氣候變化條件下邢臺室外空氣計算參數(shù)對建筑能耗的影響

李武龍 孫東磊 趙玉兵

（邢臺市氣象局河北邢臺054000）

氣候變化條件下邢臺室外空氣計算參數(shù)對建筑能耗的影響

李武龍 孫東磊 趙玉兵

（邢臺市氣象局河北邢臺054000）

利用邢臺國家氣象站1954年以來的氣象數(shù)據(jù)，分析了氣候變化條件下民用建筑設(shè)計氣象參數(shù)的變化特征及其對建筑能耗的影響。結(jié)果表明：1954年以來，邢臺市冬季供暖室外計算溫度、空氣調(diào)節(jié)室外計算溫度明顯升高，對降低供暖熱負荷和取暖設(shè)備運行十分有利。夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算干球溫度和逐時溫度均呈升高趨勢，升高幅度不大，對冷負荷影響較小。夏季通風室外計算溫度和相對濕度呈減小趨勢，但變化幅度都較小，影響有限。

邢臺；氣候條件；建筑能耗；計算參數(shù)

1 引言

隨著經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，能源供應(yīng)壓力與日俱增，氣候變化也成為建筑節(jié)能設(shè)計需要充分考慮的重要因素。室外空氣計算參數(shù)是建筑負荷計算的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對建筑能耗產(chǎn)生著極大影響[1]。現(xiàn)行《民用建筑采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范（GB50736-2012）》（以下簡稱《暖通規(guī)范》）給出的設(shè)計計算參數(shù)是采用1971-2000年的歷史氣象數(shù)據(jù)計算的，沒有充分考慮氣候變化的影響，歷史適用性較低[2-3]。本文通過研究民用建筑室外計算參數(shù)在氣候變化條件下的變化特征及其對建筑能耗的影響，旨在研究建立更小尺度、能快速更新和更加精細化的建筑設(shè)計氣象參數(shù)系統(tǒng)，為建筑節(jié)能設(shè)計工作提供科學參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象數(shù)據(jù)來源于河北省氣象信息中心，選取了干球溫度和相對濕度兩個相關(guān)氣象要素，根據(jù)《暖通規(guī)范》，日數(shù)據(jù)采用四次定時觀測數(shù)據(jù)；

1.2 計算方法

根據(jù)《暖通規(guī)范》，按平均或累年不保證日（時）數(shù)確定各室外空氣計算參數(shù)。夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算逐時溫度按下式確定：

式中：tsh——室外計算逐時溫度（℃）；twp——夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均溫度（℃）；β——室外溫度逐時變化系數(shù)；Δtr——夏季室外計算平均日較差（℃）。

式中：twg——夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算干球溫度（℃）

室外計算參數(shù)的統(tǒng)計年份宜取30年，因此本文分別以1954-2015年每30年為一個氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)計時段來計算和表示相應(yīng)的空氣計算參數(shù)[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬季供暖室外計算溫度對建筑能耗影響

冬季供暖室外計算溫度升高，供暖燃料定額或空調(diào)供暖容量降低，建筑采暖熱負荷也隨之降低[5]。由表1可知，分別采用1954-1983年時段和1986-2015年時段，冬季供暖室外計算溫度分別為-7.1℃和-4.3℃，溫度值升高了2.8℃。根據(jù)《暖通規(guī)范》邢臺地區(qū)冬季采暖室內(nèi)設(shè)計計算溫度取18℃，利用采暖熱負荷計算公式計算得出，冬季供暖室外計算溫度由-7.1℃升高到-4.3℃，采暖熱負荷約降低11.2%。據(jù)邢臺市熱力公司統(tǒng)計，邢臺市區(qū)集中供熱面積約2200萬平方米，根據(jù)《城市供熱規(guī)劃規(guī)范GBT51074-2015》邢臺地區(qū)采暖熱指標最小取值為35W/m2，至少節(jié)約能耗86240kW，帶來的節(jié)能效益非?？捎^[6]。

同樣，1954-1983年時段與采用1986-2015年時段相比，冬季空氣調(diào)節(jié)室外計算溫度升高了3.5℃，對于采用空調(diào)取暖的建筑來說，帶來的問題就是原來的空調(diào)設(shè)計負荷偏大，設(shè)備裝機容量偏大，如果在空調(diào)系統(tǒng)自動控制不到位的情況下，將會使取暖設(shè)備運行效率低下，造成能耗的浪費[7]。

表1 1954年以來邢臺夏季通風室外空氣計算參數(shù)的變化

2.2 夏季空調(diào)室外計算溫度對建筑能耗影響

夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算干球溫度主要用于確定新風負荷。干球溫度的升高導致新風負荷增加，對節(jié)能是不利的。同時，原有供冷設(shè)備選型供冷量偏低，在室外溫度升高的同時，增加了設(shè)備負荷，增加設(shè)備運行安全風險[8]。分析表1可知，分別采用1954-1983年時段和1986-2015年時段，夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算干球溫度分別為34.7℃和34.9℃，溫度值僅僅升高了0.2℃。對制冷設(shè)備選型和運行效果影響不大。

夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算日平均溫度主要用于計算逐時室外溫度。夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算逐時溫度主要用于計算最大制冷負荷，進而確定設(shè)備選型[14]。分析表2可知，計算逐時溫度不同時刻上升幅度存在差異，01:00-06:00上升幅度最大，但是該時段常常為制冷設(shè)備使用率最低時段；11:00-18:00是空調(diào)設(shè)備使用率高峰時段，但是上升幅度最小，每隔十年的上升幅度都不大于0.2℃。

表2 1954年來邢臺夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算逐時溫度變化趨勢

2.3 夏季通風室外計算參數(shù)對建筑能耗影響

夏季自然通風計算溫度可以確定通過通風可以消除多少室內(nèi)余熱，而濕度與人體的舒適度有直接關(guān)系，進而影響到通風行為以及通風節(jié)能效果[9]。采用1954-1983年時段和1986-2015年時段夏季通風室外計算溫度分別為30.4℃和31.1℃，升高0.7℃，不利于消除室內(nèi)余熱，但升高幅度較小，增加能耗有限。1986-2015年時段與采用1954-1983年時段相比，夏季通風室外相對濕度降低4%，有利于通風節(jié)能效果。

2.4 現(xiàn)行最新的《暖通規(guī)范》是基于1971-2000年的歷史氣象數(shù)據(jù)計算相關(guān)氣象參數(shù)指標的

分析表2可知，采用1986-2015年時段與1971-2000年時段，各個氣象數(shù)據(jù)計算得出的相關(guān)值均存在一定差異，根據(jù)以上分析，將對建筑設(shè)備運行和能耗產(chǎn)生不利影響。

3 結(jié)論與討論

（1）冬季供暖室外計算溫度和空氣調(diào)節(jié)室外計算溫度升高幅度較大，對降低供暖熱負荷和取暖設(shè)備運行十分有利，在保持室內(nèi)舒適度不變的情況下，節(jié)能效益可觀；夏季空氣調(diào)節(jié)室外計算干球溫度和逐時溫度由小幅度上升，不利于降低制冷負荷，但是影響較??；夏季通風室外計算溫度上升幅度不大，對阻礙消除室內(nèi)余熱，增加能耗影響較小。夏季通風室外相對濕度降低，有利于通風節(jié)能效果。

（2）現(xiàn)用的氣象參數(shù)指標已經(jīng)不能很好的代表當前氣候的狀況，對建筑設(shè)備運行和節(jié)能產(chǎn)生不利影響，應(yīng)嘗試建立城市尺度、能快速更新和更加精細化的建筑設(shè)計氣象參數(shù)系統(tǒng)，提高適應(yīng)和應(yīng)對氣候變化的能力。

[1]劉魁星,劉書賢,麻鳳海.氣候變化影響空調(diào)室外計算參數(shù)選取的分析[J].建筑節(jié)能,2014,10（1）:1～5.

[2]中國建筑科學研究院.民用建筑采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范（GB50736～2012）[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[3]付祥釗,陳敏.關(guān)于民用建筑通風室內(nèi)外計算參數(shù)的思考[J].暖通空調(diào),2011,41（5）:26～31.

[4]王敏,徐偉,王國復,等.對冬季通風室外計算參數(shù)統(tǒng)計方法的討論[J].建筑科學,2009,25（10）:18～20.

[5]李明財,郭軍,田喆等.氣候變化對華北4個城市建筑節(jié)能設(shè)計氣象參數(shù)的影響[J].氣候變化研究進展,2011, 7（6）:407～411.

[6]文遠高,連之偉.氣候變暖對建筑能耗的影響[J].建筑熱能通風空調(diào),2003,（3）:38～39.

[7]朱寶文,侯俊嶺,哈承智等.氣候變暖對剛察縣采暖氣象指標的影響及節(jié)能潛力分析[J].氣象科技,2011,39 （6）:736～740

[8]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.城市供熱規(guī)劃規(guī)范GBT51074-2015[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2015.

[9]趙康,劉曉華,張濤,等.關(guān)于夏季空氣調(diào)節(jié)室外空氣計算參數(shù)的討論[J].暖通空調(diào),2011,41（1）:9～13.

李武龍，男（1983-），助理工程師，主要從事專業(yè)氣象服務(wù)方面研究。

邢臺市科技支撐計劃項目（2016ZZ021），邢臺建筑節(jié)能設(shè)計氣象參數(shù)服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)。