关于中国建筑节能气候分区的探讨

二、建筑节能气候分区的气候要素
2.1初选气候要素集 建筑节能气候分区主要考虑以下气候 要素：影响建筑热环境质量的气候要素； 影响建筑冷热耗量的气候要素；影响采暖 空调技术应用与性能的气候要素。其中， 重点是影响建筑冷热耗量和暖通空调能效 比的气候要素。
二、建筑节能气候分区的气候要素
（1）与冷热耗量有关的气候要素： ★冬季太阳辐射：太阳辐射影响建筑物得热 量，从而影响冬季采暖能耗 ★夏季气温：直接影响夏季空调能耗的大小 ★冬季气温：直接影响冬季采暖能耗的大小 ★夏季相对湿度：影响夏季湿负荷大小 ★空调天数：反映高温持续时间 ★采暖天数：反映低温持续时间
其中，Cov（Xi，Xj）是指标Xi和Xj的协方差； Var(Xi)和Var(Xj)分别为指标Xi和Xj的方差。总体 相关系数是反映两指标之间相关程度的一种特征值， 表现为一个常数。并进行统计假设 t 检验，判断其 显著性。
二、建筑节能气候分区的气候要素
（3）指标的确定
经指标间的相关分析，选取HDD18， CDD26，最冷月平均温度，冬季太阳辐 射和夏季相对湿度作为本气候区划的指标。
三、分区的指标体系
100 90 80 70 60 50 40 30 20
夏季相对湿度％
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
CDD26
图2 CDD26与夏季相对湿度图 Fig.2 CDD26 vs. Relative Humidity in summer
700
CDD 26 (ti 26) D
i 1 365
℃• d
式中，ti为典型年第i天的日平均温度；D为 1天。计算中，当（18－ti）或（ti－26）为 负值时，取（18－ti）＝0或（ti－26）＝0。
三、分区的指标体系
建筑节能的着眼点在于控制采暖和空调 降温的能耗，而采暖和空调降温的需求除了 温度的高低因素外，还与低温和高温持续的 时间长短有着密切的关系。空调度日数和采 暖度日数指标包含了冷热的程度和冷热持续 的时间长度两个因素，用它作为分区指标更 可能反映空调、采暖需求的大小。因此，建 筑节能气候分区采用采暖度日数HDD18、 空调度日数CDD26作为气候分区的一级指 标，图1为全国336个城市HDD18-CDD26 分布图。
三、分区的指标体系
采暖度日数（HDD18）：一年中，当某天的室 外日平均温度低于18℃时，将低于18℃的摄氏 温度数乘以1天并将此乘积累加，单位为℃•d， 其公式为，
HDD18 (18 ti ) D
i 1
365
℃•d
三、分区的指标体系
空调度日数（CDD26）：一年中，当某天的 室外日平均温度高于26℃时，将高于26℃ 的摄氏温度数乘以1天并将此乘积累加，单 位为℃•d，其公式为，
关于“中国建筑节能气候分区” 的探讨
高理福
一、建立“中国建筑节能气候分区”
的意义

建筑节能是一个复杂的综合问题。建 筑节能的效果，关键在于所采用的建筑节 能技术对当地气候的适应性。建筑节能技 术涉及到建筑热工、设备、材料诸方面， 各个方面与气候要素的适应关系不同。构 建各地的建筑节能体系，加强各地及国内 外的交流，都不能忽视气候差异性的影响。 合理地利用当地气候资源，构建适宜不同 建筑节能气候的建筑节能技术路线和关键 技术，需要按建筑节能体系和建筑节能气 候要素进行分区。
2000 ≤ HDD18 ＜ 3800， CDD26 ≤ 100
寒冷地区 (Ⅱ区) 夏热冬冷地区(Ⅲ 区) 夏热冬暖地区(Ⅳ 区) 温和地区 （Ⅴ区）
寒冷B区
夏热冬冷A区 夏热冬冷B区 夏热冬冷C区 夏热冬暖地区 温和A区 温和B区
2000 ≤ HDD18 ＜ 3800， 100 ＜ CDD26 ≤ 200
三、分区的指标体系
冬季太阳辐射量 MJ/m2
2000 1500 1000 500 0
图3 HDD18与冬季太阳辐射量图 Fig.3 HDD18 vs. Heat of Solar Radiation in winter
HDD18
CDD26 冬季（最冷3月）太阳辐射（MJ/m2）
年极端最低温度（℃）
年极端最高温度（℃） 夏季（最热3月）平均温度（℃）
最冷月太阳辐射（MJ/m2）
冬季（最冷3月）平均温度（℃） 最冷月平均温度（℃）
最热月平均温度（℃）
夏季（最热3月）相对湿度（％） 最热月相对湿度（％）
二、建筑节能气候分区的气候要素
严寒
寒冷 严寒 寒冷 温和 夏热冬暖 寒冷 夏热冬冷
严寒
《建筑热工设计气候分区图》
建筑热工各气候区（新）特征
气候分区 严寒A区 严寒地区 （Ⅰ区） 严寒B区 严寒C区 寒冷A区 5500 ≤ HDD18 ＜ 8000 分区依据
5000 ≤ HDD18 ＜ 5500 3800 ≤ HDD18 ＜ 5000
2.2 指标的筛选 （1）指标地域差异分析 首先对初选指标进行空间变异，以确保 指标具有地域差异，地域差异明显的指标 对于区域的划分具有鲜明的分辨率，用各 因子的空间变异系数（Cv）来区分指标空 间分辨率的强弱：
二、建筑节能气候分区的气候要素
Cv s x
2
100%
s
1 n ( xi x ) n 1 i 1
三、分区的指标体系
气候分区原则有三种：主导因素原则、综合 性原则、综合性原则和主导因素原则相结合的原 则。主导因素原则强调进行某一级区分时，必须 采用统一的指标，适合于对某一重要气候因素进 行分区；综合性原则强调分区气候的相似性，而 不必用统一的指标去划分分区，主要用于多因素 影响的气候分区。本文考虑将上述两者相结合的 第三种原则，既强调某一重要因素的影响，又需 要协调考虑其他因素。各地进行区划指标分析后， 已提出了一些建筑节能意义较明确、分区层次性 较符合客观实际和普适性强的区划指标体系。
1 x n
x
i 1
n
i
Байду номын сангаас
其中，s为标准差，x为均值，n为样本个数，区域分布明显的指标， 则变异系数大。通过计算336个城市的变异系数，舍去<20％的指标。
二、建筑节能气候分区的气候要素
（2）指标间相关分析
初始指标中，如果两指标之间相关显著，则 取其中之一即可。总体相关系数的定义式是：

Cov( X i , X j ) Var ( X i ) Var ( X j )
二、建筑节能气候分区的气候要素
（2）与暖通空调能效有关的气候要素： ★冬季太阳辐射：影响太阳能采暖的使用 ★最冷月平均温度：影响空气源热泵的使用 ★夏季相对湿度：影响蒸发冷却技术的使用 ★冬夏累积温度的差异：影响地源热泵的使 用
二、建筑节能气候分区的气候要素
根据上述7个气候要素，确定了12个气候指标作为 初始指标集（表1）供进一步处理。 表1 初选指标集 初选指标集
三、分区的指标体系
3.3 冬季太阳辐射 太阳辐射是建筑物得热的重要来源，冬季太 阳辐射量直接影响室内获取能量的多少和温度的 高低，太阳辐射量是影响冬季太阳能利用的重要 因素，冬季太阳辐射是影响建筑能耗的重要指标。 我国属于太阳能资源丰富的国家之一，全国总面 积2/3以上地区年日照时数大于2000小时，辐射 总量高于5000MJ/m2· a。图3所示为HDD18与 冬季太阳辐射量图，根据太阳辐射量的大小及冬 季可利用程度，将大于1000 MJ/m2视为太 阳能资源丰富区。因此，本气候分区考虑将最冷 3月太阳辐射热≥1000 MJ/m2作为冬季的 二级区划标准。
三、分区的指标体系
700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1000 2000 3000 4000 HDD18 5000 6000 7000 8000
CDD26
图1 全国336个城市HDD18-CDD26分布图 Fig.1 HDD18-CDD26 of 336 Cities in China
一、建立“中国建筑节能气候分区”
的意义

中国现有关于建筑的气候分区主要有 《建筑气候区划标准》（GB50178-93） 中的建筑气候区划和《民用建筑热工设计 标准》（GB50176-93）中提出的建筑热 工设计分区。
一、建立“中国建筑节能气候分区”
的意义

建筑气候区划反映的是建筑与气候的 关系，主要体现在各个气象基本要素的时 空分布特点及其对建筑的直接作用，显示 的是建筑与气候的密切关系。建筑气候区 划以累年一月和七月平均气温、七月平均 相对湿度等作为主要指标，以年降水量、 年日平均气温≤5 ℃和≥25 ℃的天数等作 为辅助指标，将全国划分成七个一级区 。
600 ≤ HDD18 ＜ 2000， HDD18 ＜ 600，
一、建立“中国建筑节能气候分区”
的意义

建筑节能除了要求建筑尤其是热工的 气候适应性外，还要求采暖空调技术的气 候适应性。建筑气候分区和民用建筑热工 分区所涉及的要素与建筑节能技术不完全 一致，建筑节能体系的建设不能简单地按 建筑气候分区和民用建筑热工分区来确定。 建筑节能气候分区以考虑降低建筑冷热耗 量，提高采暖空调能源利用效率为主，为 合理构建建筑节能技术提供指导，从而实 现降低建筑能耗的目的。
三、分区的指标体系
3.1 HDD18和CDD26 目前，对建筑能耗按气候条件进行修正的方法 都基于这样的假设：建筑能耗可以分为两个部分， 一部分是与气候条件息息相关的（如空调能耗、采 暖能耗），并认为这部分能耗与气候参数（主要是 室外空气温度、空调天数/采暖天数）成线性关系， 另一部分能耗与气候条件无关，终年几乎不变（如 用于照明、办公设备等系统的能量）。基于这样的 假设，国际上通用的方法首先是度日法（DD法， DEGREE-DAY METHOD）。它是根据稳态传热的 理论发展起来、最初用于估计建筑的全年采暖能耗 的一种方法。对于居住建筑，通常用采暖度日数 HDD18和空调度日数CDD26衡量当地寒冷和炎热 的程度。
1000 ≤ HDD18 ＜ 2000， 50 ＜ CDD26 ≤ 150 1000 ≤ HDD18 ＜ 2000， 150 ＜ CDD26 ≤ 300 600 ≤ HDD18 ＜ 1000， 100 ＜ CDD26 ≤ 300 HDD18 ＜ 600， CDD26 ＞ 200 CDD26 ≤ 50 CDD26 ≤ 50
三、分区的指标体系
3.2 夏季相对湿度 气候参数中湿度不可忽略，空气湿度决定着 蒸发潜力的大小，尤其是夏季的湿度，蒸发冷却 技术在干燥和比较干燥的地区，可以替代常规空 调实现舒适性，其COP值高，从而可以大大节省 空调制冷能耗。文献[3]利用温度和湿度将我国 蒸发冷却技术适用区划分为东西两区，其中东区 潮湿，西区干燥，西区蒸发冷却技术有很大的应 用潜力。图2是CDD26和夏季相对湿度图，根据 蒸发冷却技术的气候适应性，确定将夏季相对湿 度≤50％，作为夏季的二级区划标准。
三、分区的指标体系
建筑节能气候分区指标体系主要有以下几方面： HDD18，CDD26表明冷热累积时间与全年累积冷热 耗量，建筑节能的经济效益与回报； HDD18与CDD26之间的相对差影响地源热泵的适 用；最冷月平均温度表现冬季环境条件，影响气源热泵 的应用； 冬季太阳辐射影响太阳能的利用；夏季相对湿度的大 小决定蒸发冷却技术的应用。因此本气候分区根据主导 性原则将HDD18 、CDD26作为一级分区指标； 根据综合性原则将最冷月平均温度，冬季太阳辐射和 夏季相对湿度作为二级分区指标。
一、建立“中国建筑节能气候分区”
的意义

建筑热工分区反映的是建筑热工设计 与气候的关系，主要体现在气象基本要素 对建筑物及围护结构的保温隔热设计的影 响。建筑热工设计分区用累年最冷月（即 一月）和最热月（即七月）平均温度作为 分区主要指标，累年日平均温度≤5℃和 ≥25℃的天数作为辅助指标，将全国划分 成五个区，即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏 热冬暖和温和地区，并提出相应的设计要 求[2]。
三、分区的指标体系
根据HDD18和CDD26在图1中的散点分布 特征，以1000、2000、3800为界： 将HDD18划分为4级，分别代表冬季温 暖0～1000，冷1000～2000，寒冷2000～ 3800，严寒3800～8000； 以50为界，将CDD26划分为2级，分别 代表夏季凉爽0～50，热50～650。