户收入等级、家庭人员数及家庭结构等各个方面的分布状况。
表中数据表明，南向测试房间所占的比例较大，超过了一半以上，这是由于多数住户习惯将空调置于住宅内的主要活动场所，尽管如此，调查对象在各个因素的不同方面都有一定程度的分布。因此，虽然调查的样本总量不多，但调查对象的选择仍具有一定的代表性和普遍性，由此所得到的调查结果和测试数据，可用以研究分析现有住宅家用空调实际运行状况的变化规律。
3.空调房间室温变化的分析
家用空调的主要功能在于改变房间室温的变化状况，因此，对空调与非空调房间室温变化趋势的分析比较可以清楚地反映家用空调对房间室温变化的影响状况。图1给出相同楼层、相同朝向（中间层南向）的空调与非空调房间室温的逐时变化趋势。
图1 空调与非空调测试房间室温的逐时变化趋势
图1直观地反映出空调房间室温的变化趋势不再表现为正弦波形式，在某些时刻，房间室温上升或降低的幅度明显加大，故与外温、太阳辐射等室外微气候的影响状况相比较，家用空调对房间室温变化的影响已最为显著。并且由于房间室温的测试时间间隔较长（30分钟），空调房间的室温变化趋势并不会表示出室温达到空调控制温度后的波动变化。因此，空调测试房间室温的逐时变化趋势可以反映出家用空调开、停的使用状况，由此可确定出家用空调的运行方式、空调开启时刻的房间室温以及空调的控制温度等。如图中空调房间的室温在夜间至早上7点的时间内基本保持稳定，说明房间的室温已基本达到空调的控制温度；早上7点后住户关闭空调，室温上升；而在晚上8点（20:00）住户重新开启空调后，室温迅速下降并再次达到空调控制温度。
4.空调运行方式
图1中空调房间的室温变化趋势还反映出家用空调间歇运行的状态，进一步根据在较长连续时间范围内的空调测试房间室温的逐时变化趋势，分析家用空调的运行状况，如图2所示。
图2 较长连续时间范围内，空调房间室温的逐时变化趋势
图2的室温变化曲线进一步反映出住宅家用空调间歇运行的使用状况，这与住户调查问卷的统计结果是一致的，住户一般只是在一个或几个时间范围内间歇地运行空调，主要的时间范围大约有中午(12:00－14:00)、下午(15:00－18:00)、晚上(19:00－24:00)和夜间(1:00－7:00)。另一方面，由于住户生活习惯、作息规律以及室外气象条件的变化，不同住户家用空调的运行状况又是有所不同的。基于此，分别针对测试期的某两天（7月22日和7月29日），对于42户安装空调的住宅，统计分析房间家用空调运行时间范围的分布，如图3所示。
图3 住宅房间家用空调运行时间范围的分布
图3中的横坐标轴表示空调运行的各个时间范围，如住户在下午和晚上使用空调，则空调运行的时间范围分别为下午和晚上；纵坐标轴表示在某个时间范围内空调运行的房间数占空调测试房间总数的百分比。运行时间范围的分布同样表示出家用空调间歇运行的状况，住户主要在晚上使用和运行家用空调，因为晚上是住宅内居住活动最频繁的时间范围，而在中午、下午以及夜间，只有较少的住户运行空调。但随着外温的升高，也即夜间室外环境可利用程度的降低，与7月22日的空调运行状况相比较，图3表示出家用空调在7月29日夜间的运行频率明显增加。
因此，现有住宅家用空调的运行方式主要表现为间歇运行方式。
5.空调启动温度和空调控制温度
家用空调的运行状况除了包括空调运行方式的信息外，还应包括房间空调启动温度以及房间空调控制温度大小的信息。所谓空调启动温度是指居住者感到热不舒适，开启空调时刻的房间室温；而空调控制温度则是指通过空调的作用，居住者希望房间室温所保持的水平。因此，空调启动温度和控制温度的大小都与人体的热舒适状况有关。
热舒适经典理论的研究表明，人体在稳态空调环境中感觉舒适的室温基本为26℃[1]，于是房间空调的控制温度可确定为26℃。另一方面，在空调开启之前的时间内，室内环境并非处于稳态，而是动态变化的，动态热舒适的理论研究和实验以及调查测试的结果表明，在室温相同的条件下，人体在无空调动态环境中的热感觉要低于在空调稳态环境中的热感觉，也即相比较家用空调供冷的影响，夏季的自然通风会提高人体感到热舒适的室温上限[2]。
42个空调房间室温测试的结果以及家用空调运行状况的调查结果也说明了以上的观点。据统计分析，在99年8月2日至8月9日的部分测试期内，由于外温的降低，有35%以上住户的家用空调处于停机状态，这说明在这段测试期内，无空调动态环境下的房间室温能够满足人体热舒适要求，图4表示出相应室温的分布状况。
图4 夏季无空调条件下，满足人体热舒适要求的室温分布
房间室温主要分布在28℃～30℃的范围内，只在短时间内高于30℃。这说明对于无空调的动态室内环境，28℃～30℃的室温状况仍能满足居住者的热舒适要求，并且住户在短时间内还可以忍受稍高于30℃的室温状况。因此，在无空调的动态环境下，人体可接受的热舒适室温上限大约在28℃～30℃之间，这不同于在稳态空调环境下的热感觉，该结果与文献[2]的结论是基本一致的。，在夏季无空调的动态环境下，对应于10%的热不满意率，文献[2]确定住宅内人体可接受的热舒适室温上限为29℃。
综上分析，对于住宅建筑，确定房间空调启动温度的大小为29℃，而房间空调控制温度的大小为26℃。
6.结论
住宅空调运行状况调查研究的结果表明，家用空调基本处于间歇运行的工作状态，并且房间空调启动温度与空调控制温度的大小是不一致的，前者在29℃左右，后者主要为26℃。
参考文献
(1) American Society of Heating, Refrigerating and Air—Conditioning Engineers. 1993 ASHRAE HANDBOOK FUNDAMENTALS, EI Edition, 1993
(2) Ole Fanger, P, Toftum, Jorn. Extension of the PMV model to non-air-conditioned buildings in warm climates. Energy and Buildings, 2002, 34(6): 533-536
