合肥空氣濕度變化規(guī)律研究

吳 軍，程海峰，占霞飛

（環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽建筑大學(xué)，安徽合肥，230022）

合肥空氣濕度變化規(guī)律研究

吳 軍，程海峰，占霞飛

（環(huán)境與能源工程學(xué)院，安徽建筑大學(xué)，安徽合肥，230022）

本文以合肥地區(qū)2003～2012年的氣象參數(shù)為基礎(chǔ)，分析了每年該地區(qū)絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度具體數(shù)值。發(fā)現(xiàn)：（1）二者均呈現(xiàn)較大的不均勻彈性變化，不同年份濕度變化有較強(qiáng)的隨機(jī)性，極端值出現(xiàn)頻率較高，高濕度天氣出現(xiàn)的概率比較大。（2）同時(shí)就人體熱舒適的溫、濕度范圍內(nèi)的天數(shù)進(jìn)行具體統(tǒng)計(jì)，得出在某種情況下僅需要調(diào)整溫度或濕度即可滿足人體熱舒適需求，為今后節(jié)能研究提供理論支撐。

氣象參數(shù)；絕對(duì)濕度；相對(duì)濕度；熱舒適；節(jié)能研究

0　引　言

我國的空調(diào)能耗和采暖能耗約占全部能源的總能耗的30%［1］，這個(gè)百分比仍然具有上升的空間。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境的要求也越來越高。盡管水蒸氣在空氣的組分中所占比例極少，但水的氣化潛熱很大，濕負(fù)荷約占空調(diào)總負(fù)荷的20%～40%［2］.過高或者過低的濕度不僅影響室內(nèi)空氣品質(zhì)，同時(shí)對(duì)人體熱舒適感起到重要的作用［3］。Orhan［4］用溫度單位法來統(tǒng)計(jì)加熱、通風(fēng)和空調(diào)行業(yè)的加熱和冷卻需要的顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷。當(dāng)今的空調(diào)不僅僅只是需要滿足溫度，同時(shí)對(duì)濕度控制要求也在逐漸提高［5］。本文就合肥地區(qū)2003～2012年氣象參數(shù)的溫濕度具體數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，統(tǒng)計(jì)絕對(duì)含濕量與相對(duì)濕度具體數(shù)值，研究其變化特征。這對(duì)今后夏熱冬冷地區(qū)如何降低空調(diào)濕負(fù)荷的研究起到基礎(chǔ)性的作用，同時(shí)對(duì)人體熱舒適研究有著指導(dǎo)性的作用。

1　標(biāo)準(zhǔn)年氣象參數(shù)的選取

本文采用了文獻(xiàn)［6］中提出的平均月的概念,標(biāo)準(zhǔn)年即由所選出的平均月組成, 具體方法如下：

（1）選取最近10年的氣象資料為基礎(chǔ),本文以合肥地區(qū)2003～2012年氣象資料為基礎(chǔ)。

（2）將逐年氣象資料各年各月的氣象要素—水平面總?cè)丈漭椪樟?、氣溫、絕對(duì)濕度的月平均值按照式（1）計(jì)算。

式中：

WK,Y,M為近10年間總?cè)丈漭椪樟俊鉁睾徒^對(duì)濕度的歷年平均值；

K為氣象要素（K=1為日射； K=2為氣溫；K=3為絕對(duì)濕度） ； Y,M為依次為年份、月份。

（4） 計(jì)算各氣象要素的距平值DWK,Y,M（各氣象要素歷年的月平均值減去相應(yīng)的10年平均值）,即

（5）計(jì)算數(shù)值指標(biāo)值DMY,M，即DMY,M=DW1,Y,M+DW2,Y,M+0.5628DW3,Y,M，其中K1為系數(shù)。

（6）以歷年DMY,M絕對(duì)值中最小的月份作為平均月, 再由平均月組成標(biāo)準(zhǔn)年。

2　合肥地區(qū)濕度的統(tǒng)計(jì)

（1）濕度包括絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度。絕對(duì)濕度主要反映的每立方米空氣中水蒸氣的含量的情況，一天之內(nèi)數(shù)值比較穩(wěn)定；相對(duì)濕度則是反映空氣接近飽和情況和吸濕的能力，其一天之內(nèi)數(shù)值變化較大。本文從這兩個(gè)方面統(tǒng)計(jì)了從2003～2012年合肥地區(qū)每個(gè)季節(jié)的平均絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度數(shù)值變化規(guī)律。

表1　2003～2012年平均絕對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)（kg/m3）

從表1可以分析得出，春季的平均絕對(duì)濕度情況基本維持10 g/m3左右，在2007與2011年分別出現(xiàn)最大值與最小值，同比較2007年下降25.7%。夏季的平均絕對(duì)濕度基本維持在20 g/m3左右，在2005與2007年分別出現(xiàn)最小值與最大值，同比變化15.7%。秋季平均絕對(duì)濕度基本維持在12 g/m3左右，在2004與2007年分別出現(xiàn)最小值與最大值，同比變化13.5%。冬季平均絕對(duì)濕度下降趨勢(shì)明顯，在2007與2011年分別出現(xiàn)最值，同比較2007年下降76%。

圖1表明，一年四季平均絕對(duì)濕度呈現(xiàn)不均勻的彈性變化。春、夏季平均絕對(duì)濕度：2003～2005年逐漸下降，2005～2007年有小幅度的回升，2007～2012年呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。秋、冬季平均絕對(duì)濕度除2007年極端值以外，基本呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。不同年份的不同季節(jié)的絕對(duì)濕度波動(dòng)的隨機(jī)性比較明顯，除極端天氣以外，總體均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，尤其冬、春季下降趨勢(shì)明顯。

圖1　2003-2012年絕對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)圖

（2）絕對(duì)濕度只能反映空氣中含水量的多少，并不能反映空氣是否接近飽和的狀況。因此需要同時(shí)統(tǒng)計(jì)該地區(qū)的相對(duì)濕度狀況，詳情見表2。

表2　2003～2012年平均相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)

表2表明，春季的平均相對(duì)濕度情況基本維持68%左右，在2003與2011年分別出現(xiàn)最大值與最小值，同比較2003年下降28.2%。夏季的平均相對(duì)濕度基本維持在78%左右，在2006與2007年分別出現(xiàn)最小值與最大值，同比變化14%。秋季平均相對(duì)濕度基本維持在75%左右，在2007與2003年分別出現(xiàn)最大值與最小值，同比降低7.7%。冬季平均相對(duì)濕度波動(dòng)變化明顯，在2007與2011年分別出現(xiàn)最大值與最小值，同比降低16.3%。因此可見，近些年來空氣的平均相對(duì)濕度下降幅度較大，空氣未飽和的程度越來越明顯。

圖2　2003-2012年相對(duì)濕度統(tǒng)計(jì)圖

由圖2可知，除2007年極端天氣外，2003～2011年合肥地區(qū)四季的平均相對(duì)濕度呈現(xiàn)不均勻性波動(dòng)性，但總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

3　濕度變化分布規(guī)律

本文主要是通過對(duì)近十年合肥地區(qū)的氣象參數(shù)的分析計(jì)算，統(tǒng)計(jì)了該地區(qū)濕度變化規(guī)律,筆者從中選取波動(dòng)幅度比較明顯的2003、2006、2009、2012年逐日的絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度，用Oigin數(shù)據(jù)處理軟件分析情況如圖3所示。

圖3　統(tǒng)計(jì)年全年逐日絕對(duì)濕度

由圖3可知，一方面全年的絕對(duì)濕度明顯呈現(xiàn)不均勻性的波動(dòng)性變化，且波動(dòng)的幅度與波動(dòng)的隨機(jī)性比較大，發(fā)生極端的濕度狀況也比較頻繁；另一方面絕對(duì)濕度均表現(xiàn)出逐年下降趨勢(shì)，說明近些年空氣中水蒸氣的含量逐年降低。

圖4　統(tǒng)計(jì)年全年逐日相對(duì)濕度

由圖4可知，從逐日相對(duì)濕度線的變化趨勢(shì)來看，均呈現(xiàn)出不均勻的彈性變化。一方面圖3與圖4顯示出相對(duì)濕度出現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，表征著近些年空氣越來越干燥；另一方面圖4更表現(xiàn)出近些年相對(duì)濕度變化的不規(guī)則性，極值出現(xiàn)頻率較高。

4　人體熱舒適溫、濕度統(tǒng)計(jì)規(guī)律

根據(jù)規(guī)范［7］夏熱冬冷地區(qū)冬季熱舒適溫度在16～18 ℃，濕度在30%以上，夏季熱舒適溫度在24～28 ℃，濕度在40%～70%，在此統(tǒng)計(jì)合肥地區(qū)2003～2012年在該溫、濕度范圍內(nèi)天數(shù)如表3。

表3　2003～2012年熱舒適范圍內(nèi)溫、濕度在全年天數(shù)統(tǒng)計(jì)

表3表明，（1）2003～2012年全年溫度在16～18℃范圍內(nèi)的天數(shù)占全年總天數(shù)的比例較小，且年間波動(dòng)不均勻性明顯，但這期間溫度總的平均值相對(duì)穩(wěn)定，基本維持在17.1 ℃。（2）全年溫度在24～28 ℃范圍內(nèi)的天數(shù)占全年總天數(shù)的相對(duì)比例較大，年間波動(dòng)的隨機(jī)性較大，極值之間相差較大，然而在這期間平均溫度波動(dòng)幅度較小，基本維持在26 ℃上下波動(dòng)（3）近十年冬季相對(duì)濕度基本都維持在30%以上，相對(duì)濕度在40%～70%比例較大，約占全年天數(shù)的40%以上，且近五年該比例有上升的趨勢(shì)，但每年平均濕度值較穩(wěn)定，基本維持在60%波動(dòng)，故在該濕度范圍內(nèi)僅對(duì)溫度處理即可滿足人體熱舒適。（4）絕對(duì)濕度值年平均值呈現(xiàn)彈性不均勻變化，但波動(dòng)幅度較小，基本維持在11～13 g/m3。

5　結(jié)論

1. 2003～2012年合肥地區(qū)絕對(duì)濕度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，春季的平均絕對(duì)濕度情況基本維持10 g/m3左右，但2011年存在較明顯極值，相比較歷年下降約25.7%；夏季與秋季的平均絕對(duì)濕度分別基本維持在20 g/m3、12 g/m3左右，2007年出現(xiàn)極大值以后呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)；冬季平均絕對(duì)濕度在5 g/m3左右，在2011年出現(xiàn)極小值，相比較歷年平均值下降幅度達(dá)到76%。

2. 近十年合肥地區(qū)相對(duì)濕度濕度總體也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，春季的平均相對(duì)濕度情況基本維持68%左右，在2011年出現(xiàn)極小值，相比較歷年平均值下降28.2%；夏、秋季的平均相對(duì)濕度分別基本維持在78%、75%左右，2007年出現(xiàn)極大值以后呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)；冬季平均相對(duì)濕度波動(dòng)變化明顯，在2007與2011年分別出現(xiàn)最大值與最小值，同比降低16.3%。

3. 2003～2012年全年溫度在16～18 ℃范圍內(nèi)的天數(shù)占全年總天數(shù)的比例較小，基本維持在17.1℃；全年溫度在24～28 ℃范圍內(nèi)的天數(shù)占全年總天數(shù)的相對(duì)比例較大，基本維持在26 ℃上下波動(dòng)；年間波動(dòng)的隨機(jī)性較大，極值之間相差較大。

4. 近十年相對(duì)濕度基本都維持在30%以上，相對(duì)濕度在40%～70%比例較大，約占全年天數(shù)的40%以上，且近五年該比例有上升的趨勢(shì)，但每年平均濕度值較穩(wěn)定，基本維持在60%左右波動(dòng)。

5.從濕度變化規(guī)律曲線來看，近十年合肥地區(qū)相對(duì)濕度與絕對(duì)濕度均呈現(xiàn)不均勻性的波動(dòng)性變化，且波動(dòng)的幅度和隨機(jī)性比較大，發(fā)生極端的濕度情況比較頻繁。

［1］李永安,常靜,戎衛(wèi)國,等.山東省采暖空調(diào)度日數(shù)以及分布特征［J］.2006,126（2）：13-15.

［2］張立志.除濕技術(shù)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

［3］西文,馬愛華,王雨.濕度和熱舒適性與空調(diào)節(jié)能的探討［J］.山西建筑,2008,34（6）：245-246.

［4］Buyukalaca, O., H. Bulut, and T. Yilmaz. Analysis of variable-base heating and cooling degree-days for Turkey［J］.Applied Energy, 2001, 69 （4）：269-283.

［5］徐小群.建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面吸放濕對(duì)濕負(fù)荷的影響［J］.建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2009,28（4）：10-13.

［6］李元哲.被動(dòng)式太陽房熱工設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：清華大學(xué)出版社,1993.

［7］GB50736-2012 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2012.

A Study on Variation Characteristics of Air Humidity in Hefei Area

WU Jun,CHENG Haifeng,ZHAN Xiafei
（Environment and Energy Engineering College, Anhui Jianzhu university,AnHui,Hefei,230022）

The paper analyzes absolute humidity and relative humidity values each year based on meteorological parameters of Hefei of 2003～2012 .（1）It shows a larger uneven elasticity, stronger randomness of humidity for different years, extremely higher- frequency, and the probability of high humidity weather is larger. （2）At the same time, it shows that the paper comes tothe days of the range of temperature and humidity in terms of thermal comfort in detail. It concluds that there is the onlyneed to adjust the temperature or humidityso as to meet the demand of human thermal comfort in some cases , and t thus this paper provids theoretical support for the research on energy-saving in the future.

meteorological parameters； absolute humidity； relative humidity； thermal comfort ； energy-saving.

TK018

A

2095-8382（2016）04-074-05

10.11921/j.issn.2095-8382.20160416

2015-07-10

國家科技支撐計(jì)劃課題“建筑空間被動(dòng)式設(shè)計(jì)與適宜技術(shù)集成研究及示范”（2011BAJ03B04）安徽省教育廳產(chǎn)學(xué)研重點(diǎn)項(xiàng)目（KJ2011A068）

吳軍（1991—），男，碩士，主要研究方向?yàn)榕照{(diào)系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能。