我國(guó)主要城市住宅建筑除濕需求研究

王亮

上海朗綠建筑科技股份有限公司

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求逐漸提升，對(duì)住宅環(huán)境的要求愈來(lái)愈高，健康舒適則成為衡量住宅產(chǎn)品的重要維度，以健康舒適為標(biāo)志的“三恒”（恒溫、恒濕、恒氧）系統(tǒng)則成為戶式暖通空調(diào)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)及主要發(fā)展趨勢(shì)之一。“三恒”系統(tǒng)基于溫濕度獨(dú)立控制（THIC）機(jī)理，區(qū)別于常規(guī)戶式空調(diào)的熱濕耦合處理的方式，該系統(tǒng)可以使處理空調(diào)系統(tǒng)顯熱負(fù)荷的冷水溫度從傳統(tǒng)的7 ℃提高至17 ℃，使空調(diào)主機(jī)性能系數(shù)（COP）提高 41%以上，從而使得集中空調(diào)系統(tǒng)能耗降低30%以上[1-3]。而除濕則是溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，對(duì)于住宅建筑除濕方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了大量的研究，取得了豐碩的成果。

田少宸等人對(duì)夏熱冬冷地區(qū)近零能耗居住建筑除濕需求進(jìn)行了研究，提出近零能耗建筑相對(duì)于常規(guī)建筑具有更低的濕負(fù)荷及顯熱負(fù)荷，夏季降低幅度分別為17.2%及45.3%，過(guò)渡季降低幅度分別為15.4%及79.7%[4]。余曉平等人對(duì)夏熱冬冷地區(qū)典型城市除采暖期與空調(diào)期外的除濕期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，在室內(nèi)相對(duì)濕度設(shè)定為60%時(shí)，除濕期長(zhǎng)度在 80～120 天范圍內(nèi)[5]。張慧玲基于人體熱舒適分析，對(duì)我國(guó)不同氣候區(qū)的代表城市氣候適應(yīng)性的時(shí)域進(jìn)行劃分，指出代表城市的除濕季時(shí)段[6]。劉拴強(qiáng)等對(duì)室內(nèi)濕負(fù)荷的構(gòu)成以及計(jì)算方法進(jìn)行了研究，指出人體散濕量，新風(fēng)滲透產(chǎn)濕，新風(fēng)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳濕等諸多方面均應(yīng)考慮，且提出了各濕負(fù)荷分項(xiàng)的計(jì)算方法[7]。

我國(guó)地域遼闊氣候條件迥異，其除濕需求差異大，目前對(duì)于該方面的研究多采用氣候區(qū)的某個(gè)代表城市，研究了住宅的除濕負(fù)荷及除濕時(shí)段，而對(duì)全年的除濕需求特性研究不足。上述研究一般固定了分析夏季工況（6～9月），而對(duì)于全年的過(guò)渡季的除濕需求考量不足，且同一氣候不同省市其氣候條件亦可能存在較大差異。因此本文提出二維除濕需求指標(biāo)（除濕量及除濕小時(shí)數(shù)），基于典型氣象年數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)源自《建筑節(jié)能氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T346-2014）），考慮了全國(guó)31 個(gè)省市自治區(qū)的氣候、低于差異性，以及目前戶式溫濕分控系統(tǒng)新風(fēng)采用換氣次數(shù)指標(biāo)的做法，對(duì)不同建筑面積、不同新風(fēng)換氣指標(biāo)的情景下除濕需求進(jìn)行研究。

1 研究方法

建筑的除濕需求與除濕量及除濕時(shí)間長(zhǎng)度密切相關(guān)，上述兩個(gè)維度直接影響除濕設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)行能耗等方面。本文采用全年總除濕量和除濕小時(shí)數(shù)作為上述2 個(gè)維度的分析參數(shù)。除濕需求分析時(shí)段為全年，在產(chǎn)濕量分項(xiàng)方面，考慮了人員活動(dòng)產(chǎn)濕及新風(fēng)產(chǎn)濕。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳濕及滲透?jìng)鳚瘢紤]到目前溫濕分控住宅項(xiàng)目室內(nèi)采用正壓控制的條件及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性逐步改進(jìn)的實(shí)際情況，該部分不做考慮。相關(guān)計(jì)算公式如式（1）（-4）所示。

式中：L為全年總除濕量，kg；li為第i個(gè)小時(shí)的除濕量，kg；max(.)為取最大值符號(hào)；lp,i為第i個(gè)小時(shí)人員活動(dòng)產(chǎn)濕量，kg；la,i為新風(fēng)換氣的產(chǎn)濕/ 除濕量，kg；Tyear為全年除濕累計(jì)時(shí)數(shù)，h；ti為第i個(gè)小時(shí)的除濕需求，h；i為小時(shí)序號(hào)編號(hào)，（i=1,2,…,8760）。

由上述模型可見(jiàn)，除濕需求與新風(fēng)除濕量密切相關(guān)，新風(fēng)除濕量取決于室外狀態(tài)點(diǎn)，室內(nèi)設(shè)計(jì)狀態(tài)點(diǎn)及新風(fēng)量。目前溫住宅濕獨(dú)立系統(tǒng)，為了保證充足的新風(fēng)量及室內(nèi)空氣品質(zhì)，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，多采用換氣次數(shù)的指標(biāo)，參考目前項(xiàng)目的設(shè)計(jì)指標(biāo)，換氣次數(shù)設(shè)定為0.5 次h-1、1.0 次h-1、1.5 次h-1，有效建筑面積設(shè)定為80 m2、120 m2、160 m2三種情況。室外狀態(tài)點(diǎn)，按照典型氣象年數(shù)據(jù)逐時(shí)計(jì)算，室內(nèi)狀態(tài)點(diǎn)為 26 ℃、60%（含濕量12.64 g/kg干空氣）。綜上所述，分析情景設(shè)定具體如表1 所示。

表1 分析情景列表

除了新風(fēng)影響因素外，除濕需求還取決于人員活動(dòng)產(chǎn)濕。人員活動(dòng)產(chǎn)濕，其形成機(jī)理及產(chǎn)濕量復(fù)雜多樣，涵蓋炊事、人體散濕、餐飲、清潔、盥洗、室內(nèi)植物澆灌等多項(xiàng)活動(dòng)，定量難度大。參考張立志的研究成果 [8]，人員活動(dòng)產(chǎn)濕量為129 g/(p · h)，室內(nèi)人數(shù)，參照目前住宅家庭人員構(gòu)成，對(duì)于 80 m2和120 m2建筑取 3人，160 m2住宅取5 人。散濕考慮人員在室時(shí)段，人員非在室時(shí)段，忽略散濕量，人員在室時(shí)段參照表2。

表2 人員在室時(shí)段設(shè)定

2 結(jié)果與討論

基于上述研究方法及情景設(shè)置條件，不同情境下，各城市除濕需求（除濕小時(shí)數(shù)及全年累計(jì)除濕量）如圖1 至圖3 所示。

圖1 情景1 至情景3 全年除濕需求

圖2 情景4 至情景6 全年除濕需求

圖3 情景7 至情景9 全年除濕需求

由圖1 至圖3 可見(jiàn)，不同情景下除濕需求呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

1）不同城市除濕需求差異顯著，除濕需求最高的為夏熱供暖氣候區(qū)的海口市，最高除濕量對(duì)應(yīng)情景為情景9 全年除濕量達(dá)23869 kg，最大除濕小時(shí)數(shù)對(duì)應(yīng)情景1 除濕小時(shí)數(shù)為5238 h。除濕需求最低的為寒冷氣候區(qū)的拉薩市，無(wú)除濕需求。

2）相同建筑面積條件下，隨著新風(fēng)量的增加，除濕小時(shí)數(shù)并未增加甚至略有減少，全年除濕量隨新風(fēng)量的增加顯著增加。

3）相同換氣次數(shù)的條件下，建筑面積的增加，除濕小時(shí)數(shù)變化不顯著，而總除濕量顯著增加。

不同情景，城市間除濕需求趨勢(shì)相一致，因此選取中間大小建筑面積、中間大小換氣次數(shù)情景（即情景5：建筑面積120 m2，新風(fēng)量指標(biāo)1.0 次/h）進(jìn)一步分析氣候分區(qū)及地域?qū)Τ凉裥枨蟮挠绊懀Y(jié)果具體如圖4 所示。

圖4 不同城市的除濕需求(情景5)

由圖4 可見(jiàn)，除濕需求呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：

1）氣候分區(qū)方面，夏熱冬暖地區(qū)城市除濕需求最高，其中海口市最為顯著除濕小時(shí)數(shù)達(dá)4863 h，全年累計(jì)除濕量達(dá)12248 kg，福州市除濕需求更接近于夏熱冬冷氣候區(qū)城市，顯著低于廣州、南寧及海口。其次是夏熱冬冷氣候區(qū)，寒冷氣候區(qū)及嚴(yán)寒氣候區(qū)需求最低。溫和氣候區(qū)城市除濕需求特性接近寒冷及嚴(yán)寒的氣候區(qū)。

2）地域城市特性而言，廣東、廣西及海南省除濕需求最高，福建（福州）除濕需求接近長(zhǎng)江流域，長(zhǎng)江流域（夏熱冬冷氣候區(qū)）除濕需求較為接近。華北地區(qū)（北京、山東、河南、天津、河北）除濕需求較為接近。山西、東北（黑龍江、吉林、遼寧）除濕需求較為接近。西北地區(qū)（新疆、西藏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古中西部、寧夏）除濕需求較為接近。溫和氣候區(qū)，貴州（貴陽(yáng)）除濕需求與華北地區(qū)較為接近，云南（昆明）除濕需求與東北地區(qū)除濕需求較為接近。

3 結(jié)論

1）建筑除濕需求與新風(fēng)指標(biāo)、建筑面積顯著相關(guān)，全年除濕量隨新風(fēng)指標(biāo)及建筑面積的增加顯著增加，除濕小時(shí)數(shù)則無(wú)顯著變化甚至略有下降。不同城市除濕需求差異顯著，省會(huì)城市及直轄市中除濕需求排名前三的為海口、廣州、南寧，最高為海口（情景 5：除濕小時(shí)數(shù)4863 h，全年除濕量為12248 kg）。除濕需求排名最后三個(gè)城市為拉薩、烏魯木齊、西寧，基本無(wú)除濕需求。

2）按照氣候分區(qū)分析，整體而言除濕需求由高到低依次為夏熱冬暖氣候區(qū)，夏熱冬冷氣候區(qū)，寒冷及嚴(yán)寒氣候區(qū)，對(duì)于溫和氣候區(qū)除濕需求與寒冷及嚴(yán)寒氣候區(qū)接近。

3）按照地域分析，長(zhǎng)江流域（夏熱冬冷氣候區(qū)）除濕需求較為接近。華北地區(qū)（北京、山東、河南、天津、河北）除濕需求較為接近。山西、東北（黑龍江、吉林、遼寧）除濕需求較為接近。西北地區(qū)（新疆、西藏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古中西部、寧夏）除濕需求較為接近，基本無(wú)除濕需求。溫和氣候區(qū)，貴州（貴陽(yáng)）除濕需求與華北地區(qū)較為接近，云南（昆明）除濕需求與東北地區(qū)除濕需求較為接近。

4）空調(diào)設(shè)計(jì)建議方面，夏熱冬冷氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)、部分寒冷氣候區(qū)（河北、山東、河南、北京、天津）、部分溫和氣候區(qū)（貴州）除濕需求顯著，尤其夏熱冬冷氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)，在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中應(yīng)著重考慮。嚴(yán)寒地區(qū)，部分寒冷氣候區(qū)，部分溫和氣候區(qū)（云南）除濕需求不顯著，西北地區(qū)甚至無(wú)除濕需求。