Mahoney列表法在節能設計中的應用研究——以上海氣候為例

夏博+趙敬源

摘 要：Mahoney列表法是一種建筑外部環境的科學分析方法，通過一系列表格分析，得出針對當地氣候的建筑設計策略。為了研究Mahoney列表法在建筑建筑節能設計中的應用，本文以上海為例，利用Mahoney列表法結合上海的氣象資料對上海的建筑進行了研究，并提出了一系列適合上海氣候特征的節能設計策略。并根據上海的氣候特征和人們的生活特點，對Mahoney列表法提出的策略的局限性進行了分析。

關鍵詞：Mahoney列表法；上海；建筑節能設計

中圖分類號：TU111.3 文獻標識碼：A

前言

Mahoney列表法是由倫敦熱帶建筑研究協會與英國發展部根據外部氣候環境提出的一種建筑分析和設計方法。它的提出是基于建筑設計的三個階段：建筑構思階段、方案設計階段和建筑細部設計。為了把這三個階段的設計與當地氣候系統的聯系起來，Mahoney方法是通過一系列表格分析，把當地氣候與建筑的設計聯系起來，最后得出針對當地氣候的建筑被動式的節能設計方法，因而這種方法被稱為“Mahoney列表法”。對于人體熱舒適的分析中，Mahoney列表法采用了有效溫度法（SET）。Mahoney列表法通過四個階段的分析：外部環境數據分析、熱舒適分析、環境指標分析和設計方法建議，把當地的外部氣候與具體的建筑節能設計策略聯系起來。

為了研究Mahoney列表法在建筑節能設計中的應用，以及研究氣候和當地建筑節能設計之間的關系，提出適合當地氣候特征的建筑節能設計策略，本文以上海為例，利用Mahoney列表法來分析的上海氣候與上海建筑節能設計策略之間的聯系。

1.上海氣象數據分析

Mahoney列表法主要分析氣象數據中的以下幾個參數：全年溫度、濕度和降水。本文研究的氣象數據來自于《中國建筑熱環境分析專用氣象數據集》（由中國建筑工業出版社出版，其中的氣象參數完全來自于當地氣象臺多年的觀測數據），因而數據保證真實可靠。本文首先利用氣象數據對上海室外環境的氣候條件進行了分析分析，分析結果見表1。

表1中的AMT表示年平均溫度：AMT=（年最高溫度+年最低溫度）/2；AMR表示年溫度波動：AMR=年最高溫度-年最低溫度。表1中的濕度類別是根據當月的平均相對濕度來定義的：當平均相對濕度小于30%時為濕度類別為1；相對濕度30%-50%時濕度類別為2；相對濕度50%-70%是濕度類別為3；相對濕度大于70%時為濕度類別為4。

2.熱舒適分析

由于人們具有較強的對氣候的適應性，因而Mahoney方法根據不同的溫度、濕度參數確定了不同的氣候類型區，每個氣候類型區的人體舒適參數都是不同的，從而反映人對氣候的適應性。人們對氣候的適應性最要體現在對溫度和濕度的適應，因而Mahoney方法通過平均溫度值AMT的高低來劃分不同的溫度范圍，其劃分為三個溫度范圍：分別為大于等于20℃、15到20℃之間和小于15℃。同樣根據濕度的不同分為四個范圍，分別是：相對濕度在0到30%之間，30%到50%，50%到70%和大于70%。另外人們在白天和黑夜衣著、活動方式和新陳代謝量都存在差異，因而Mahoney方法分別對白天和夜間兩個時間段限定了熱舒適范圍，見表2。

3.每個月的熱舒適情況分析

根據每個月氣象參數中白天和夜間的溫度平均最大值和最小值與表2中的舒適指標相對比，來確定當月的熱舒適情況，分別用H、C和N表示：

高于月平均舒適溫度范圍——H；

低于月平均舒適溫度范圍——C；

月平均舒適溫度范圍內——N

通過分析上海的氣象參數，上海室外氣候與建筑熱舒適之間的關系如表3所示。

為了把室外氣候與建筑的節能設計策略聯系起來，Mahoney方法提出了一系列氣候與建筑節能設計策略的對應關系，見表4。本文根據表4的判讀依據和表3的氣候分析結果，進行統計分析，結果見表5。

4.基于Mahoney列表的建筑節能設計策略

Mahoney建立了上海氣候參數和建筑節能設計策略之間的關系，見表6。利用表5的分析結果，在表6中可以直接得到上海氣候下的建筑節能設計策略。

5.結論

1） 上海的氣候對室內環境的不利影響較大，因而要求建筑對不利的外部氣候具有較高的控制能力。上海全年只有約為16.7%左右（表3）的室外氣候能夠保證是內環境是舒適的，也就是說上海全年只有16.7%的時間，建筑沒有采暖或是制冷的要求，不需要消耗任何能源，室外氣候可以保證室內環境的熱舒適要求。

2） 上海的氣候條件要求建筑節能設計中不僅要考慮炎熱環境對建筑熱舒適的影響，還要考慮寒冷環境對建筑的影響。上海全年海全年除了16.7%的時間，其他時間的室外環境都會對室內環境產生不利影響，必須依靠建筑的被動式手段或是消耗一定的能源來保證室內環境的舒適。其中炎熱環境的時間大約占了33.3%，6月到9月之間，無論白天和夜晚始終處于熱不舒適狀態，對于這種炎熱環境，表6中建議采用單側布置房間，有利通風和輕質隔熱屋面等設計策略；還有50%的時間建筑是處于寒冷環境下（圖1），從11月到4月間均存在冷不舒適的狀況，對于上海的寒冷環境表6中提出的空間開敞，但要防止冷、熱風侵入等設計策略。通過這些被動的設計策略來減少建筑的能源消耗。

3） Mahoney列表法對上海氣候分析中存在一定的局限性。Mahoney列表法來自于對炎熱氣候環境下建筑的熱舒適研究，所以在上文對上海氣候的分析中，比較真實地反映了夏季上海的熱舒適情況。但是上海屬于夏熱冬冷地區，人們長期處于夏熱冬冷環境下，不僅對夏季的炎熱有一定的適應和耐受力，相對于居住于熱帶地區的人們，上海人對冬季的寒冷環境具有更強的耐受力，因而Mahoney列表法低估了上海人對寒冷環境的耐受力，因而對于上海冬季環境的評價可能存在一定的誤差，上海實際的冷不舒適狀況要小于50%。雖然上海居民對寒冷環境具有較好的耐受力，但是建筑的本質是為人們提供舒適的室內環境，所以對于上海建筑的節能設計同樣需要注重冬季寒冷情況的處理。

[1] Ali Sayigh， A. Hamid Marafia， Thermal comfort and the development of bioclimatic concept in building design， Renewable and sustainable Energy， 2（1998）， P3-24

[2] 中國氣象局氣象信息中心資料室.清華大學建筑技術科學系著.中國建筑熱環境分析專用氣象數據集，北京：中國建筑工業出版社，2005

[3] D.A.麥金太爾著.龍惟定等譯.室內氣候.上海：上海科學技術出版社，1988