评估新建筑的用电需求优化方案

确定已有住宅和商业建筑的月用电量是相当直截了当的，而要确定新住宅——不论是刚刚建好还是将要建的用电需求却困难得多。

估计用电量的一个方法是基于您已有住宅或商业建筑的用电量。例如，假定您正在建造一所全新的房子，它的大小与您现在的房子一样，而且里面的生活用具和居住人数也相同，那么它的用电量与您现有的房子就很接近。

不过，如果您正在建造一所能效更高的房子，并安装能效更高的照明设施和家电以及结合使用无源的太阳能加热和制冷（所有这些我们都强烈推荐），那么与您现有的房子相比，用电量会轻易降低50%，甚至可能75%。这样的话，您可以调整用电需求，从而反映出效率的升级。

估计用电量的另一方法是进行负荷分析。负荷分析是基于家中电子设备的数量及其日平均使用情况和能耗对用电量的一种估计。要进行负荷分析，房主首先要列出新家或新办公室中所有的家电、照明和电子设备。您可以把每个房间的灯泡汇总到一起，而没有必要分别列出。Dan喜欢每次在同一个房间与客户工作，采用他为每个项目准备的分析表。或者，您也可以使用如表4-1所示的工作表单。这些都可以在太阳能生活研究所的网页上在线找到，或者由您的PV安装人员提供。

一旦您准备好了所有用电设备的完整列表，您下一步的工作就是确定每个设备要用多少电。

一台家电、电灯或者电子设备所消耗的电量能够通过查询如表4-2所示的图表来确定。像这样的图表列出了很多电器在通常情况下的瓦数，包括电炉子、微波炉和音响。详细的清单能够在线获得。比如，WE能源公司的网站就贴出了一张图表，给出了家电和电子设备大致的用电量（您可以通过访问webapps.we-ener-gies.com/appliancecalc/appl_calc.cfm找到这张图表）。类似的数据也可以在几本书中找到，譬如太阳能国际出版的《光伏：设计和安装手册》或者John Schaeffer出版的《太阳能生活的原始资料》。

要找到更准确的数据，请查看您新家或办公室中将要添置的家电或电子设备上的铭牌。在这些电器上，您会看到一个粘贴的标签或者金属牌，给出了该设备的额定电压和电流或者电压和瓦数。电压可能是120V或AC120V，这些都是一个意思。如果铭牌列出的是电压和电流，不是功率，那么您要算出瓦数。只要把电流乘以电压（电流×电压=功率，单位为W），就可以得到。

对于许多电子设备中的电阻型电器来说，电流乘以电压得到其瓦数，比如电热器和电炉子（在电阻型电器中，电在金属中流动，而金属阻碍电子的流动，由此产生光和热）。这种乘法也可用于通用电动机。一般情况下，在一些小型电器，如真空吸尘器、搅拌机和小型电动工具中，会有通用电动机。对于有异步电动机的电器来说，如风扇、洗衣机、衣服烘干机、洗碗机、泵和炉子的鼓风机，用电流乘以电压的方法会高估它们的瓦数。对于这些电器来说，把瓦数（电流和电压的乘积）乘以0.6可以得到对真实瓦数更准确的估计（关于这里降额的基本原理，请参见下文中的“有功功率、视在功率和功率因数”）。

一些专家还会减少其他一些电器的电力需求，比如电视、音响和电动工具。为什么呢？

表4-1 耗电量图表

表4-2 常用家电的平均耗电量

注：1ft³=0.0283168m³；1USgal=3.78541dm³；1hp=745.7W。

电量计量员会降低这些电器的瓦数，因为所列的瓦数并不代表典型运行的瓦数，也就是家电在正常运行时所吸取的瓦数。换句话说，家电铭牌上所列的瓦数是它在最大负荷时吸取的功率。大部分设备几乎都不会运行在最大负荷状态，所以铭牌上的功率要高过实际使用的功率。把铭牌瓦数降低25%对这些电器来说是一种合理的调整。

当确定笔记本电脑的运行瓦数时，如果笔记本电脑插在充电适配器上或者经变压器连接到充电适配器上，那么请一定要使用标在充电适配器上的瓦数，不要用电脑的瓦数。对于充电式手电钻、无绳电话和电子琴也同样处理。

确定电器瓦数（功率）的更准确的方式是用仪表直接测量，如图4-1所示。用这些仪表时，把仪表插到电源插座上，然后再把家电插到仪表上面的电源插座上。数字读数就表示了瞬时功率（W）。当测量周期性开关的电器时，比如冰箱或者其他变化性负荷，把电能表接上一两天，它会记录这段时间内使用的总能量，单位为W·h（瓦时）。这样，您就能计算出这段时间内的平均值了。

有功功率、视在功率和功率因数

计算电阻型电器所消耗的功率（W），如电炉子和白炽灯，只要用电压乘以电流就可以了[功率（W）=伏×安]。不过，对于有电感和电容的电器来说，如异步电动机、变压器和荧光灯镇流器，伏安乘积比实际瓦数要稍微大一些。这种情况下，伏×安叫做视在功率。这个差别的原因是，电感和电容把能量以电流的形式存储了起来，而且电压波形在正负交变。所存储的能量导致电流波形与电压波形的步调不一致。当电流波形与电压波形步调不一致时，就必须以更大的电流才能输送相同的功率。描述视在功率和有功功率之间这种差别的因子就是功率因数。

功率因数是有功功率除以视在功率。功率因数=瓦/（伏×安）。功率因数永远是介于0～1之间的一个数。要计算含有电感或者电容的电器的有功功率，您必须把电压、电流和功率因数三者乘起来。功率=伏×安×功率因数。遗憾的是，在家电铭牌上，您找不到功率因数。不过，对大多数内含电感或电容的家电来说，0.6是一个合理的估计值。

不论是直接测量还是查询铭牌还是两者相结合，在您确定好每个用电设备和照明的瓦数之后，您还必须估计出每个设备日平均的使用小时数以及典型的一周当中使用多少天。利用这些信息，您可以算出您家中或办公室中所有电器每周的能耗。然后，用这个数除以7来确定您家里或办公室的日平均耗电量，单位为W·h（瓦时）。您将用这个数据来确定PV系统的大小。

图4-1 Kill-A-Watt和Watts Up？表。这里给出的a）Kill-A-Watt表和b）Watts Up？表可以用于测量家电和电子设备的瓦数。两者之中，Watts Up？表更灵敏，所以还可以用于微型幻路负荷的测量。

插座式瓦时表

用Kill A Watt表或者Watts Up？表可以很容易实现对小型电器的功率和能量的测量。只要把仪表插入电源插座，再把家电插入仪表就可以了。这些仪表可以读出有功功率、视在功率、功率因数、伏、安和运行时间（用于计算一段时间内的平均功率）。

功率表可用于负荷估计，也可用于对家用电器能源需求的评估。如果搞清楚家里哪些家电和设备是耗能大件，可能会激励家庭成员减少能耗。调查家电的能耗情况，也许是一项对孩子们的很好的教育。(www.xing528.com)

两种仪表都有一系列的型号可以选择，有些型号还具有高级功能。Kill A Watt表的基本型号报价约为35美元，Watts Up？表的基本型号的报价约为96美元。除了购买一块仪表之外，一些公共图书馆和电力公司有插入式瓦时仪表可供租借。

乍一看上去，负荷分析显得很简单，其实还是有不少问题的。我们曾经遇到的一个问题就是对客户来说，估计每台设备在一个典型日内会运行多长时间往往是比较困难的。大多数人都难以估计他们每天会用烤箱或者搅拌机多少小时或者多少分钟。是3min，5min，还是10min？虽然一些人可能对厨房的灯亮多久能给出相当准确的估计，但是他们却对冰箱运行多久或者他们用多少分钟的微波炉一点概念都没有。另外，孩子们又是什么情况？你不在的时候他们会让灯一直亮着吗？他们每天看多少小时的电视？他们每天在电脑前待多少小时？

测量幻路负荷

幻路负荷可能会非常小，但是会日积月累。插入式瓦时表可以用来测量幻路负荷的能耗——如果让它们运行足够长的时间，就可以在显示屏上读出kW·h数。Kill A Watt表能给出kW·h数的两位小数（精度为10W·h），Watts Up？表能给出kW·h数的一位小数。假定一台电器关闭后还消耗5W的功率，那么如果监测24h，就会消耗120W·h。在Kill A Watt表上会显示0.12，在Watts Up？表上会显示0.1。

负荷分析的另一个问题是运行时间在一年里会随季节发生变化。比如电灯，冬天用的比夏天多得多，因为冬季的白天较短。炉子的鼓风机在冬季要整天运行，而在其他季节很少用甚至根本不用。那么，炉子鼓风机的日平均运行时间应该是多少？

这种负荷分析方法还面临一个问题，就是很多电子设备在关闭时仍然消耗功率。这样的设备叫做幻路负荷，包括电视、录像机、卫星接收器、移动电话和笔记本电脑充电适配器，以及许多其他常用的家用设备。有一些设备，如卫星接收器，关闭时所消耗的功率与启动时一样多（见图4-2）。在美国家庭中，幻路负荷通常占月耗电量的5%～10%。如果不把它们计入负荷分析，负荷估计就没什么意义了。

图4-2 我们大多都不知道，我们的家里有很多幻路负荷，就是那些不用的时候还会吸取功率的电器，比如电视和卫星接收器。卫星接收器启动时消耗15W而关闭时消耗14W。幻路负荷约占一个家庭或者办公室年用电需求的5%～10%。

由于上述问题，业主们经常大大低估其用电量。所以，在采用这种技术时，请将幻路负荷包含进来，对您的估计大方一点。最好是高估一点用电需求，特别是您在确定离网型系统大小的时候。

一旦您算好了日用电量，就可以确定太阳能发电系统的大小了。

实际上，还不行。在确定系统的大小之前，最好想办法通过提高能效和节能措施来降低用电量。这是因为能量需求越低，所需安装的太阳能发电系统就越小，系统越小，您所付出的购买和安装成本就越低。那么，您能节省多少呢？

Richard Perez是《家庭电力》杂志的创办人，他说在提高能效方面每投入1美元，将把太阳能发电系统的造价节省3～5美元。例如，假定您投入1000美元来改良家里或办公室里的电能使用情况，比如堵住渗漏、增加隔离以及安装更节能的照明设备，您可能会在太阳能发电系统方面节省3000～5000美元。

Bob告诉他的客户“节省1W的功率比发出1W的功率要更容易，也更便宜”。《家庭电力》杂志的Ian Woofenden提醒我们“消除能源浪费对环境来说也是一种明智的举动。虽然可再生能源系统的动力每天都能得到，无需缴费，对环境也没有影响，但是那些收集这些动力的设备必须消耗自然资源和经历制造过程，它们对环境造成影响。您的系统越小，对所造成的影响就越少。”

从投资的角度讲，花费在提高能效措施方面的钱比花费在更大的发电系统上的钱回报的更多，表4-3给出的例子就说明了这一点。这个实例是Kurt Nelson提供的，他是中西部可再生能源协会的资深太阳能安装人员和指导人员。在这个例子中，房主采取了4个步骤，其每天的能耗降低了3552W。如表中所示，她把冰箱和冷柜更换为效率更高的型号，并且安装了6盏节能灯泡。她还设法降低了幻路负荷，比如装设一个电源插线排，把计算机、电视和音响设备都插在上面，当不用的时候可以把它们的电源彻底切断。上述总花费为1685美元（见表4-4），而每年可节省92美元，投资回报为每年5.5%。

表4-3 能源措施的成本和节能情况

为了产生等量的电能，房主需安装一套1kW的太阳能发电系统。该系统的造价为10000美元。每年户主将节省92美元，投资回报仅为0.9%。即使户主享受各种折扣和激励政策，这个系统也将比效率改善措施花费得多。

表4-4 通过效率改善措施实现的节能和经济性

由于提高效率在经济性和环境方面都强于增加可再生能源系统的容量，所以大多数杰出的太阳能安装人员会首先推荐节能和提高能效的措施。如果您同意花钱实施这些措施，那么将减小您的系统的规模并且节省几千美元。如何来确定性价比最好的减少电能消耗的措施呢？

方法之一是雇用一名专业的太阳能选址评估员。花300～400美元，他们将为您的PV系统评估您所在位置的太阳能潜力、推荐系统的摆放位置、提供大幅度削减能源需求的措施清单，以及确定您的系统的规模。一般的，他们会把节能和提高能效的措施放在首位。那些以最低的成本得到最大的收益的措施将被放在列表的最前面（要找到您所在区域的太阳能PV选址评估员，请访问中西部可再生能源协会的网站）。

另一方法是雇用一名住宅能量计量员。一位有资质的住宅能量计量员能为您的住宅进行更为全面的能量分析，并且给出减少需求的建议。他们也会优先给出节能措施。或者，您可以自己进行住宅能量计量。如果需要一些指南，您可以看一下Dan的一本最新的书《改善绿色家园》。

表4-5 提高效率与PV的成本和节能情况比较