2022年8月25日
不在家时关掉空调真的能节能吗?三个工程师计算数字
贡献:谈话
炎热的夏天意味着高昂的电费。人们希望在不浪费能源和金钱的情况下保持舒适。也许你的家庭已经为冷却空间的最佳策略而战。哪一种更有效:整个夏天不间断地开着空调，还是在白天不在的时候把它关掉?
我们是。建筑团队建筑系统工程师他们使用模拟传热和空调系统性能的能源模型来解决这个长期存在的问题:你是需要通过整天不断地散热来从家里去除更多的热量，还是只在一天结束时去除多余的热量?
答案可以归结为从家里移走热量需要消耗多少能源。它受到许多因素的影响，比如你的房子隔热效果如何，空调的大小和类型，以及室外的温度和湿度。
根据我们未发表的计算，在你外出工作的时候让你的家变热，在你回家的时候把它冷却下来，比让它一直保持凉爽更省电——但这要视情况而定。
即使你不在，也要整天打开空调?
首先，想想热量是如何积聚的。当建筑物的储热比室外少时，它就会流入你的家中。如果进入你家的热量以“每小时1单位”的速率给定，那么你的空调每小时将始终有1单位的热量需要排出。如果你关掉空调，让热量累积起来，一天结束时你的热量可以达到8小时。
然而，实际情况往往比这要少，因为家庭可以储存的热量是有限的。进入你家里的热量取决于建筑一开始的温度。例如，如果你的房子在与室外空气温度达到平衡之前只能储存5个单位的热能，那么在一天结束的时候，你最多只需要带走5个单位的热量。
此外，当你的家变热时，热量传递的过程会减慢;当内部温度与外部温度相同时，最终在平衡状态下传热为零。在极端高温的情况下，空调的冷却效率也会降低，所以在一天中最热的时候关闭空调可以提高系统的整体效率。这些影响意味着，你是应该整天开空调，还是等到晚上回家再开，没有一个简单的答案。
不同空调策略使用的能源
考虑一个测试案例，在两种温暖的气候条件下:干燥的(亚利桑那州)和潮湿的(佐治亚州)，有一个典型的绝缘材料的小房子。使用能量建模软件由美国国家可再生能源实验室创建，用于分析住宅建筑的能源使用情况，我们在这个假设的1200平方英尺(110平方米)的住宅中查看了多个能源使用测试案例。
我们考虑了三种温度策略方案。其中一个室内温度被设定为76华氏度(24.4摄氏度)。第二个让温度在8小时工作日内上升到89华氏度(31.6摄氏度)——这是一个“挫折”。最后一种是将温度降至89华氏度(31.6摄氏度)，工作4小时。
在这三个场景中，我们研究了三种不同的A/C技术:单一阶段中央A / C,一个中央空气源热泵和微型分体式热泵机组。中央空调机组是目前住宅建筑的典型，而热泵由于其效率的提高而越来越受欢迎。中央空气源热泵很容易用于一对一更换中央空调机组;迷你空调比中央空调效率高，但安装成本高。
我们想看看在这些情况下，空调的能源使用是如何变化的。我们知道，无论使用何种暖通空调技术，当恒温器的设定值回到76华氏度(24.4摄氏度)时，空调系统都会激增，而且这三种情况都发生在下午晚些时候，那时室外空气温度通常是最高的。在倒退的情况下，我们设置了空调，在居民回来之前开始冷却空间，确保他们回家时的热舒适。
能源模型可以显示房屋在特定条件下的能耗，比如凤凰城炎热干燥的夏季天气。研究人员对三种不同的暖通空调技术和三种不同的温度设置策略进行了数据分析。图片来源:Pigott/Scheib/Baker/CU Boulder (CC BY-ND)
研究人员使用了同样的三种不同的暖通空调技术和三种温度设置策略，但这次是在炎热潮湿的亚特兰大的一所房子里。图片来源:Pigott/Scheib/Baker/CU Boulder (CC BY-ND)
我们发现，即使空调暂时从较高的室内温度中恢复过来，在挫折情况下的总能耗仍然低于全天保持恒定温度时的能耗。在传统中央空调的年度规模下，这可以节省高达11%的能源。
然而，如果房屋隔热效果更好，空调效率更高，或者气候温度波动较小，那么节省的能源可能会减少。
中央空气源热泵和微型分体式热泵总体上效率更高，但从温度挫折中产生的节省较少。无论系统类型如何，工作日的8小时故障都可以节省成本，而从4小时故障中获得的好处则不那么直接。
关于作者
爱丝琳Pigott是科罗拉多大学博尔德分校建筑工程专业的博士生。开云全站app登录官网入口下载
詹妮弗·斯盖布是科罗拉多大学博尔德分校建筑系统工程助理教学教授。开云全站app登录官网入口下载
凯里·贝克是科罗拉多大学博尔德分校建筑系统工程助理教授。开云全站app登录官网入口下载
