我国主要城市住宅建筑除湿需求研究

王亮

上海朗绿建筑科技股份有限公司

0 引言

随着经济社会的发展，人们对生活品质的要求逐渐提升，对住宅环境的要求愈来愈高，健康舒适则成为衡量住宅产品的重要维度，以健康舒适为标志的“三恒”（恒温、恒湿、恒氧）系统则成为户式暖通空调行业关注的焦点及主要发展趋势之一。“三恒”系统基于温湿度独立控制（THIC）机理，区别于常规户式空调的热湿耦合处理的方式，该系统可以使处理空调系统显热负荷的冷水温度从传统的7 ℃提高至17 ℃，使空调主机性能系数（COP）提高 41%以上，从而使得集中空调系统能耗降低30%以上[1-3]。而除湿则是温湿度独立控制系统的关键所在，对于住宅建筑除湿方面，国内外学者开展了大量的研究，取得了丰硕的成果。

田少宸等人对夏热冬冷地区近零能耗居住建筑除湿需求进行了研究，提出近零能耗建筑相对于常规建筑具有更低的湿负荷及显热负荷，夏季降低幅度分别为17.2%及45.3%，过渡季降低幅度分别为15.4%及79.7%[4]。余晓平等人对夏热冬冷地区典型城市除采暖期与空调期外的除湿期进行了统计，在室内相对湿度设定为60%时，除湿期长度在 80～120 天范围内[5]。张慧玲基于人体热舒适分析，对我国不同气候区的代表城市气候适应性的时域进行划分，指出代表城市的除湿季时段[6]。刘拴强等对室内湿负荷的构成以及计算方法进行了研究，指出人体散湿量，新风渗透产湿，新风和围护结构传湿等诸多方面均应考虑，且提出了各湿负荷分项的计算方法[7]。

我国地域辽阔气候条件迥异，其除湿需求差异大，目前对于该方面的研究多采用气候区的某个代表城市，研究了住宅的除湿负荷及除湿时段，而对全年的除湿需求特性研究不足。上述研究一般固定了分析夏季工况（6～9月），而对于全年的过渡季的除湿需求考量不足，且同一气候不同省市其气候条件亦可能存在较大差异。因此本文提出二维除湿需求指标（除湿量及除湿小时数），基于典型气象年数据（数据源自《建筑节能气象参数标准》（JGJ/T346-2014）），考虑了全国31 个省市自治区的气候、低于差异性，以及目前户式温湿分控系统新风采用换气次数指标的做法，对不同建筑面积、不同新风换气指标的情景下除湿需求进行研究。

1 研究方法

建筑的除湿需求与除湿量及除湿时间长度密切相关，上述两个维度直接影响除湿设备的运行时间、运行能耗等方面。本文采用全年总除湿量和除湿小时数作为上述2 个维度的分析参数。除湿需求分析时段为全年，在产湿量分项方面，考虑了人员活动产湿及新风产湿。对于围护结构传湿及渗透传湿，考虑到目前温湿分控住宅项目室内采用正压控制的条件及围护结构的气密性逐步改进的实际情况，该部分不做考虑。相关计算公式如式（1）（-4）所示。

式中：L为全年总除湿量，kg；li为第i个小时的除湿量，kg；max(.)为取最大值符号；lp,i为第i个小时人员活动产湿量，kg；la,i为新风换气的产湿/ 除湿量，kg；Tyear为全年除湿累计时数，h；ti为第i个小时的除湿需求，h；i为小时序号编号，（i=1,2,…,8760）。

由上述模型可见，除湿需求与新风除湿量密切相关，新风除湿量取决于室外状态点，室内设计状态点及新风量。目前温住宅湿独立系统，为了保证充足的新风量及室内空气品质，在实际设计中，多采用换气次数的指标，参考目前项目的设计指标，换气次数设定为0.5 次h-1、1.0 次h-1、1.5 次h-1，有效建筑面积设定为80 m2、120 m2、160 m2三种情况。室外状态点，按照典型气象年数据逐时计算，室内状态点为 26 ℃、60%（含湿量12.64 g/kg干空气）。综上所述，分析情景设定具体如表1 所示。

表1 分析情景列表

除了新风影响因素外，除湿需求还取决于人员活动产湿。人员活动产湿，其形成机理及产湿量复杂多样，涵盖炊事、人体散湿、餐饮、清洁、盥洗、室内植物浇灌等多项活动，定量难度大。参考张立志的研究成果 [8]，人员活动产湿量为129 g/(p · h)，室内人数，参照目前住宅家庭人员构成，对于 80 m2和120 m2建筑取 3人，160 m2住宅取5 人。散湿考虑人员在室时段，人员非在室时段，忽略散湿量，人员在室时段参照表2。

表2 人员在室时段设定

2 结果与讨论

基于上述研究方法及情景设置条件，不同情境下，各城市除湿需求（除湿小时数及全年累计除湿量）如图1 至图3 所示。

图1 情景1 至情景3 全年除湿需求

图2 情景4 至情景6 全年除湿需求

图3 情景7 至情景9 全年除湿需求

由图1 至图3 可见，不同情景下除湿需求呈现以下特点：

1）不同城市除湿需求差异显著，除湿需求最高的为夏热供暖气候区的海口市，最高除湿量对应情景为情景9 全年除湿量达23869 kg，最大除湿小时数对应情景1 除湿小时数为5238 h。除湿需求最低的为寒冷气候区的拉萨市，无除湿需求。

2）相同建筑面积条件下，随着新风量的增加，除湿小时数并未增加甚至略有减少，全年除湿量随新风量的增加显著增加。

3）相同换气次数的条件下，建筑面积的增加，除湿小时数变化不显著，而总除湿量显著增加。

不同情景，城市间除湿需求趋势相一致，因此选取中间大小建筑面积、中间大小换气次数情景（即情景5：建筑面积120 m2，新风量指标1.0 次/h）进一步分析气候分区及地域对除湿需求的影响，结果具体如图4 所示。

图4 不同城市的除湿需求(情景5)

由图4 可见，除湿需求呈现以下特点：

1）气候分区方面，夏热冬暖地区城市除湿需求最高，其中海口市最为显著除湿小时数达4863 h，全年累计除湿量达12248 kg，福州市除湿需求更接近于夏热冬冷气候区城市，显著低于广州、南宁及海口。其次是夏热冬冷气候区，寒冷气候区及严寒气候区需求最低。温和气候区城市除湿需求特性接近寒冷及严寒的气候区。

2）地域城市特性而言，广东、广西及海南省除湿需求最高，福建（福州）除湿需求接近长江流域，长江流域（夏热冬冷气候区）除湿需求较为接近。华北地区（北京、山东、河南、天津、河北）除湿需求较为接近。山西、东北（黑龙江、吉林、辽宁）除湿需求较为接近。西北地区（新疆、西藏、甘肃、青海、内蒙古中西部、宁夏）除湿需求较为接近。温和气候区，贵州（贵阳）除湿需求与华北地区较为接近，云南（昆明）除湿需求与东北地区除湿需求较为接近。

3 结论

1）建筑除湿需求与新风指标、建筑面积显著相关，全年除湿量随新风指标及建筑面积的增加显著增加，除湿小时数则无显著变化甚至略有下降。不同城市除湿需求差异显著，省会城市及直辖市中除湿需求排名前三的为海口、广州、南宁，最高为海口（情景 5：除湿小时数4863 h，全年除湿量为12248 kg）。除湿需求排名最后三个城市为拉萨、乌鲁木齐、西宁，基本无除湿需求。

2）按照气候分区分析，整体而言除湿需求由高到低依次为夏热冬暖气候区，夏热冬冷气候区，寒冷及严寒气候区，对于温和气候区除湿需求与寒冷及严寒气候区接近。

3）按照地域分析，长江流域（夏热冬冷气候区）除湿需求较为接近。华北地区（北京、山东、河南、天津、河北）除湿需求较为接近。山西、东北（黑龙江、吉林、辽宁）除湿需求较为接近。西北地区（新疆、西藏、甘肃、青海、内蒙古中西部、宁夏）除湿需求较为接近，基本无除湿需求。温和气候区，贵州（贵阳）除湿需求与华北地区较为接近，云南（昆明）除湿需求与东北地区除湿需求较为接近。

4）空调设计建议方面，夏热冬冷气候区、夏热冬暖气候区、部分寒冷气候区（河北、山东、河南、北京、天津）、部分温和气候区（贵州）除湿需求显著，尤其夏热冬冷气候区、夏热冬暖气候区，在暖通空调设计中应着重考虑。严寒地区，部分寒冷气候区，部分温和气候区（云南）除湿需求不显著，西北地区甚至无除湿需求。