山東地區(qū)氣象參數(shù)構(gòu)成的實(shí)證研究

山東地區(qū)氣象參數(shù)構(gòu)成的實(shí)證研究

1能耗計(jì)算的類(lèi)型目前，中國(guó)的供暖能量和空調(diào)能量占全國(guó)能源消費(fèi)總量的27.6%。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，采暖、空調(diào)能耗還將繼續(xù)增加。研究與實(shí)踐證明，建筑節(jié)能技術(shù)是解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源供應(yīng)不足矛盾的最有效的措施之一，建筑節(jié)能潛力巨大。采暖能耗和空調(diào)能耗的計(jì)算方法可以分為2類(lèi)：一類(lèi)是建立在不穩(wěn)定傳熱理論基礎(chǔ)上的動(dòng)態(tài)模擬法，另一類(lèi)是建立在穩(wěn)定傳熱理論基礎(chǔ)上的簡(jiǎn)易計(jì)算法。動(dòng)態(tài)模擬法對(duì)各種影響因素考慮較細(xì)，得出的結(jié)果也比較精確。不過(guò)，應(yīng)用動(dòng)態(tài)模擬法進(jìn)行能耗計(jì)算時(shí)，必須借助計(jì)算機(jī)來(lái)完成，由于程序十分龐大，通常不易掌握。簡(jiǎn)易計(jì)算法將采暖、空調(diào)的耗能量按穩(wěn)定傳熱進(jìn)行計(jì)算，而不考慮各部分圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱特性。這類(lèi)計(jì)算法比較簡(jiǎn)單，利用度日數(shù)來(lái)計(jì)算采暖、空調(diào)能耗就屬于這一類(lèi)。由于節(jié)能建筑的能耗指標(biāo)與采暖度日數(shù)、空調(diào)度日數(shù)之間呈近似的線性關(guān)系，，因此，采暖、空調(diào)度日數(shù)的研究是進(jìn)行能耗分析的基礎(chǔ)。2．平均月的確定山東省位于華北平原東部、黃河下游。半島部分北鄰渤海，東北和南部鄰黃海。山東屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，受海洋影響較大，其氣候特點(diǎn)是春旱多風(fēng)、夏熱多雨、晚秋易旱、冬季干寒。全省年平均氣溫為11～14.5℃，一月平均氣溫為-5～-1℃七月平均氣溫為24～28℃，東部氣溫偏低，西南部氣溫偏高。東部沿海氣溫的年較差、日較差均較小，西部?jī)?nèi)陸的年較差、日較差均較大。全省極端最低氣溫-27℃，極端最高氣溫43.4℃。進(jìn)行一年采暖、空調(diào)能耗計(jì)算時(shí)，需要用到一年的度日數(shù)。由于氣象參數(shù)是隨機(jī)的，因此在計(jì)算時(shí)應(yīng)選取某一“標(biāo)準(zhǔn)年”的數(shù)據(jù)，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)年氣象參數(shù)計(jì)算出的采暖、空調(diào)能耗才是有代表性的。在采暖能耗和空調(diào)能耗計(jì)算中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是如何確定標(biāo)準(zhǔn)年的氣象參數(shù)。確定標(biāo)準(zhǔn)年氣象參數(shù)的做法是，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站最近10a的氣象資料月統(tǒng)計(jì)值得出120個(gè)月的統(tǒng)計(jì)樣本，從中選出能夠反映氣象規(guī)律的、有代表性的12個(gè)平均月，用各平均月的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)來(lái)作動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，并將12個(gè)平均月銜接而成。這樣構(gòu)成的氣象資料稱為標(biāo)準(zhǔn)年氣象資料。影響建筑物采暖能耗和空調(diào)能耗的室外氣象因素，主要有空氣溫度、空氣濕度、太陽(yáng)直射輻射量、太陽(yáng)散射輻射量、云量、風(fēng)向、風(fēng)速等7項(xiàng)參數(shù)。為了減少平均月選擇的工作量，文獻(xiàn)，針對(duì)典型建筑分析了此7種氣象參數(shù)與空調(diào)負(fù)荷的相關(guān)性。結(jié)果表明：在7個(gè)參數(shù)中，氣溫、含濕量和太陽(yáng)輻射對(duì)空調(diào)負(fù)荷的影響最大，這三者與空調(diào)負(fù)荷的復(fù)相關(guān)系數(shù)均在0.7以上，故稱為氣象三要素。經(jīng)負(fù)荷分析發(fā)現(xiàn)：氣象三要素的平均值都接近歷年平均值的年份，它們的空調(diào)負(fù)荷也接近歷年平均值。這就是選擇平均月氣象資料的依據(jù)。用DM值選擇平均月，首先按氣象三要素某月平均值都接近歷年該月平均值的原則，來(lái)初選平均月，即平均月氣象三要素應(yīng)滿足：式中：XRin———10a中屬于n年i月的第R項(xiàng)氣象要素的月平均值；X軍Ri———第i月R項(xiàng)氣象要素的10a均值；σRi———第i月R項(xiàng)氣象要素的10a標(biāo)準(zhǔn)方差；R———分別對(duì)應(yīng)空氣干球溫度、含濕量和太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度，R=1,2,3。然而，在10a中，能夠滿足式（1）的并非每個(gè)月都只有一個(gè)年份。因此，從熱負(fù)荷的觀點(diǎn)出發(fā)，引出了最終判定平均月的綜合指標(biāo)DM值。DM=（X1in-X軍1i）+K2(X2in-X軍2i）+K3(X3in-X軍3i）(2)式中：K2———含濕量對(duì)空調(diào)負(fù)荷影響的權(quán)系數(shù)，K2=ΔCLx/ΔCLt;K3———太陽(yáng)輻射對(duì)空調(diào)負(fù)荷影響的權(quán)系數(shù)，K3=ΔCLs/ΔCLt。由此可見(jiàn)，在滿足式（1）的各月中，DM值越靠近零的月份，它的氣象數(shù)據(jù)就越具有代表性，應(yīng)選其作平均月，。在K2、K3的定義式中，ΔCLt,ΔCLx,ΔCLs分別為室外溫度、含濕量和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度每一單位增量所對(duì)應(yīng)引起的負(fù)荷增量。式中：Aw,An,ARO———外墻（含窗）、內(nèi)墻和屋頂面積，m2;Kw,KR,Kn,KRO———外墻、窗、內(nèi)墻及屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)，W/（m2·℃）；G———單位建筑面積新風(fēng)量，m3/（m2·h）;F———建筑面積，m2;M———外墻開(kāi)口率；Gj———窗玻璃的透過(guò)日射得熱率；Vs———日射累積值垂直墻面對(duì)水平面的折減系數(shù)。式中：Je,Js,Jw,Jn,Jh———東，南，西，北各垂直墻面及水平面太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度，。3山東采暖空調(diào)粒度數(shù)度日的定義是每日的平均溫度與規(guī)定的基準(zhǔn)溫度的離值（℃·d）。因此，某一天的度日數(shù)，就是該天的日平均溫度與基準(zhǔn)溫度的差值。采用當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)年的氣象數(shù)據(jù)，冬季以18℃為基準(zhǔn)的采暖度日數(shù)HDD18、夏季以26℃為基準(zhǔn)的空調(diào)度日數(shù)CDD26可分別應(yīng)用公式（6）、（7）計(jì)算。式中，ti為標(biāo)準(zhǔn)年第i天的日平均溫度。計(jì)算中，當(dāng)（18-ti）或（ti-26）為負(fù)值時(shí)，?。?8-ti）=0或（ti-26）=0。表1列出了山東省主要城市采暖度日數(shù)、空調(diào)度日數(shù)。從上述研究結(jié)果可以看出，山東采暖空調(diào)度日數(shù)有下列分布特征。濟(jì)南北靠黃河，南依泰山，處于凹處，城市熱島效應(yīng)顯著，歷來(lái)就被喻為“四大火爐”之一。因此其空調(diào)度日數(shù)高達(dá)170（℃·d）,為全省之最，濟(jì)南冬季采暖期為101d，采暖度日數(shù)為1757（℃·d）。魯北地區(qū)采暖期為110～120d，采暖度日數(shù)為1700～2300（℃·d），空調(diào)度日數(shù)為160～170（℃·d）。從氣候上來(lái)看，德州是個(gè)非常特殊的地區(qū)。山東省極端最低溫度、極端最高溫度均出現(xiàn)在德州地區(qū)，分別為-27℃和43.4℃。全省采暖期室外平均溫度最低的地區(qū)是濱州，為-1.3℃。魯中地區(qū)采暖期為111～115d，采暖度日數(shù)為2050～2150（℃·d），空調(diào)度日數(shù)為60～70（℃·d）。魯南地區(qū)采暖期為100～110d，采暖度日數(shù)為1650～1950（℃·d），空調(diào)度日數(shù)為60～75（℃·d）。膠東半島采暖期為110～130d，全省以威海最高，為127d，采暖度日數(shù)為1800～2350（℃·d），膠東半島屬海洋性氣候，因此，夏天比較涼爽，所以，該地區(qū)空調(diào)度日數(shù)普遍偏小，該地區(qū)空調(diào)度日數(shù)為50～60（℃·d）。4空調(diào)粒度分布(1)山東屬于寒冷地區(qū)，冬季采暖期為101～127d，采暖度日數(shù)為1757～2337（℃·d），采暖期室外平均溫度為-1.3～0.9℃。(2)山東地區(qū)夏季酷熱多雨，內(nèi)陸地區(qū)空調(diào)度日數(shù)為60～170（℃·d），以濟(jì)南地區(qū)最高，為170（℃·d）。膠東半島屬海洋性氣候，夏季氣候宜人，空