第二讲 关于中国建筑节能气候分区的探讨

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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。
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。
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
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
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
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
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。
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
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 。
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
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
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。
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
Biblioteka Baidu
图2 CDD26与夏季相对湿度图 Fig.2 CDD26 vs. Relative Humidity in summer
700
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
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。
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
1 x n
x
i 1
n
i
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 )
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。
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
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/m----2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/m----2作为冬季的 二级区划标准。
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
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,
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。
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