氣候變化對室外設(shè)計條件和冷負(fù)荷峰值的影響

楊 柳，齊靜妍，霍旭杰，牛兵兵

(西安建筑科技大學(xué) 建筑學(xué)院，陜西 西安 710055)

目前關(guān)于氣候變化對建筑能耗的影響及其緩解方法的研究很多，這些研究大都采用建筑能耗模擬或度日的方法，根據(jù)不同的排放情況使用未來的氣象數(shù)據(jù)，研究未來多年建筑能耗的變化，并提出了可能的緩解措施[1-10].同時，還對氣候變化對一般建筑環(huán)境設(shè)計的影響進(jìn)行了研究，特別是關(guān)于供暖、通風(fēng)和空調(diào)設(shè)備的室外設(shè)計條件的研究.這些研究通過分析干球溫度或濕球溫度變化的歷史測量數(shù)據(jù)[11-14]和基于大氣環(huán)流模型的未來氣象數(shù)據(jù)[15-16]的變化，發(fā)現(xiàn)了干球溫度和濕球溫度均有上升的趨勢，并預(yù)計未來幾年的冷負(fù)荷峰值將會增加.這個發(fā)現(xiàn)對于確定冷卻設(shè)備的大小具有重要意義，大多數(shù)HVAC和相關(guān)的建筑能源系統(tǒng)在進(jìn)行重大改造或更換之前通常有大約20年之久的壽命.目前大多數(shù)研究都集中在分析干球溫度和濕球溫度的潛在趨勢，很少有人研究極端或接近極端的干球溫度和濕球溫度同時發(fā)生的情況以及相應(yīng)的室外空氣焓值.溫度升高不一定會導(dǎo)致更極端的室外設(shè)計條件和更大的冷負(fù)荷峰值，例如當(dāng)最大設(shè)計干球溫度的同時發(fā)生濕球溫度呈下降趨勢時，相應(yīng)的室外空氣焓值會降低，從而導(dǎo)致冷負(fù)荷峰值也降低[17-18].這是因為由于室外空氣焓值降低而減少的新風(fēng)負(fù)荷超過了由于全球變暖而增加的通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)熱增益.

本文通過分析長期干球溫度和濕球溫度的同時發(fā)生情況，確定當(dāng)設(shè)計干球溫度和設(shè)計濕球溫度以及相應(yīng)的室外空氣焓值同時發(fā)生時室外設(shè)計條件是否有增加或減少的趨勢.研究了氣候變化導(dǎo)致的室外設(shè)計條件的變化趨勢，并量化了不同氣候下冷負(fù)荷峰值降低的可能性.還討論了采用焓控制的省熱裝置循環(huán)系統(tǒng)下的HVAC系統(tǒng)的含義，以及確定冷負(fù)荷峰值的同時發(fā)生輻射強度的相關(guān)概念.

1 主要氣候區(qū)和代表城市

中國的氣候南到亞熱帶，北到溫帶[19].建熱工設(shè)計分區(qū)主要有五種，即嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、溫和和夏熱冬暖.這種簡單的氣候分類主要涉及傳導(dǎo)熱增益/損失和相應(yīng)的隔熱問題[20].本研究選擇了每個主要氣候區(qū)中的一個城市作為代表，選擇標(biāo)準(zhǔn)主要基于兩個因素：首先，所選的城市必須在經(jīng)濟(jì)活動和人口密度方面具有合理的代表性，這樣才能對全國建筑節(jié)能計劃和環(huán)境政策產(chǎn)生較大影響；其次，它需要具有分析所需的長期實測氣象數(shù)據(jù).據(jù)此選擇了哈爾濱、北京、武漢、昆明和廣州分別代表嚴(yán)寒、寒冷、夏熱冬冷、溫和和夏熱冬暖地區(qū).圖1顯示了五個主要氣候區(qū)和相應(yīng)的五個代表性城市的總體布局，圖2是從中國國家氣象中心獲得的五個城市當(dāng)?shù)貧庀笳镜?3年長期實測(1971-2013年)干球溫度和濕球溫度.

圖1 主要氣候區(qū)和五個城市的位置Fig.1 Major climate zones and locations of the five cities

2 溫度和焓的長期趨勢

在一般工程實踐中，干球溫度和濕球溫度是決定HVAC系統(tǒng)設(shè)計和分析室外設(shè)計條件的兩個氣象參數(shù).

圖2 1971-2013年溫度變化趨勢Fig.2 Long term(1971-2013) temperature trends (SD = standard deviation)

圖2顯示了這兩種溫度在43年(1971-2013)期間的年變化.干球溫度的標(biāo)準(zhǔn)差在廣州為0.5℃，哈爾濱為0.9℃；濕球溫度的標(biāo)準(zhǔn)差在廣州為0.4℃，哈爾濱為0.7℃.可以看出干球溫度比濕球溫度變化更大，南方溫暖氣候區(qū)的年變化小于北方寒冷氣候區(qū).盡管有變化，但干球溫度和濕球溫度都有明顯的上升趨勢.為了確定季節(jié)變化是否有差異，本文考慮了夏季和冬季的長期趨勢，以最熱月份(6～8月)和最冷月份(12～2月)作為夏季和冬季進(jìn)行研究.表1顯示了干球溫度和濕球溫度的長期趨勢，五個城市的全年、夏季和冬季的所有桿球溫度斜率均為正值，即均呈上升趨勢，冬季的濕球溫度也有類似的上升趨勢.北京、武漢和廣州的夏季濕球溫度顯示出明顯的下降趨勢，這些地區(qū)在炎熱的夏季通常需要大幅降溫.昆明的季節(jié)性溫差比較明顯，冬季比夏季高出一倍多.為了更清楚地認(rèn)識氣候?qū)VAC設(shè)計和分析的影響，本文從干球溫度和同時發(fā)生濕球溫度確定了空氣焓值，因為HAVC的設(shè)計和分析涉及到新風(fēng)焓(即能源含量)的變化，而不僅僅是干球或濕球溫度的變化，特別是當(dāng)采用焓控制的省熱裝置循環(huán)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)新風(fēng)比以充分利用“自然冷卻”[21-23]時.表1還顯示了焓值的長期趨勢，在所有五個城市中，焓值和濕球溫度顯示出相同的上升和下降趨勢，這說明了新風(fēng)焓值潛在分量的重要性.廣州全年和夏季的室外空氣焓值略有下降，表明在炎熱潮濕的夏季中潛冷的重要性，這涉及到室外設(shè)計條件選擇中干球溫度峰值和濕球溫度峰值是否同時發(fā)生的問題.如果相應(yīng)的焓值較低，寒冷的天氣不一定會導(dǎo)致更嚴(yán)格的室外設(shè)計條件和更大的HAVC.因此，分析室外設(shè)計條件在長期趨勢中的同時發(fā)生情況，并研究近年來的氣候變化對設(shè)計條件和相應(yīng)的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷峰值的影響非常重要.

表1 1971-2013年干、濕球溫度和焓變趨勢 (正值為上升，負(fù)值為下降)Tab.1 Slopes of the long-tern(1971-2013) dry-bulb temperature(DBT),wet-bulb temperature(WBT) and enthalpy trends(positive=rising,negative=decreasing)

3 室外設(shè)計條件的變化

熱負(fù)荷計算和HVAC設(shè)備選型時廣泛應(yīng)用的計算參數(shù)是代表極端或接近極端條件的室外干球和濕球溫度[17,24].一般方法是分析逐時溫度的出現(xiàn)頻率和累積頻率分布，基于該頻率為特定地區(qū)或特定氣候選擇室外設(shè)計條件.

3.1 設(shè)計條件的差異

一般來說，計算參數(shù)有兩組主要的干球溫度和濕球溫度：一是設(shè)計干球溫度(DDBT)和設(shè)計濕球溫度(DWBT)；二是設(shè)計干球溫度DDBT和同時發(fā)生濕球溫度(CWBT)，這里的CWBT定義為DDBT下所有濕球溫度的平均值.DDBT和DWBT在室外設(shè)計參數(shù)計算時的取值是分別單獨統(tǒng)計的，代表了最極端狀態(tài)下的負(fù)荷，即最大負(fù)荷情況；DDBT和CWBT是同時刻同狀態(tài)的空氣中的干球溫度與濕球溫度.目前的設(shè)備選型等計算一般都采用DDBT和DWBT，得到的是滿足最極端情況的結(jié)果，但存在的問題是這個最大負(fù)荷情況不一定真實存在，可能會造成計算結(jié)果偏大.通常情況下選擇CWBT比選擇DWBT更為準(zhǔn)確實際，因為極端干球溫度和極端濕球溫度同時發(fā)生的概率要低于這兩個極端溫度單獨出現(xiàn)的概率.為了解基于這兩對極端溫度的室外設(shè)計條件在不同氣候區(qū)域的差異，分析了干球溫度和濕球溫度的累積出現(xiàn)頻率，并總結(jié)了五個城市的累積分布情況，如圖3所示.一般認(rèn)為以30 a為周期的氣候條件可以代表當(dāng)?shù)氐闹饕鞖鉅顩r[25]，因此這些分布是基于最新的30 a(1984-2013年)長期數(shù)據(jù)，分布的兩端表示極端和接近極端的情況.一般的工程實踐是根據(jù)某些極端情況在一年中可能發(fā)生的頻率來選擇室外設(shè)計條件，在這項研究中考慮了五個不同的顯著性水平：夏季為0.4%、1%和2%，冬季為99%和99.6%.在這五個顯著性水平下確定了五個城市的室外設(shè)計條件，總結(jié)見表2.可以看出，基于DDBT/DWBT的室外設(shè)計條件比相應(yīng)的同時發(fā)生條件更為極端.選取的濕球溫度的差異(即CWBT減去干球溫度)，從哈爾濱在顯著性水平為99.6%(冬季)下的0.1℃到北京在顯著性水平為0.4%(夏季)下的-5.6℃不等.在冬季，CWBT高于DWBT，表明五個城市的冬季設(shè)計條件都不是特別極端.在夏季，CWBT比DWBT小，這也表明室外設(shè)計條件沒有那么極端，夏季的差異往往比冬季更大.此外，對于高不保證率要求下(即在0.4%的顯著性水平上)，其差異要大于一般要求(即在1%和2%的顯著性水平上).在廣州，基于DDBT/DWBT和DDBT/CWBT的夏季室外設(shè)計條件在1%顯著性水平上且在選定的濕球溫度下的差異是1.3℃.這表明，如果考慮到同時發(fā)生，那么夏天可以采用濕度較低的條件.如果選擇了基于DDBT / DWBT的過于極端的條件，則HVAC設(shè)備選型(就潛在冷卻而言)將過大，這會對空調(diào)設(shè)備產(chǎn)生重要的能耗影響，廣州夏季炎熱潮濕，潛在冷卻在整個建筑冷負(fù)荷中占很大比例.

圖3 五個城市的干、濕球溫度累積頻率分布Fig.3 Cumulative frequency distributions for dry-bulb and wet-bulb temperatures for the five cities(1984-2013)

表2 DDBT、DWBT與CWBT及其對應(yīng)焓值在不同顯著性水平下的差異(1984-2013)Tab.2 Summary of design DBT(DDBT) with design WBT(DWBT), DDBT with its coincident WBT(CWBT) and corresponding enthalpy at different significance levels(1984-2013)

為了解設(shè)備的超大型程度，確定了相應(yīng)的焓值，總結(jié)如表2所示.可以看出焓差從哈爾濱99.6%顯著性水平(冬季)下的0.1 kJ/kg到北京0.4%顯著性水平(夏季)下的-22.2 kJ/kg不等.同樣，在高不保證率要求下的焓值往往比一般要求下有更大的差異.就熱負(fù)荷和冷負(fù)荷峰值而言，新風(fēng)焓差主要影響新風(fēng)負(fù)荷和滲透熱得失.為了更好地了解對熱負(fù)荷、冷負(fù)荷峰值的影響以及相應(yīng)的設(shè)備規(guī)模，我們建立了一個通用辦公樓模型[6].通用辦公樓模型是一個35 m×35 m，層高3.4 m的40層幕墻建筑，總建筑面積為49 000 m2.全空調(diào)辦公建筑的HVAC設(shè)計，室內(nèi)為正壓，以最大限度地減少滲透熱的增加或損失.當(dāng)HVAC系統(tǒng)在辦公時間之外(例如晚上)關(guān)閉時，滲透仍會發(fā)生，當(dāng)HVAC在早晨開啟時，這將成為“下拉”負(fù)載.但是和新風(fēng)負(fù)荷相比，由此產(chǎn)生的熱增益或熱損失往往較小可以忽略.示例中只考慮了新風(fēng)負(fù)荷.室內(nèi)設(shè)計條件假設(shè)冬季為20℃/40%相對濕度(RH)，夏季為25℃/50%RH，新風(fēng)量為8.3 L/s·人-1，人口密度為10 m2/人[26-27].表3總結(jié)了五個城市的新風(fēng)負(fù)荷設(shè)計值偏大的情況，在夏季，武漢、廣州對新風(fēng)負(fù)荷設(shè)計值在2%顯著性水平上的偏大率為5.6%，北京在0.4%顯著性水平上為37.6%.可以看到武漢和廣州(夏季都炎熱潮濕)設(shè)計值偏大的比例最低，出現(xiàn)這個結(jié)果是因為這兩個城市在濕球溫度和焓值方面的差異最小(參見表2).除此之外，從北部的寒冷氣候轉(zhuǎn)移到南部的溫暖氣候時并沒有特定的趨勢或模式.在冬季，哈爾濱的新風(fēng)負(fù)荷計算偏大量為0.3%(99.6%顯著性水平)，武漢為25%(99.6%顯著性水平).與夏季相似，在冬季沒有觀察到與氣候相關(guān)的模式.就實際功率而言，夏季條件下對新風(fēng)負(fù)荷的設(shè)計值設(shè)定偏大的差異很大，從廣州2%顯著性水平下的219.6 kW到北京0.4%顯著性水平下的1 083.4 kW.全空調(diào)辦公建筑中，由電氣照明產(chǎn)生的熱增益通常被視為建筑總冷負(fù)荷峰值的主要組成部分之一.為了正確評價設(shè)計值偏大的程度，對新風(fēng)負(fù)荷偏大導(dǎo)致的冷負(fù)荷與電氣照明導(dǎo)致的冷負(fù)荷進(jìn)行了比較，估計了電照明引起的內(nèi)部熱增益以及由此產(chǎn)生的冷負(fù)荷.根據(jù)當(dāng)前的工程實踐和當(dāng)?shù)氐脑O(shè)計、能源規(guī)范[26-27]，假定電照明的功率密度為9 W/m2，冷負(fù)荷為441 kW.從表3中可以看出，在五個主要氣候區(qū)的三個不保證率水平上，由于新風(fēng)負(fù)荷偏大造成的冷負(fù)荷的確很顯著，約為40層寫字樓內(nèi)整個照明設(shè)備散熱造成的冷負(fù)荷的一半(武漢和廣州為2%顯著性水平)至近三倍(北京為0.4%顯著性水平).

表3 新風(fēng)負(fù)荷偏大情況Tab.3 Summary of over-estimation of fresh air load

3.2 室外設(shè)計條件的年變化

研究表明，室外設(shè)計條件選擇不當(dāng)會影響冷負(fù)荷峰值，從而影響HVAC設(shè)備的選型，氣候變暖也會影響供暖和制冷系統(tǒng)的選擇.普遍認(rèn)為由于氣候變化，極端天氣會發(fā)生得更頻繁.然而如前文所述，氣溫上升不一定會導(dǎo)致更極端的室外設(shè)計條件和更大的冷負(fù)荷峰值.如果濕球溫度與設(shè)計干球溫度峰值一致呈下降趨勢，則會降低焓值，從而降低冷負(fù)荷峰值.為了分析室外設(shè)計條件的增減趨勢，在評估氣候變化對冷/熱負(fù)荷峰值和HVAC選型的影響之前，需要研究其DDBT及CWBT的年變化.本文在5個顯著性水平上測定了43年間(1971-2013年)各年的DDBT和CWBT，表4匯總了5個城市的DDBT、CWBT和相應(yīng)的焓值的上升(正)或下降(負(fù))的趨勢.在冬季設(shè)計條件(即99.6%和99%顯著性水平)下，所有五個城市的DDBT、CWBT和焓值都有增加的趨勢，這表明由于五個主要氣候區(qū)的氣候變暖，冬季室外設(shè)計條件變得不那么極端.夏季的情況(即0.4%、1%和2%的顯著性水平)與冬季相似，DDBT在所有五個城市的三個顯著性水平上均呈上升趨勢.無論氣候類型如何，全球變暖都會導(dǎo)致氣溫上升.除了昆明溫和氣候下的0.4%顯著性水平情況外，其余五個城市的CWBT和室外空氣焓值均呈下降趨勢，但上升趨勢斜率只有0.02，在整體趨勢上可以忽略不計.CWBT和焓值的下降趨勢表明，盡管由于全球變暖導(dǎo)致干球溫度有上升趨勢，但當(dāng)選擇濕度較低的條件時，夏季冷負(fù)荷峰值會較低，特別是對于潛熱較大的地區(qū).因此，確定氣候變暖是否確實會導(dǎo)致冷負(fù)荷峰值的增減非常重要.

表4 DDBT、CWBT和焓值的年變化趨勢(1971-2013)Tab.4 Slopes of the yearly variations in design dry-bulb temperature(DDBT), coincident wet-bulb temperature(CWBT) and enthalpy during the 43-year period(1971-2013)

3.3 氣候變化及其對冷、熱負(fù)荷峰值的影響

過去人們普遍認(rèn)為，30年記錄的“標(biāo)準(zhǔn)”值和主要氣候特征是相對穩(wěn)定的，當(dāng)最早的10年測量氣象數(shù)據(jù)被最新的10年記錄[28]所取代時其氣候特征變化很小.鑒于近年來有越來越多的研究數(shù)據(jù)表明全球變暖，分析氣候變化是否會影響基于既定準(zhǔn)則的室外設(shè)計條件的選擇非常重要.為了研究氣候變化對室外設(shè)計條件的影響，以及由此產(chǎn)生的熱負(fù)荷和冷負(fù)荷峰值，本文考慮了兩個30 a的記錄期(1971-2000年和1984-2013年).這兩個記錄期代表了本研究采用的43 a(1971-2013年)長期氣象數(shù)據(jù)中最早和最近的30 a.表5總結(jié)了兩個30 a記錄期的DDBT、CWBT和根據(jù)這兩個30 a記錄確定的相應(yīng)焓值.可以看出，基于最近30 a(1984-2013年)的DDBT在五個城市的所有顯著性水平上都高于基于1971-2000年的DDBT，再次印證了由于全球變暖，干球溫度有逐漸上升的趨勢的結(jié)論.DDBT的差異(即1984-2013年與1971-2000年的差值)從哈爾濱的0.2℃(0.4%和1%顯著性水平)到昆明的1.4℃(99%和99.6%顯著性水平)不等.冬季往往比夏季有更大的差異，這表明在1971-2013年的43年間，冬季氣溫的上升速度比夏季快.CWBT的差異在夏季和冬季表現(xiàn)出不同的趨勢，冬季CWBT在1984-2013年期間高于1970-2000年期間，差異范圍從昆明顯著性水平99.6%下增加0.1℃到北京顯著性水平99.6%下增加1.5℃；夏季CWBT在1984-2013年期間低于1970-2000年期間，差異范圍從哈爾濱顯著性水平1%下的0.1℃到昆明顯著性水平0.4%下的2.4℃.焓值的變化與CWBT的變化相似，冬季焓值的增加從哈爾濱99.6%顯著性水平的0.2kJ/kg到昆明99%顯著性水平的2.4 kJ/kg不等，夏季焓值的變化范圍從哈爾濱1%顯著性水平的0.4 kJ/kg到哈爾濱0.4%顯著性水平的8.5 kJ/kg.

表5 兩個30a周期(1971-2000和1984-2013)的DDBT、CWBT和焓值Tab.5 Summary of design DBT(DDBT),coincident WBT(CWBT) and enthalpy based on two 30-year periods(1971-2000 and 1984-2013)

為了確定夏季的冷負(fù)荷峰值大小，本文對這五個城市的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱增量和新風(fēng)負(fù)荷進(jìn)行了測定.基于前面3.1節(jié)提到的一般建筑進(jìn)行估算，DDBT升高導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)荷載的三個主要組成部分(即通過墻體、窗戶和屋頂)的傳導(dǎo)熱增加，以及焓變減小導(dǎo)致新風(fēng)負(fù)荷減少.有關(guān)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的資料見表6.計算中假定窗墻比為40%，圖4顯示了這五個城市在2%顯著性水平下建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱增量和新風(fēng)負(fù)荷變化的情況，建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱增量從哈爾濱的6 kW到昆明的23 kW不等，新風(fēng)負(fù)荷降低幅度從武漢的48.8 kW到北京的107.4 kW不等.通過這些研究可以觀察到兩點，首先，當(dāng)從北方的寒冷氣候轉(zhuǎn)移到南方的溫暖氣候時沒有特定的趨勢或模式；其次，與所有五個城市新風(fēng)負(fù)荷的減少相比，通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(即墻、窗和屋頂)的傳導(dǎo)熱增益增加的幅度很小.這說明由于DDBT的適度增加，新風(fēng)負(fù)荷的減少量往往會超過熱傳導(dǎo)的略微增加量，這使得武漢的冷負(fù)荷峰值凈減少了34 kW，北京則減少了95.6 kW.這個研究結(jié)果表明氣候變化不會像普遍預(yù)期的那樣導(dǎo)致需選用更大型的制冷設(shè)備.事實上，由于CWBT減小，焓值也會更小，室外設(shè)計條件不那么極端，所以稍小型的制冷設(shè)備就可以滿足.本文對冬季也進(jìn)行了在99%顯著性水平下的類似分析，圖5總結(jié)了五個城市傳導(dǎo)熱損失和新風(fēng)負(fù)荷的變化以及相應(yīng)的采暖負(fù)荷峰值降低的情況.通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱量損失減少幅度從武漢的11.6 kW到昆明的53.7 kW不等，新風(fēng)負(fù)荷減少幅度從哈爾濱的29.3 kW到昆明的117.1 kW不等.新風(fēng)負(fù)荷的減少很大程度上降低了導(dǎo)熱熱損失，說明了焓變的重要性.

表6 基于各城市規(guī)范的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)Tab.6 U-values for wall and window based on the design/energy code in the five cities(Ref.[27]) W/(m2·K)

圖4 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱增益、新風(fēng)負(fù)荷和 冷負(fù)荷峰值的變化Fig.4 Summary of changes in building envelope conduction heat gain, fresh air load and peak cooling loads

圖5 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳導(dǎo)熱損失、新風(fēng)負(fù)荷和 熱負(fù)荷峰值的變化Fig.5 Summary of changes in building envelope conduction heat loss, fresh air load and peak heating loads

4 討論

實際工況下往往會受到太陽輻射的影響.

一般的工程做法是根據(jù)建筑的冷負(fù)荷峰值來確定HVAC設(shè)備的大小，而建筑的冷負(fù)荷峰值又根據(jù)室外設(shè)計條件(即DDBT/CWBT)和通過窗戶和天窗的最大輻射熱量(如果有的話)來確定，其中最大輻射強度(W/m2)并不總是與室外最高溫度一致.因此另一種更合適的方法是使輻射強度與DDBT/CWBT同時發(fā)生，這種方法的主要困難是太陽輻射和DDBT/CWBT的同時發(fā)生情況因設(shè)計不同而不同.不同朝向、寬高比的建筑物在一天中的不同時間和一年中的不同時間會有不同的太陽熱增益峰值.根據(jù)設(shè)想，與DDBT/CWBT同時發(fā)生的太陽輻射熱增益將小于相應(yīng)的峰值.例如透過水平屋頂?shù)奶齑暗奶枱崃?，水平表面上的最大輻射強度出現(xiàn)在太陽高度達(dá)到最大時.理論上，這發(fā)生在中午12點(太陽時間)，但實際上室外干球溫度的峰值往往出現(xiàn)在下午.因此，與DDBT/CWBT一致的水平天窗獲得的輻射熱量將小于中午的峰值.逐時建筑能耗模擬可以通過分析每小時冷負(fù)荷來考慮建筑負(fù)荷的差異性和一致性[29-31]，但這往往是針對特定的建筑設(shè)計和能量分析，而不是針對一般的建筑和工程應(yīng)用.本文認(rèn)為，在確定冷負(fù)荷峰值和相應(yīng)的HVAC規(guī)模時，應(yīng)考慮同時發(fā)生輻射熱增益的概念.與DDBT/CWBT同時發(fā)生的輻射強度信息對建筑師和工程師很有用，特別是在考慮不同建筑方案的初始設(shè)計階段.因此作者認(rèn)為應(yīng)開發(fā)一個數(shù)據(jù)庫，其中包含基于中國不同氣候區(qū)內(nèi)所有主要城市的實測全球太陽輻射的八個主要方位的DDBT/CWBT和水平面的不同保證率水平的太陽輻射強度(W/m2)信息.此外，鑒于人們對建筑物集成光伏應(yīng)用的興趣與日俱增，還應(yīng)開發(fā)包含不同方向、不同重要度的太陽可用性信息(以MJ/m2為單位的日均太陽輻射量)的數(shù)據(jù)庫.這將使設(shè)計者對他們提議的BIPV方案可能的太陽能潛力有一個很好的了解.這些數(shù)據(jù)庫應(yīng)構(gòu)成建筑和HVAC設(shè)計的更全面的本地設(shè)計指南/規(guī)范的一部分.

5 結(jié)論

本文研究了中國五大氣候帶內(nèi)五個城市43 a(1971-2013年)長期實測的干球和濕球溫度，以及相應(yīng)的新風(fēng)焓.還通過分析兩個30年周期(1971-2000年和1984-2013年)的設(shè)計干球溫度(DDBT)和同時發(fā)生濕球溫度(CWBT)，研究了氣候變化對室外設(shè)計條件和冷負(fù)荷峰值的影響.結(jié)論如下：

1984-2013年的DDBT有高于1971-2000年的趨勢，但1984-2013年的CWBT和相應(yīng)的室外焓在不同的保證率水平上均小于1971-2000年.與因新風(fēng)焓降低而減少的新風(fēng)負(fù)荷相比，由于溫度升高而增加的通過建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳導(dǎo)熱增益相對較小.這導(dǎo)致了所有五個主要氣候區(qū)的冷負(fù)荷峰值都有所降低.這與人們普遍認(rèn)為的全球變暖將導(dǎo)致更嚴(yán)格的室外設(shè)計條件，從而導(dǎo)致更高的冷負(fù)荷峰值和更大的供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)設(shè)備的觀點相反.