汉中采暖期太阳总辐射平均强度的计算

陈　婕　（陕西理工学院，陕西　汉中723000）



汉中采暖期太阳总辐射平均强度的计算

陈婕（陕西理工学院，陕西汉中723000）

采用2010版《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》中主要城市气象参数的计算模式，对夏热冬冷地区代表城市——汉中采暖期太阳总辐射平均强度进行计算。其计算结果对夏热冬冷地区的居住建筑节能设计标准的完善有一定的参考价值。

太阳总辐射平均强度；汉中；采暖期

1　概述

为贯彻国家有关节约能源、保护环境的法律、法规和政策，改善严寒和寒冷地区居住建筑热环境，提高采暖的能源利用效率，我国住房和城乡建设部制定《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26 一2010）和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2010）为行业标准。原《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JGJ26—95）、原《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134—2001）同时废止。

《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ26—2010）中严寒和寒冷地区采用了新的气候分区指标，即采用采暖度日数（HDD18）结合空调度日数（CCD26）作为气候分区的主要指标[1]。以陕西省严寒寒冷地区主要城市为对象举例，将这些城市近10年的室外日平均温度原始数据等资料整理，在其基础上计算各个城市的 HDD18（℃·d）、CDD26（℃·d）、计算采暖期天数（d）、采暖期室外平均温度（℃）、太阳总辐射平均强度（W/m2）等各项气象参数[2]。陕西省严寒和寒冷地区主要城市的建筑节能计算用气象参数如表1。

由于我国夏热冬冷地区范围广，过去是非采暖地区，《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ134 —2010）对居住建筑有关的建筑、热工、采暖、通风和空调设计所采用的节能措施作出相关规定，没有采用上段提到的采暖度日数（HDD18）结合空调度日数（CCD26）作为气候分区的主要指标[3]。故夏热冬冷地区主要城市没有具体的建筑节能各气象参数及参数的计算方法。

本文以陕西省夏热冬冷地区代表城市汉中为例，采用2010标准中气候分区指标及气象参数之一的太阳总辐射平均强度的计算方法来计算汉中的气象参数，进一步进行新的气候的分区。

严寒和寒冷地区主要城市的建筑节能计算用气象参数[1]表1

2　太阳辐射量描述

在建筑物模拟以及建筑设备设计用气象数据，太阳辐射数据是至关重要的一部分。特别是在太阳房以及太阳光伏系统的设计和研究方面，太阳辐射量的有关数据更是必不可少的。太阳辐射的数据难以获得，虽然这种情况有所改善，但由于科研和工程的需要，在今后的太阳辐射模型和太阳辐射量的推定仍是有必要的。本文将以汉中为例，讨论太阳辐射的月累计模型及采暖期太阳总辐射平均强度（W/m2）计算。

3　太阳辐射模型构建

太阳辐射是地表大气热过程的主要能源，也是室外热环境参数对建筑物影响较大的一个。日照和遮阳是建筑设计必须关心的事情，这都是针对太阳辐射。特别是对建筑外围护结构的设计，必须仔细考虑可作为能源使用的太阳辐射热。能源的消耗和枯竭迫使人们设计和建造愈来愈多的被动式太阳能建筑。太阳光穿过地球大气层时，由于受到云层的反射和大气层中气体分子及各种微粒的散射和吸收，使得到达地球表面的辐射强度大大减弱，地理位置不同，到达地表的太阳辐射强度差异较大。

到达地面的太阳辐射由两部分组成：一是太阳直接射达地面的部分，称为直接辐射，它的射线是平行的；另一部分是经大气散射后达到地面的，它的射线来自各个方向，称为散射辐射。直接辐射与散射辐射之和就是达到地面的太阳辐射总量，称为总辐射量[4]。根据前人的研究得知：太阳辐射平均强度可以通过两种方式得到：

①由一些城市的原始气象数据中直接获得日累计太阳辐射平均强度；

②根据逐时云量、晴空指数、日照时数以及温升等参数，用模型生成（张晴原模型）逐时太阳辐射强度，再统计成日平均值[5]。

4　研究思路与方法

4.1基本原理

本文的太阳辐射平均强度通过第二种方式得到：根据逐时云量、晴空指数、日照时数以及温升等参数，用模型生成（张晴原模型）逐时太阳辐射强度，再统计成日平均值。汉中的标准年气象数据由陕西省气象局提供。清华标准年气象数据包括封面（见表2）、逐时气象参数、日干球温度、月平均干球温度、最热月干球温度、最冷月干球温度、干球温度小时分布图、日平均含湿量、月平均含湿量、含湿量小时分布图、日平均相对湿度、月平均相对湿度、太阳日总辐射、太阳月总辐射、太阳散射辐射小时分布图、度日数和度小时数。汉中典型年（从1月1日——到12月31日）的以上各种逐时气象参数（见表3）。取逐时气象参数中的云量（单位：成）、风速（单位：m/s）数据得出采暖月1月、2月、12月的平均值（见表4黄色标注数值，汉中采暖月1月、2月、12月）[6]。

典型气象（设计典型）年逐时参数报表封面　表2

汉中逐时气象参数　表3

汉中采暖期月云量、风速及采暖天数[6]　表4

4.2实例分析

水平面及其他各个立面的太阳辐射平均强度的计算是按常规的逐日累计太阳辐射量生成逐时太阳辐射强度，然后按照不同的朝向进行拆分，拆分成直射辐射和散射辐射。

张晴原、JOE Huang所著《中国建筑用标准气象数据库》[7]中第五章太阳辐射模型及太阳辐射量的地区分布提到月累计辐射量用海波高度、纬度和云量及风速的月平均值推出，公式如下：

式中：Im——月累计辐射量（MJ/m2）

C0…C4——因月份而取值不同的常数（见《中国建筑用标准气象数据库》第247页表5-3）

H——海拔高度（m）

Ψ——该城市的纬度

CCm——月平均云量（成）

υ——月平均风速（m/s）

式（1）中不同月份的C0…C4的数值[7]　表5

由于月累计辐射量Im（MJ/m2）和日平均辐射量（W/m2）之间的单位换算如下：

日平均辐射量（W/m2）

所以汉中地区各月日平均辐射量值计算依据公式（4），本文以汉中市采暖月1月、2月、12月的日平均辐射量（W/m2）为例，代入以上公式计算过程如下：

=790.5+0.0292×508-12.359×33.07-41.15×6+11.96×1.7=170.05347（MJ/m2）

1月日平均辐射量值（W/m2）

2月日平均辐射量值（W/m2）

12月日平均辐射量值（W/m2）

4.3采暖期日平均辐射量

对于汉中地区，采暖月为1月天数为31d、2月天数为12d、12月天数为24d（见表4）。采暖期日平均辐射量=采暖期总辐射量/采暖期天数（5）

采暖期总辐射量（W·d/m2）=1月平均辐射量值×1月采暖期天数+2月平均辐射量值×2月采暖期天数+12月平均辐射量值×12月采暖期天数（6）

先将数值带入公式（6）可得：汉中采暖期总辐射量=63.51×31+59.13×12+40.25×24=3644.37 （W·d/m2）

根据公式（5）可得：汉中采暖期日平均辐射量=3644.37/67=54.39（W/m2）

以上计算结果统计见表6。

汉中采暖期日平均太阳辐射　表6

5　结论

在全国气象台站中，只有93个台站具备太阳辐射的观测数据，其他台站只具备通过补充计算得到的日总辐射数据，这样大多数站点只具备逐日数据，其太阳辐射的逐日数据中只有日总辐射资料是比较全面的，因此计算这些站点的逐时太阳辐射时力求保证日总辐射与实测值吻合，然后进行直射辐射和散射辐射的分离。具备逐时辐射观测数据的台站中，级别较低的台站可能只具备逐时太阳总辐射的观测数据，此时需对其进行直散分离，从而获得逐时的太阳直射辐射和太阳散射辐射值。

水平面、南立面、东立面的太阳辐射平均强度的计算是按常规的逐日累计太阳辐射量生成逐时太阳辐射强度，然后按照不同的朝向进行拆分，拆分成直射辐射和散射辐射[8]。

[1]JGJ26-2010，严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[2]金姝倩.陕西省采暖地区居住建筑节能设计基础研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[3]JGJ134-2010，夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[S].

[4]刘加平.建筑物理[M].北京：中国建筑工业出版社，2000：25.

[5]周辉，董宏，林海燕.居住建筑节能设计标准应用技术导则——严寒和寒冷、夏热冬冷地区[M].北京：中国建筑工业出版社，2010：10-20.

[6]陈婕.陕南地区城镇居住建筑节能设计研究[D].西安：西安建筑科技大学，2011.

[7]张晴原，JOE Huang.中国建筑用标准气象数据库[M].北京：机械工业出版社，2004：254-268.

[8][法]Charles Chauliag.太阳能在建筑中的应用[M].北京：学苑出版社，1988：25-28.

P422.1

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1007-7359(2016)03-0229-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.083

陕西省教育厅科学研究计划项目：汉中农村房屋安全性分析及处理方法研究（14JK1137）。

陈婕（1982-），女，陕西汉中人，硕士；讲师，研究方向：建筑技术与节能。