氣候變化條件下邢臺室外空氣計算參數對建筑能耗的影響

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年以來的氣象數據，分析了氣候變化條件下民用建筑設計氣象參數的變化特征及其對建筑能耗的影響。結果表明：1954年以來，邢臺市冬季供暖室外計算溫度、空氣調節室外計算溫度明顯升高，對降低供暖熱負荷和取暖設備運行十分有利。夏季空氣調節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

1 引言

隨著經濟的持續發展，能源供應壓力與日俱增，氣候變化也成為建筑節能設計需要充分考慮的重要因素。室外空氣計算參數是建筑負荷計算的重要基礎數據，對建筑能耗產生著極大影響[1]。現行《民用建筑采暖通風與空氣調節設計規范（GB50736-2012）》（以下簡稱《暖通規范》）給出的設計計算參數是采用1971-2000年的歷史氣象數據計算的，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計氣象參數系統，為建筑節能設計工作提供科學參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

氣象數據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氣象要素，根據《暖通規范》，日數據采用四次定時觀測數據；

1.2 計算方法

根據《暖通規范》，按平均或累年不保證日（時）數確定各室外空氣計算參數。夏季空氣調節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——夏季空氣調節室外計算日平均溫度（℃）；β——室外溫度逐時變化系數；Δtr——夏季室外計算平均日較差（℃）。

式中：twg——夏季空氣調節室外計算干球溫度（℃）

室外計算參數的統計年份宜取30年，因此本文分別以1954-2015年每30年為一個氣象數據統計時段來計算和表示相應的空氣計算參數[4]。

2 結果與分析

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《暖通規范》邢臺地區冬季采暖室內設計計算溫度取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%。據邢臺市熱力公司統計，邢臺市區集中供熱面積約2200萬平方米，根據《城市供熱規劃規范GBT51074-2015》邢臺地區采暖熱指標最小取值為35W/m2，至少節約能耗86240kW，帶來的節能效益非常可觀[6]。

同樣，1954-1983年時段與采用1986-2015年時段相比，冬季空氣調節室外計算溫度升高了3.5℃，對于采用空調取暖的建筑來說，帶來的問題就是原來的空調設計負荷偏大，設備裝機容量偏大，如果在空調系統自動控制不到位的情況下，將會使取暖設備運行效率低下，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的變化

2.2 夏季空調室外計算溫度對建筑能耗影響

夏季空氣調節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，對節能是不利的。同時，原有供冷設備選型供冷量偏低，在室外溫度升高的同時，增加了設備負荷，增加設備運行安全風險[8]。分析表1可知，分別采用1954-1983年時段和1986-2015年時段，夏季空氣調節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℃。對制冷設備選型和運行效果影響不大。

夏季空氣調節室外計算日平均溫度主要用于計算逐時室外溫度。夏季空氣調節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備使用率最低時段；11:00-18:00是空調設備使用率高峰時段，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節室外計算逐時溫度變化趨勢

2.3 夏季通風室外計算參數對建筑能耗影響

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余熱，而濕度與人體的舒適度有直接關系，進而影響到通風行為以及通風節能效果[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%，有利于通風節能效果。

2.4 現行最新的《暖通規范》是基于1971-2000年的歷史氣象數據計算相關氣象參數指標的

分析表2可知，采用1986-2015年時段與1971-2000年時段，各個氣象數據計算得出的相關值均存在一定差異，根據以上分析，將對建筑設備運行和能耗產生不利影響。

3 結論與討論

（1）冬季供暖室外計算溫度和空氣調節室外計算溫度升高幅度較大，對降低供暖熱負荷和取暖設備運行十分有利，在保持室內舒適度不變的情況下，節能效益可觀；夏季空氣調節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，但是影響較小；夏季通風室外計算溫度上升幅度不大，對阻礙消除室內余熱，增加能耗影響較小。夏季通風室外相對濕度降低，有利于通風節能效果。

（2）現用的氣象參數指標已經不能很好的代表當前氣候的狀況，對建筑設備運行和節能產生不利影響，應嘗試建立城市尺度、能快速更新和更加精細化的建筑設計氣象參數系統，提高適應和應對氣候變化的能力。

[1]劉魁星,劉書賢,麻鳳海.氣候變化影響空調室外計算參數選取的分析[J].建筑節能,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節設計規范（GB50736～2012）[S].北京:中國建筑工業出版社,2012.

[3]付祥釗,陳敏.關于民用建筑通風室內外計算參數的思考[J].暖通空調,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統計方法的討論[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個城市建筑節能設計氣象參數的影響[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,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建設部.城市供熱規劃規范GBT51074-2015[S].北京:中國建筑工業出版社,2015.

[9]趙康,劉曉華,張濤,等.關于夏季空氣調節室外空氣計算參數的討論[J].暖通空調,2011,41（1）:9～13.

李武龍，男（1983-），助理工程師，主要從事專業氣象服務方面研究。

邢臺市科技支撐計劃項目（2016ZZ021），邢臺建筑節能設計氣象參數服務系統設計與開發。