Mahoney列表法在節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

夏 博，趙敬源

(長安大學(xué) 建筑學(xué)院，陜西 西安 710061)

0 前言

Mahoney列表法是由倫敦?zé)釒Ыㄖ芯繀f(xié)會(huì)與英國發(fā)展部根據(jù)外部氣候環(huán)境提出的一種建筑分析和設(shè)計(jì)方法。它的提出是基于建筑設(shè)計(jì)的三個(gè)階段:建筑構(gòu)思階段、方案設(shè)計(jì)階段和建筑細(xì)部設(shè)計(jì)。為了把這三個(gè)階段的設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)貧夂蛳到y(tǒng)的聯(lián)系起來，Mahoney方法是通過一系列表格分析，把當(dāng)?shù)貧夂蚺c建筑的設(shè)計(jì)聯(lián)系起來，最后得出針對當(dāng)?shù)貧夂虻慕ㄖ粍?dòng)式的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，因而這種方法被稱為“Mahoney列表法”。對于人體熱舒適的分析中，Mahoney列表法采用了有效溫度法(SET)。Mahoney列表法通過四個(gè)階段的分析:外部環(huán)境數(shù)據(jù)分析、熱舒適分析、環(huán)境指標(biāo)分析和設(shè)計(jì)方法建議，把當(dāng)?shù)氐耐獠繗夂蚺c具體的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略聯(lián)系起來［1］。

為了研究Mahoney列表法在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及研究氣候和當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，提出適合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯慕ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)策略，本文以上海為例，利用Mahoney列表法來分析的上海氣候與上海建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略之間的聯(lián)系。

1 上海氣象數(shù)據(jù)分析

Mahoney列表法主要分析氣象數(shù)據(jù)中的以下幾個(gè)參數(shù):全年溫度、濕度和降水。本文研究的氣象數(shù)據(jù)來自于《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》(由中國建筑工業(yè)出版社出版，其中的氣象參數(shù)完全來自于當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)多年的觀測數(shù)據(jù))［2－5］，因而數(shù)據(jù)保證真實(shí)可靠。本文首先利用氣象數(shù)據(jù)對上海室外環(huán)境的氣候條件進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表1。

表1 上海Mahoney環(huán)境分析結(jié)果

表1中的AMT表示年平均溫度:AMT=(年最高溫度+年最低溫度)/2;AMR表示年溫度波動(dòng): AMR=年最高溫度－年最低溫度。表1中的濕度類別是根據(jù)當(dāng)月的平均相對濕度來定義的:當(dāng)平均相對濕度小于30%時(shí)濕度類別為1;相對濕度30%～50%時(shí)濕度類別為2;相對濕度50%～70%時(shí)濕度類別為3;相對濕度大于70%時(shí)為濕度類別為4。

2 熱舒適分析

由于人們具有較強(qiáng)的對氣候的適應(yīng)性，因而Mahoney方法根據(jù)不同的溫度、濕度參數(shù)確定了不同的氣候類型區(qū)，每個(gè)氣候類型區(qū)的人體舒適參數(shù)都是不同的，從而反映人對氣候的適應(yīng)性。人們對氣候的適應(yīng)性最要體現(xiàn)在對溫度和濕度的適應(yīng)，因而Mahoney方法通過平均溫度值A(chǔ)MT的高低來劃分不同的溫度范圍，其劃分為三個(gè)溫度范圍:分別為大于等于20℃、15～20℃之間和小于15℃。同樣根據(jù)濕度的不同分為四個(gè)范圍，分別是:相對濕度在0～30%之間，30% ～50%，50% ～70%和大于70%。另外人們在白天和黑夜衣著、活動(dòng)方式和新陳代謝量都存在差異，因而Mahoney方法分別對白天和夜間兩個(gè)時(shí)間段限定了熱舒適范圍，見表2。

表2 建筑熱舒適區(qū)間

3 每個(gè)月的熱舒適情況分析

根據(jù)每個(gè)月氣象參數(shù)中白天和夜間的溫度平均最大值和最小值與表2中的舒適指標(biāo)相對比，來確定當(dāng)月的熱舒適情況，分別用H、C和N表示:

高于月平均舒適溫度范圍——H;

低于月平均舒適溫度范圍——C;

月平均舒適溫度范圍內(nèi)——N;

通過分析上海的氣象參數(shù)，上海室外氣候與建筑熱舒適之間的關(guān)系如表3所示。

表3 上海逐月室外環(huán)境與熱舒適的關(guān)系

表4 控制策略與室外環(huán)境之間的聯(lián)系

表5 上海氣候分析指標(biāo)總數(shù)

為了把室外氣候與建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)策略聯(lián)系起來，Mahoney方法提出了一系列氣候與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略的對應(yīng)關(guān)系，見表4。本文根據(jù)表4的判讀依據(jù)和表3的氣候分析結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表5。

4 基于Mahoney列表的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略

Mahoney建立了上海氣候參數(shù)和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略之間的關(guān)系，見表6。利用表5的分析結(jié)果，在表6中可以直接得到上海氣候下的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略。

表6 Mahoney指標(biāo)數(shù)與建筑設(shè)計(jì)控制策略(表中★為適合上海的設(shè)計(jì)控制策略)

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，上海的自然環(huán)境不是很理想，要求建筑具有較高的對自然環(huán)境的控制能力。上海全年舒適的自然環(huán)境(包括白天和夜間)僅為16.7%左右(表3)，也就是說上海全年只有16.7%的時(shí)間，不需要建筑的控制和消耗能量，自然環(huán)境就可以滿足建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適。其他的時(shí)間自然環(huán)境不能滿足建筑內(nèi)部環(huán)境的舒適要求，必須借助建筑對環(huán)境的控制能力或是消耗一部分能量，來對環(huán)境進(jìn)行控制以滿足內(nèi)部環(huán)境的舒適［6－7］。其中熱不舒適的比例是33.3%，從6月到9月間，白天和夜晚均處于熱不舒適狀態(tài);而50%的時(shí)間是冷不舒適(圖1)。從11月到4月間均存在冷不舒適的狀況。通過上面的分析，上海的自然環(huán)境要求建筑不僅具有一定的對炎熱環(huán)境的控制能力，例如表6中建議采用單側(cè)布置房間，有利通風(fēng)和輕質(zhì)隔熱屋面等設(shè)計(jì)策略［8］;同樣也要求建筑具有一定的對寒冷環(huán)境的控制能力，例如表6中提出的空間開敞，但要防止冷、熱風(fēng)侵入等設(shè)計(jì)策略［9］。

圖1 上海全年舒適狀況

不過有一點(diǎn)需要注意的是Mahoney列表法具有一定的局限性。Mahoney列表法主要是針對炎熱氣候環(huán)境下的分析方法，因而此方法用于評價(jià)上海的氣候環(huán)境，會(huì)比較真實(shí)地反映上海的夏季環(huán)境狀況。但是上海屬于夏熱冬冷地區(qū)，人們長期處于夏熱冬冷環(huán)境下，不僅對夏季的炎熱有一定的適應(yīng)和耐受力，同樣對冬季的寒冷環(huán)境也具有一定的耐受力，因而對于上海冬季環(huán)境的評價(jià)可能存在一定的誤差，上海實(shí)際的冷不舒適狀況要小于50%，不過上海建筑對寒冷環(huán)境的控制能力還是必不可少的［10］。

5 結(jié)論

(1)上海的氣候?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的不利影響較大，因而要求建筑對不利的外部氣候具有較高的控制能力。

(2)上海的氣候條件要求建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中不僅要考慮炎熱環(huán)境對建筑熱舒適的影響，還要考慮寒冷環(huán)境對建筑的影響。

(3)Mahoney列表法對上海氣候分析中存在一定的局限性。Mahoney列表法低估了上海人對寒冷環(huán)境的耐受力，因而對于上海冬季環(huán)境的評價(jià)存在一定的誤差。

［1］Ali Sayigh，A.Hamid Marafia，Thermal com fort and the development of bioclimatic concept in building design，Renewable and sustainable Energy Reviews［J］.2(1998):3－24.

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［10］戴小珍，包勁松，丁力行，等.夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能研究的進(jìn)展［J］.節(jié)能技術(shù)，2001，19(5):21－24.