[問題處理] 如何計算熱水瓶年消耗電量?
2025-02-05 星期三
有人詢問熱水瓶年消耗電量?
還給出了品牌跟型號 "5L微電腦VE真空保溫省電熱水瓶 CV-JAF50"，也給了個數據250度電。
處理方式
這得認真處理一下了。
既然有品牌跟型號，那就先查詢一下規格。
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| 象印 微電腦VE真空保溫省電熱水瓶 CV-JAF50。網址: https://www.zojirushi.com.tw/product/electric-water-boilers/CV-JAF50 (截圖時間: 2025-02-05) |
官網的資料顯示
額定電量: 985W
保温時平均耗電量: 98℃/90℃/80℃/70℃：28W/24W/19W/16W
這個數據表示，把水加熱時，要耗電接近 1 kW，保溫時耗電量30W左右
年消耗電量計算方式:
這裡要建立一個簡易模型。
如果一天只煮一小時，那一年365天，光把水加熱到沸點，就會耗電365度電。
1 kW × 1 h/day × 365 day = 365 kWh
至於一天中那另外的23小時，保溫消耗功率為30W，總計會消耗 262.8度電。
0.03 kW × 23 h/day × 365 day = 251.85 kWh
總計全年消耗 616.85 度電。
365 kWh + 251.85 kWh = 616.85 kWh
如果一天煮的時間是兩小時，那就依照上面方法計算就可得到了。
總之，全年耗電量250度電，看起來是低估了許多。
簡易電力消耗模型建立
從之前的描述，我們可以建立一個簡易模型。
日消耗模型
先從一天來思考
設備在高功率 P_Hi 使用 n 小時，消耗電力 E_Hi 為
E_Hi = P_Hi × n = n P_Hi (kWh)
設備在低功率 P_Lo 使用 (24 - n ) 小時，消耗電力 E_Lo 為
E_Lo = P_Lo × (24 - n ) = (24 - n ) P_Lo (kWh)
那一天總計消耗電量 P_tot 為
E^day_tot = E_Hi + E_Lo
= n P_Hi + (24 - n ) P_Lo
= n (P_Hi - P_Lo) + 24 P_Lo
畫圖來看看。橫軸是 "設備於高功率使用時數 (小時)"，縱軸是 "每日電力消耗(度)"，其中設備於高功率的用電量使用紅線表示，於低功率的用電量使用藍線表示，全部用電量使用黑線表示。
在下圖中，E_Hi = 1 kW, E_Lo = 0.2 kW，這樣曲線分開較大，較好判別。隨著設備於高功率使用時數增加，高功率的日消耗電力由0增至24度電(紅線)、低功率的日消耗電力由4.8度電降至0度(藍線)、全部日用電量由4.8增至24度電(黑線)。
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| 每日電力消耗 vs 設備於高功率使用時數圖。其中 E_Hi = 1 kW, E_Lo = 0.2 kW。 |
在下圖中，E_Hi = 1 kW, E_Lo = 0.03 kW，以符合上述熱水瓶的規格。可以發現，曲線分開較小，不太好判別，但整體趨勢跟上圖差不多，所以才要先講上圖。
隨著設備於高功率使用時數增加，高功率的日消耗電力由0增至24度電(紅線)、低功率的日消耗電力由0.72度電降至0度(藍線)、全部日用電量由0.72增至24度電(黑線)。
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| 每日電力消耗 vs 設備於高功率使用時數圖。其中 E_Hi = 1 kW, E_Lo = 0.03 kW。 |
年消耗模型
簡單作法就是拿日消耗模型乘以一年365天就好。
E^year_tot = 365 ( E_Hi + E_Lo )
我們繼續看熱水瓶規格下的電力消耗。隨著設備於高功率使用時數增加(0~24小時)，高功率的年消耗電力由0增至8760度電(紅線)、低功率的年消耗電力由262.8度電降至0度(藍線)、全部年用電量由262.8增至8760度電(黑線)。
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| 每年電力消耗 vs 設備於高功率使用時數圖。其中 E_Hi = 1 kW, E_Lo = 0.03 kW。 |
看1小時的那個點，高功率的年消耗電力大約在360度(紅線)、低功率的年消耗電力大約在250度(藍線)、全部年用電量大約在610度(黑線)。與之前計算的高功率1小時年耗電量數值差不多。表示這個簡易模型數據吻合。
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| 每年電力消耗 vs 設備於高功率使用時數圖。其中 E_Hi = 1 kW, E_Lo = 0.03 kW。只顯示0~4小時。 |
實際測試消耗電量
另一種處理方式就是做實驗，直接將熱水瓶拿來使用，並在電路上接上瓦時計，實際量測各種使用模式的功率變化狀況，統計電量消耗。
可以用一日加熱三次來試做，看看每日24小時消耗電量。反覆執行5天，大概就會有一個初步的電量消耗數值可以參考。測出來的數值再加上5%~10%，當作安全容許值。
當然，對於寒冷低區，這個數值可能就要再向上修正，提高安全容許值。
感想
1.
儘管有人給數據，可以令人感到輕鬆。
但基本的驗證工作，還是不可少。
一個簡單的模型，可以讓我們了解較為實際的狀況，打破有問題的資訊，並掌握更有效的數據。
2.
打字排版的時間，比我建立簡易模型的時間還長。
3.
本來不想做簡易模型，但簡易模型做下去後，才發現自己在算單點數據時，算錯數值了，趕快修正。公式沒問題，是數值在按計算機時按錯了，後來就發生加總錯誤。好在有做簡易模型，才看出這個問題。
4.
這個簡易模型，不僅可用來評估熱水瓶的消耗電量。類似的有高功率跟低功率消耗的裝置，都可以套用這個簡易模型。
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