050基于实测的家用电器用电模型研究

的 %$>G’
每段运行起始有一高峰(
"!#洗衣机 洗衣机是家庭中常见的电器!当前
每段运行中起始一瞬间功率可以达到 %F$B 左 流行的洗衣机有两种类型!波轮式和滚筒式!研究测
右!为 额 定 功 率 的 %!EG! 后 面 则 降 低 为 额 定 功 率 量的是波轮式全自动洗衣机!其用电特点是按照洗
%>EB 左右!总计日 耗 电 量 %4$C! 度!为 标 称 耗 电 量 涤程序!洗涤与甩干交替进行!每一阶段功率不同(
平均运行功率为 F$B 左右!开关机两处峰值可 以达到 %$$B!仅为标定总功率的 !@G和 !EG’
">V#笔记本 运行阶段趋势与台式机相似!但随 程序 波 动 更 大! 平 均 功 率 比 台 式 机 小! 约 为 C> [ @$B!由运行进入 待 机 和 由 待 机 开 始 运 行 时 都 存 在 一个渐变过程’
结合我国实际情况!根据- 中国建筑节能年度 发展研究报告.中涉及到的针对北京各类型近千户 住宅基本情况及行为模式的调研结果!统计得到各 主要家用电器的住户拥有率如图 ! 所示’
图 %&芬兰赫尔辛基大学住宅耗电Hale Waihona Puke Baidu型框架图
& 英国伦敦 大 学 学 院*>+ 的 一 项 研 究 在 总 结 原 有
自顶向下模式的住宅能耗模型的基础上!对于近期 各项研究中的一系列自底向上模式的住宅电器能耗 模型加以总结与发展’
另一方面 !建 设 智 能 化 电 网 已 成 为 未 来 电 网 发 展的方 向!其中 电 力 需 求 侧 分 布 面 广& 设 备 多! 是 智 能电网建设的一个而 重 点*!+ ’ 家 用 电 器 的 用 电 特 性研究在电力需求侧管理与智能化中将起到基础性 的作用’
电力需求 侧 管 理 的 一 个 重 点 在 于 负 荷 控 制 技 术!可以在负荷高峰时!对那些可以短时中断供电或 不重要的设备直接切除!压低电力系统的高峰负荷’ 在高峰之后!又可将这些负荷投入!增加系统的低谷 用电!达到消峰填谷的目的!使电力系统负荷曲线更 加平坦!以保证电网的安全经济运行*C+ ’ 在此过程 中!确切细致 地了 解 各 家 用 电 器 的 用 电 特 点 更 是 至 关重要的一个环节’
图 !&北京住宅用电设备拥有率统计图
& 由以上调研结果的分析!确定本研究的主要对
象为)空 调& 电 冰 箱& 洗 衣 机& 热 水 器& 电 视 机& 台 式 机&笔记本电脑&饮水机等主要家用电器’
#"住宅电器用电特性实测
#$! " 案 例 测 试 对于以上研究范围内的典型家用电器!对其用
电情况进行进一步实测研究’ 选取处于正常使用期 的电器进行测试!实 时 记 录 其 处 于 正 常 工 作 期 间 各 使用状态的功率变化情况’ 测试涉及的设备信息如 表 % 所示’ 对以上所述设备实测结果如图 C 所示’ #$# " 各 电 器 用 电 曲 线
对于住宅能耗的相关研究!通常有实测和模拟 两种方法’ 实测研究的特点是可以获得详尽丰富的 实际数据!从而使 分 析 结 果 更 加 真 实! 有 说 服 力( 但 实际操作中往往面临一些困难!如难以对已经入住 的住宅进行全面测试!未落成的建筑更无法进行实 际测量’ 而采用模拟方法进行测算!若能够采用正 确的模拟方法!各种条件设置得当!可以得到接近真 实值的模拟结果!方便快捷!可行性高!受突发情况 影响小’ 因此!采用模拟计算是住宅能耗测算中一 种很重要的研究方法’
根据芬兰赫尔辛基大学的一项研究*@+ !建立了 一套自底向上模式的住宅耗电模型!其中统计了冰 箱&电视&洗碗机&微 波 炉 等 十 多 种 家 用 电 器 的 常 见 功率&使用时间 &使 用 频 率! 以 及 工 作 日 和 周 末 每 小 时的动态使用情况等!其中数据主要来源于政府报 告及数据统计等!形 成 一 天 内 以 小 时 为 单 位 的 电 器 能耗变化曲线!从而建立如图 % 所示模型进行电器 能耗的计 算’ 其 模 型 应 用 于 芬 兰 国 内 %$$$$ 户 住 宅!大部分计算结果与实际情况基本相符’
"@#电视机 电视机存在运行和待机两种工作状 态(运 行 时 随 节 目 音 量 等 波 动!耗 电 功 率 平 均 >$B 左右!为标称 电 源 消 耗 功 率 的 E%G!待 机 时 间 歇 耗 电 !B 左右’
">R# 台式机 近 年 来 家 庭 台 式 机 拥 有 量 呈 上 升 趋势!其工作状态同样有运行和待机两种!运行阶段 开机时逐渐增大到一高峰!关机时出现一高峰后逐 渐减小!稳定运行值低于开关机峰值!随运行程序波 动(待机阶段开始 时 功 率 逐 渐 下 降!后 稳 定 于 >4>B 左右!重新启动时功率逐渐上升(
! 关键词" 住宅用电(功率曲线(耗电量(用电模型(能耗模拟 ! 中图分类号" JNF!>(JNF!>4$?&&&! 文献标识码" L
!"引言
!$! " 研 究 背 景 随着我国经济增长和人民生活水平的提高!住
宅建筑能耗近年来不断增加’ 住宅建筑的运行能耗 中的 >EG来自于家用电器消耗!而家用电器能耗主 要与设备特点和使用模式有关’ 因此!研究住宅中 各项设备用 能 特 性! 是 深 入 理 解 住 宅 能 耗 的 基 础’ 由于各种家用电器的用电特性不尽相同!使得住宅 能耗测算存在较大误差’ 对家用电器用电特性的实 测研究及模型归纳有助于理解实际耗能过程!并在 此基础上进行建筑能耗分析及住宅能耗国情研究’
E$ C!$ , FC% cF?$"%>?$# B >$$B c?>B 标称日耗电量 %4>ABH
表 !"实测设备信息汇总
容量 c规格 有效容积 !C@* 额定容量 @4!AS(默认洗衣时间 CF8T9 容量范围 "4$* 产品规格 !% 寸 显示器 NK!!$B+ 显示器 JOJ*/+(独立显卡 制冷量 !?$$B!制热量 !F>$"C>>$# B!能效比 !4EF!循环风量 >$$8C cH 每桶水 %"4F*!加热罐容积 $4>*
根据测试得到的各电器用电曲线!归纳其特点 如下)
"%#电冰箱 电冰箱属于日常全天使用的电器!
增刊 !
任晓欣!等)基于实测的家用电器用电模型研究
&&
设备名称 电冰箱 洗衣机 热水器 电视机 台式机 笔记本 空调 饮水机
额定功率 cB %>E 标称日耗电量 $4F"ABH
C>$ %$$$" 加热# c!>$$" 燃气#
针对以上几点!本文对于常见家用电器的用电 特性进行基础性研究!以实测结果为平台建立有物 理基础的电器模型!并将其应用于模拟软件中!并与
!!@
建筑科学
第 !" 卷
原有模型进行对比’ !$# " 文 献 综 述
通过查阅相关文献!发现目前国内对于家用电 器耗电情况的研究少!国外研究大多集中在住宅用 电的计算模型!住宅用电设备占有率统计等方面’
爱尔兰的 一 项 问 卷 调 查 结 果*?+ 统 计 了 不 同 住 宅面积!不同建筑时间&类型!居民不同年龄层次!不 同学历程度等家庭的家用电器占有率!并通过问卷 形式调查其使用习惯和用能情况等’
还有一部分针对国内城市的研究!分别对于香 港*E+ &杭州*"+ 等 城 市 的 家 用 电 器 拥 有 率&使 用 习 惯 等情况展开调查!结 果 显 示 家 用 电 器 的 类 型 和 使 用 方式不同!对住宅能耗的影响十分显著’
一轮正常的洗涤过程!经历时间与预设基本相 同!洗涤时输出功率 !@$B 左右!约为额定输出功率 的 ?FG!脱水时输出功率 !F$B 左右!约为额定输出 功率的 "CG! 一 轮 洗 涤 过 程 耗 电 $4%$? 度! 为 铭 牌 标称耗电量的 "$G左右’
"C#热水器 家庭使用的热水器通常分为电热& 燃气和太阳能几种!我们就燃气热水器进行了测试( 燃气热水器加热使用燃气!但内部强排式排气电机 及耗电装置小功率耗电!间歇用电!为 C!B 左右’
进行研究!并 建 立 相 应 的 模 型! 为 能 耗 计 算 提 供 支 持’ !$% " 研 究 对 象
城镇住宅中家用电器种类繁多!本文挑选住宅 中常见且典型的设备进行深入研究’ 因此研究的对 象为具有较高的住户拥有率!且其用电特性有一定 的代表性的电器’
根 据 文 献 中 一 项 对 于 欧 洲 %! 国 " ,2PQRh! _28R9TR! Y59SRPh! /j7<H _765V3T<! ’53SRPTR! I2P:5SR3! ):R3h! -P77<7! OPR9<7! -7P8R9h! +798RPA! ’73ST58# 家用电器拥有情况及使用 模 式 的 调 查 *F+ 显 示!冰箱&洗衣机&洗碗机&电视&+1+&电脑等电器 的 家庭占有率比较高’
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建筑科学
第 !" 卷
图 CV 中所示为被测洗衣机一轮洗涤的全过程) C [%E8T9 为 初 次 洗 涤!%E [%F8T9 脱 水!C8T9 放 水 进水!!! [!>8T9 二 次 洗 涤!!> [!E8T9 脱 水!C8T9 放水进水!C$ [CC8T9 第 C 次 浣 洗!CC [CF8T9 最 终 甩干(
! 摘&要" 家用电器用电是住宅用电中的重要部分!不同类型的电器功率及用电功率曲线不同’ 本文通过实测住宅中家 用 电 器 的 逐 时 功 率 !基 于 不 同 电 器 实 际 用 电 曲 线 特 点 !归 纳 出 家 用 电 器 几 种 典 型 的 用 电 模 型 ! 用 于 定 量 描 述 家 用 电 器 用 电 特 性!计算用电量’ 通过与实测数据对比!家用电器用电模型能够准确的描述了用电的变化规律!并且能较好的进行定量化计 算!与模拟软件结合!分析和预测住宅用能组成和特点!为住宅电器节能提供基础模型’
第 !" 卷增刊#! !$%! 年 %$ 月
! 文章编号"%$$!#">!""!$%!# 增刊 !#$!!C#$F
建&筑&科&学
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基于实测的家用电器用电模型研究
任晓欣!胡&姗!燕&达!彭&琛! 清华大学"北京 %$$$"@#
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产品型号 ’/+#!C@ fK’@! #%? ].K%? #JO" J!% JL"!E 主机 N2X73fIC?$ _!C 635Z MO_#!?-B c_"!?>@$# #,> b*_$4E#>#f"C?J+# L款
图 C&几种主要家电实测用电特性
& 根据实测数据!可知其用电特点为长期间歇运行!且
综上!现有的 对 于 城 市 住 宅 家 用 电 器 的 拥 有 率 及使用习惯方面的调研数据比较丰富!也有很多以 此为基础而建立的能耗计算模型’ 但更为基础性的 关于电器本身在使用过程中的耗电特点方面较为深 入的研究则略显欠缺’
因此 !本文 重 点 将 对 家 用 电 器 本 身 的 用 电 特 性
而现有的模拟软件中!对于家用电器的考虑存 在一定缺陷’ 一般是直接采用额定功率乘以使用时 间"某些软件还会考虑需用系数#!而没有考虑电器
! 收稿日期" !$%!#$?#$E ! 作者简介" 任晓欣"%F"F## !女!在读本科生 ! 联系方式" P79\\$"U%?C4<28
本身的耗电特性有所不同!对于计算结果会产生一 定 程 度 的 影 响’ 如 097PShI35Z" /PRQ37h 7:R3= !$$%# !0.I#P" 0._(%FFF # ! +7.J" bR9 7:R3=!$$"( eHR9S7:R3=!$$"# !R9X J_,.b." M37T9 7:R3=!$$@ # 等现行的模拟软件大体都 采 用 这 种 算 法!其中 以 +7.J为例!通过设 定 设 备 极 限 数 量 和 发 热 量!并 输 入作息的方式近似计算电器热扰*%+ ’ 因而!研究各 种常见家用电器的用电特性!利用其结果对于模拟 软件的电器 模 型 部 分 进 行 优 化! 就 显 得 尤 为 重 要’ 同时!家用电器运行时!电能大多转化为成为房间的 设备热扰!从而直接影响房间的冷热负荷!影响空调 和采暖的能耗’ 所以对电器用电特性的具体化研究 也可以对建筑空调能耗计算提供数据支持’