合肥地区室外空气焓值分布特征研究

胡丽丽，程海峰，涂 凡，吴 军

(安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230022)

合肥地区室外空气焓值分布特征研究

胡丽丽，程海峰，涂 凡，吴 军

(安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230022)

基于2006年～2015年合肥地区室外空气气象参数，构建数学模型用于计算室外日平均空气焓值，研究室外空气焓值分布规律，并统计满足人体Ⅰ级、Ⅱ级热舒适范围焓频值。冬、夏季满足人体Ⅰ级、Ⅱ级热舒适范围焓频值占全年天数比例较小，仅自然通风无法满足室内舒适要求，需辅助人工手段加以调节；过渡季节满足热舒适要求焓频值较大，有较大的自然通风潜力，仅单一调节温、湿度可满足室内舒适要求。合肥地区热舒适Ⅰ级以调温为主，Ⅱ级以调湿为主。

气象参数；焓值规律；统计焓频；自然通风潜力

目前，我国建筑能耗约占社会总能耗的25%左右，其中50%以上消耗在冬季采暖和夏季制冷空调上[1]，降低空调能耗已成为人们关注的问题。自然通风是当今建筑领域利用自然资源改善建筑热环境，节约空调能耗的一项关键技术[2]。合理的建筑设计可最大限度地利用当地气候资源，充分挖掘自然通风潜力，对实现低碳建筑设计具有重要意义[3]。国内外学者对自然通风的研究已经取得一定的成效，对自然通风的计算和评价方法、评价工具的评价效率和精度都进行了改善。但对自然通风的研究仍处于复杂边界简易化、 动态问题稳态化、 内场外场无耦合的初级阶段[4]。建筑自然通风的节能效应尚缺乏定量化核算方法、相关的标准和规范，未形成明确的预测方法[5]。自然通风的潜力影响因素包括新风在建筑内部的分配、气候特征、湿度控制以及大气污染等因素,其中气候适宜性是决定自然通风应用潜力的最重要因素[6]。龙惟定统计分析上海地区不同时段空气干球温度BIN参数(干频法)分布规律，但干频法只针对干球温度对焓值影响，且自然通风应用前景受地区气候差异性影响。因此，本文基于2006年～2015年合肥地区的室外空气气象参数，对室外空气焓值进行定量计算及规律分析，并统计人体热舒适温、湿度范围焓区段的全年焓频值，为该地区自然通风潜力分析提供基础数据。

1 建立室外空气焓值理论分析模型

通常湿空气的焓是以1 kg干空气为基准，包含1 kg干空气的焓值和0.001倍含湿量水蒸气的焓值。利用戈夫一格雷奇公式计算饱和水蒸气分压力，根据室外气象参数中相对湿度计算水蒸气分压力，并据此对含湿量进行计算统计，从而建立湿空气焓值的数学计算模型。

2 合肥室外空气焓值分布规律

2.1 室外空气焓值计算

通过对合肥地区2006年～2015年共10 a室外气象参数统计计算，分析该地区室外空气焓值4季变化规律，结果如表1所示。

表1 四季室外焓值统计表 /(kJ·kg-1)

由表1可知，夏、秋季节平均室外空气焓值极值波动范围较小，极小值较极大值下降分别为11.64%，10.4%；春、冬季节平均室外空气焓值极值波动范围较大，极小值较极大值下降分别为19.2%，39.6%。2006年～2015年春季室外平均空气焓值在34 kJ/kg～44 kJ/kg；夏季室外平均空气焓值为76 kJ/kg，较春季焓差值为36kJ/kg；秋季室外空气焓值基本维持稳定在45 kJ/kg左右；冬季室外平均空气焓值为15 kJ/kg，较秋季焓差绝对值为30 kJ/kg。过渡季节与冬、夏季节焓值差较大，差值绝对值分别为30 kJ/kg、36 kJ/kg，过渡季节具有较大的自然通风潜力。

2.2 室外空气焓值分布规律

图1 2006年～2015年室外焓值统计图

根据合肥地区室外空气焓值的统计结果，2006年～2015年室外四季空气焓值统计如图1所示。

室外空气焓值呈现不均匀弹性变化，夏、秋季室外空气焓值高于冬、春季空气焓值。冬、夏季节较过渡季节波动性明显，出现2008年、2011年冬季极端湿冷和2007年、2013年夏季极端湿热天气，极值概率较大，该地区出现冬季湿冷及夏季湿热极端天气频率较高。

通过对合肥地区10 a气象参数进行计算，分析室外空气焓值变化规律，选取波动幅度较明显的2007年、2010年、2013年、2015年室外空气焓值，用Oigin 8.0软件处理，结果如图2所示。

图2 典型气象年全年室外空气焓值

由图2可知， 2010年逐日室外空气焓值低于2007年逐日室外空气焓值；2015年逐日室外空气焓值低于2013年逐日室外空气焓值。冬、夏季节较过渡季节波动性明显，极差较大，出现极端天气频率较高。

3 热舒适条件下焓频统计结果分析

3.1 焓频法

基于某地全年室外空气逐日焓值，统计某一焓区段焓值在全年中天数，即焓值时间频率[7]，简称焓频，其表征室外空气全热分布规律。本文统计合肥地区2006年～2015年满足人体热舒适度焓区段焓频值，分析该地区室外空气焓值特征变化规律，简化直接利用计算机编程分析空气焓值的过程。

3.2 焓频值分布特征

规范[8]规定夏热冬冷地区冬季Ⅰ级热舒适：温度为22℃～24℃，湿度大于等于30%，Ⅱ级热舒适范围：温度为18℃～22℃；夏季Ⅰ级热舒适温度为24℃～26℃，湿度为40%～60%，Ⅱ级热舒适温度为26℃～28℃，湿度小于等于70%。本文统计合肥地区2006年～2015年满足人体热舒适度Ⅰ级、Ⅱ级温度、湿度焓区段焓频值，结果分别如表2和表3所示。

表2 合肥地区2006年～2015年Ⅰ、Ⅱ级热舒适温度范围内焓频值

表3 合肥地区2006年～2015年Ⅰ、Ⅱ级热舒适湿度范围内焓频值

(1)2006年～2015年满足冬季Ⅰ、Ⅱ级热舒适范围焓频值占全年天数比例分别为8.49%、14.08%，期间室外平均空气焓值分别为57.86 kJ/kg、47.86 kJ/kg左右；满足夏季Ⅰ、Ⅱ级热舒适范围焓频值占全年天数比例为0.99%、1.62%，期间室外平均空气焓值分别为53.51 kJ/kg、62.32 kJ/kg左右。温湿度均满足冬、夏季Ⅰ、Ⅱ级热舒适焓频范围小，说明冬、夏季多数情况下需要空气调节措施改善室内热湿环境。

(2)2006年～2015年满足冬季热舒适温度要求焓频值占全年天数为17.81%～26.3%；2006年～2015年满足夏季热舒适温度要求焓频占全年天数为12.6%～21.64%；2006年～2015年冬季全年均满足湿度要求，2006年～2015年满足夏季热舒适湿度要求焓频占全年天数为26.02%～47.39%。仅温度或湿度满足热舒适焓区段的焓频值较大，仅需要调节温度或湿度即可满足人体热舒适需求。

(3)满足温度要求的Ⅱ级热舒适焓频值总体大于Ⅰ级热舒适焓频值，但满足湿度要求Ⅱ级热舒适焓频值总体小于Ⅰ级热舒适焓频值，合肥地区热舒适Ⅰ级以调温为主，Ⅱ级以调湿为主。

4 结 语

(1)2006年～2015年夏、秋季室外空气焓值高于冬、春季室外空气焓值。年间室外空气平均焓值呈现逐年下降趋势，年内室外空气平均焓值不均匀波动性明显，出现极值概率较大。冬、夏季节较过渡季节波动性明显，该地区出现冬季湿冷及夏季湿热极端天气频率较高。

(2)合肥冬、夏季温湿度均满足的热舒适要求的焓频值较小，满足冬季Ⅰ、Ⅱ级热舒适温湿度范围焓频值为8.49%、14.08%；满足夏季Ⅰ、Ⅱ级热舒适温湿度范围焓频值占全年天数为0.99%、1.62%。因此合肥地区冬、夏季采用自然通风提高室内的热舒适性具有一定的局限性,需要辅助措施改善室内热环境。

(3)过渡季节与冬、夏季节室外焓差值较大，差值绝对值分别为30 kJ/kg、36 kJ/kg，满足人体热舒适要求焓频值较大，有较大的自然通风潜力，仅单一调节温、湿度可满足室内舒适要求。

(4)满足温度要求的Ⅱ级热舒适焓频值总体大于Ⅰ级热舒适焓频值，但满足湿度要求Ⅱ级热舒适焓频值总体小于Ⅰ级热舒适焓频值，合肥地区热舒适Ⅰ级以调温为主，Ⅱ级以调湿为主。

[1] 叶倩.建设低碳城市发展低碳经济[J].建设科技,2010(4):32-33.

[2] 谭洪卫,季亮,卜震.非稳态风边界条件下的自然通风机理及效率[J].中南大学学报,2012,42(6):2424-2433.

[3] 张华玲,周甜甜.低碳建筑在方案阶段的自然通风模拟设计[J].工业建筑,2012,42(2):1-4.

[4] 胡秋明,王景刚,鲍玲玲,等.自然通风条件下的建筑节能量核算方法研究[J].建筑技术,2016,47(3):277-279.

[5] 宋威,杜震宇,谢秋红.太原市某办公建筑自然通风潜力的预测[J].山西建筑,2009,35(3):190-191.

[6] 竟峰,张旭,杨洁.我国部分城市办公建筑自然通风潜力分析[J].同济大学学报(自然科学版),2008,36(1):92-96.

[7] 王丽慧,黄晨,吴喜平,等.焓频法及其在全热回收节能潜力分析中的应用[J].制冷学报,2010，31(1):11-17.

[8] 中国建筑科学研究院.GB50736-2012，民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].2012：6-7.

Study on Distribution Characteristics of Outdoor Air Enthalpy in Hefei Area

HU Lili, CHENG Haifeng, TU Fan, WU Jun

(Anhui Jianzhu university, Hefei, 230022, China)

Based on the outdoor air meteorological parameters in Hefei from 2006 to 2015, the daily average air enthalpy values were calculated and the enthalpy frequency of the thermal comfort ranges of human bodyⅠand Ⅱwere calculated. In the winter or summer, the enthalpy frequency of thermal comfort range of human body Ⅰ and Ⅱ is smaller than that of the whole year. Only natural ventilation does not meet the indoor comfort requirement. Artificial means are used to meet indoor comfort requirement. In the transitional season, the enthalpy frequency is larger and the natural ventilation potential is higher, and only a single temperature and humidity can be adjusted to meet the requirements of indoor comfort. Temperature is regulated mainly to meet the requirements of the human body thermal comfort Ⅰ level. Humidity is regulated mainly to meet the requirements of the human body thermal comfort II level.

meteorological parameter; enthalpy law; statistical enthalpy frequency; natural ventilation potential

2017-04-30

胡丽丽(1990- )，女，安徽安庆人，在读硕士研究生，主要从事建筑环境方面的研究.

国家科技支撑计划课题(2011BAJ03B04).

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.02.002

X828

A

1674-5403(2017)02-0005-04