李慧 劉子樊 李莉，2*

1 集美大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

2 福建省能源清潔利用與開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

廈門(mén)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，位于夏熱冬暖地區(qū)，處于“高溫高濕”氣候帶，國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)表明，年平均溫度為 20.6 ℃，最熱月平均溫度 28 ℃，最冷月平均溫度 12.6 ℃，年平均相對(duì)濕度 78%，通常廈門(mén)的季節(jié)劃分為 3～4月的春雨季、5～6月的梅雨季、7～9月的夏季（也稱(chēng)臺(tái)風(fēng)季）、10～11月的秋季、12～2月的冬季，其中長(zhǎng)期的潮濕現(xiàn)象成為居民生活的一大困擾。有別于傳統(tǒng)的天文和自然天氣為依據(jù)的季節(jié)劃分，建筑節(jié)能季包括建筑環(huán)境的采暖期、空調(diào)期、通風(fēng)期、加濕期、除濕期。廈門(mén)地區(qū)的建筑節(jié)能季包括通風(fēng)期、空調(diào)期和除濕期，其中空調(diào)期和除濕期的界定研究較少。進(jìn)行空調(diào)期和除濕期的劃分非常必要，了解廈門(mén)地區(qū)的氣候和地理環(huán)境，因地制宜的針對(duì)廈門(mén)高濕氣候現(xiàn)象進(jìn)行更好的空氣調(diào)節(jié)，提供更加舒適、低能耗的建筑環(huán)境。

廈門(mén)地區(qū)實(shí)際空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間段為五月中旬到十月中下旬，空調(diào)開(kāi)啟時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)達(dá)5、6 個(gè)月，而這其中存在較大一段時(shí)間是溫度符合人體熱舒適，濕度過(guò)高導(dǎo)致的，對(duì)該時(shí)間段進(jìn)行空調(diào)期和除濕期劃分可以明確制冷和除濕的時(shí)間段。除濕期期間僅需開(kāi)啟除濕處理，避免過(guò)度制冷帶來(lái)的能源浪費(fèi)，明確空調(diào)期和除濕期的劃分?；诂F(xiàn)有熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的研究得出熱舒適設(shè)計(jì)溫濕度范圍，結(jié)合廈門(mén)地區(qū)典型年的氣象參數(shù)，確定出廈門(mén)地區(qū)的空調(diào)期和除濕期。

1 空調(diào)期和除濕期釋義

空調(diào)期和除濕期的定義源于建筑節(jié)能季。傳統(tǒng)觀念中，人們把一年分為四季，即春、夏、秋、冬。有別于傳統(tǒng)的根據(jù)氣象參數(shù)的季節(jié)定義，建筑節(jié)能季指從建筑節(jié)能的角度以所需使用的建筑熱環(huán)境主要控制手段劃分出的一年中的幾個(gè)時(shí)期，包括采暖季節(jié)、空調(diào)季節(jié)、通風(fēng)季節(jié)、加濕季節(jié)和除濕季節(jié)[1]。建筑節(jié)能季的劃分可以更加緊密的處理好“ 氣候-建筑-人”之間的關(guān)系，更好的處理室外氣候熱濕狀態(tài)和城市宜居狀況之間的關(guān)系。對(duì)建筑節(jié)能季的研究一方面有助于在建筑使用時(shí)更加充分利用好自然資源，另一方面，可以使建筑在滿足人們熱舒適需求的條件下實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能和提高設(shè)備運(yùn)行能效。

空調(diào)期（制冷期）：指采用通風(fēng)或者除濕方式無(wú)法滿足室內(nèi)熱濕環(huán)境要求時(shí)，需要通過(guò)制冷設(shè)備向室內(nèi)提供冷量的時(shí)期。

除濕期：指當(dāng)室內(nèi)濕度過(guò)大而無(wú)法采用通風(fēng)滿足室內(nèi)熱濕環(huán)境要求時(shí)，需要通過(guò)除濕設(shè)備降低室內(nèi)濕度以滿足室內(nèi)熱濕環(huán)境要求的時(shí)期。

除濕期和空調(diào)期的劃分與人體熱舒適密切相關(guān)，而人體熱舒適受環(huán)境參數(shù)、人體生理參數(shù)和心理參數(shù)共同影響。建筑節(jié)能季劃分的影響因素主要與環(huán)境參數(shù)相關(guān)，其中空氣溫度可被人體皮膚直接顯著感受，參與人體熱平衡調(diào)節(jié)及新陳代謝，成為主要影響因素，此外還受空氣濕度、太陽(yáng)輻射和空氣流速等影響。

特別地，濕度一方面對(duì)人體熱舒適有直接影響，隨著溫度的升高，濕度對(duì)人體熱舒適的影響越來(lái)越大。高濕環(huán)境易滋養(yǎng)細(xì)菌，減緩人體散熱，降低空氣品質(zhì)等。當(dāng)空氣相對(duì)濕度低于 40%時(shí)，人們易患支氣管炎、過(guò)敏性皮炎等疾病，人體免疫力降低；相反，空氣濕度達(dá)到 80%以上，使人感到胸部受壓、憋悶、甚至中暑[2]。另一方面，濕度對(duì)建筑物造成直接或間接的影響，帶來(lái)建筑物的損壞，如熱橋冷凝，玻璃和建筑表面結(jié)露、隔斷墻體變質(zhì)、保溫層材料發(fā)霉等。

2 廈門(mén)空調(diào)期和除濕期劃分的必要性

我國(guó)建筑設(shè)計(jì)的氣候分區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)主要是《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB50178-93）[3]、《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50176-2016）[4]劃分的中國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)以及基于溫濕度獨(dú)立控制（THIC）空調(diào)劃分的全國(guó)氣候區(qū)[5]。

《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》以一月和七月平均氣溫、七月平均相對(duì)濕度等作為主要指標(biāo)，以年降水量、年日平均氣溫≤5 ℃和≥25 ℃的日數(shù)為輔助指標(biāo)，將全國(guó)劃分成七個(gè)一級(jí)區(qū)。根據(jù)《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》劃分，廈門(mén)地區(qū)屬于Ⅳ區(qū)，見(jiàn)表1。該區(qū)長(zhǎng)夏無(wú)冬，溫度高濕度大，太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，雨量充沛，常有大風(fēng)和暴雨天氣。

表1 建筑氣候區(qū)劃一級(jí)指標(biāo)

《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》以最冷月（即1月）和最熱月（即7月）的平均氣溫為主要?jiǎng)澐忠罁?jù)，累年日平均溫度≤5 ℃和≥25 ℃的天數(shù)作為輔助指標(biāo)，將我國(guó)的氣候區(qū)分為嚴(yán)寒、寒冷、溫和、夏熱冬冷和夏熱冬暖五個(gè)區(qū)，詳見(jiàn)圖1。廈門(mén)地處夏熱冬暖地區(qū)，氣候特點(diǎn)同建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)的Ⅳ區(qū)。

圖1 中國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)圖

由圖2 所示，以含濕量線 12g/kg(a)和秦嶺淮河為界，以最濕月份室外平均含濕量為依據(jù)劃分 THIC 分區(qū)[5]。根據(jù)THIC 空調(diào)氣候區(qū)，廈門(mén)地區(qū)屬于潮濕地區(qū)。

圖2 THIC 空調(diào)系統(tǒng)氣候區(qū)

從廈門(mén)地區(qū)的建筑熱環(huán)境和當(dāng)?shù)鼐用竦臒岣杏X(jué)分析可知，廈門(mén)地區(qū)存在雨量充沛、溫度高、濕度大的特點(diǎn)，其中尤為突出的是當(dāng)?shù)馗邼竦默F(xiàn)象[6]。結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，對(duì)該地空調(diào)季和除濕季的劃分研究，可因地制宜地針對(duì)廈門(mén)地區(qū)提出暖通空調(diào)設(shè)備各功能運(yùn)行區(qū)間，提高居民居住環(huán)境熱舒適的同時(shí)節(jié)約設(shè)備運(yùn)行能耗。

3 空調(diào)期和除濕期劃分依據(jù)

3.1 以熱舒適標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)劃分

基于人體熱舒適，以ASHRAE 55-2017 熱舒適標(biāo)準(zhǔn)[7]、ISO7730 標(biāo)準(zhǔn)[8]、我國(guó)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50736-2016）[9]三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，采用預(yù)計(jì)平均熱感覺(jué)指數(shù) PMV、預(yù)計(jì)不滿意者的百分?jǐn)?shù) PPD指標(biāo)進(jìn)行空調(diào)期和除濕期劃分。

1）對(duì)于ASHRAE 55-2017 熱舒適標(biāo)準(zhǔn)

實(shí)驗(yàn)確定的舒適區(qū)為：夏季，溫度 22.5～2 7 ℃，相對(duì)濕度25～6 5%。冬季，溫度 20～2 4.5 ℃，相對(duì)濕度20～70%。冬季，風(fēng)速不應(yīng)超過(guò)0.15 m/s，夏季，風(fēng)速不應(yīng)超過(guò)0.25 m/s。

2）對(duì)于ISO7730 熱舒適標(biāo)準(zhǔn)

其舒適區(qū)為：夏季，溫度在 23～2 6 ℃之間，相對(duì)濕度應(yīng)該介于 30%～7 0%，平均風(fēng)速v≤0.25 m/s。冬季：溫度在20～2 4 ℃之間，相對(duì)濕度應(yīng)該介于30%～7 0%，平均風(fēng)速v≤0.15m/s。

3）對(duì)于《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》熱舒適標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)將熱舒適分為兩個(gè)等級(jí)，Ⅰ 級(jí)對(duì)應(yīng)PMV范圍是-0.5～+0.5，P PD≤10%，Ⅱ級(jí)對(duì)應(yīng)的PMV 范圍是-1～-0.5 和+0.5～+1，P PD≤27%。

考慮到自然通風(fēng)狀態(tài)，暫不考慮風(fēng)速的影響，建筑節(jié)能季劃分時(shí)主要參考的設(shè)計(jì)參數(shù)為溫度和相對(duì)濕度，將上述三種規(guī)范規(guī)定的熱舒適溫濕度范圍匯于表2。

表2 三種標(biāo)準(zhǔn)的熱舒適溫濕度范圍統(tǒng)計(jì)表

實(shí)驗(yàn)表明 [10]，節(jié)能住宅室內(nèi)日最高溫度Tn,max，室外日最高的溫度Tw,max和室外日最低的溫度Tw,min之間的關(guān)系式：

0.44Tw,max+0.56Tw,min又被定義為室外加權(quán)日平均溫度，用Tw,jp表示,空調(diào)期室內(nèi)熱環(huán)境干球溫度最高為T(mén)n,c，供暖期室內(nèi)最低溫度記為T(mén)n,h，室外空氣日平均相對(duì)濕度為φw,p，φn,max為室內(nèi)熱環(huán)境上限相對(duì)濕度[10，11]。則有：

進(jìn)入空調(diào)期的條件是：

進(jìn)入除濕期的條件是：

結(jié)合規(guī)范，A SHRAE55 標(biāo)準(zhǔn)Tn，c取27 ℃，Tn，h取20℃，φn,max取65%。ISO7730 標(biāo)準(zhǔn)Tn，c取26 ℃，Tn，h取20℃，φn,max取70%。我國(guó)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》Ⅰ 級(jí)舒適度Tn，c取26 ℃，Tn，h取22 ℃，φn,max取60%。Ⅱ級(jí)舒適度Tn，c取28 ℃，Tn，h取18 ℃，φn,max取70%。以此得到的室外加權(quán)日平均溫度和濕度取值范圍見(jiàn)表3。

表3 室外加權(quán)日平均溫度和濕度取值范圍表

3.2 以有效實(shí)感溫度AT 和含濕量d為目標(biāo)劃分

有效實(shí)感溫度是基于熱平衡原理推導(dǎo)而來(lái)，適用于半人工半自然的非空調(diào)環(huán)境，在一定程度上不受空調(diào)環(huán)境熱舒適局限，可作為建筑節(jié)能季的劃分標(biāo)準(zhǔn)。室內(nèi)有效實(shí)感溫度簡(jiǎn)化計(jì)算式如下 [1]：

式中：Tf為室內(nèi)自然溫度，℃；Pf為室內(nèi)自然水蒸氣分壓力，kPa；Ta為空氣溫度，℃。

室內(nèi)參數(shù)均為不采用空調(diào)時(shí)住宅建筑內(nèi)的參數(shù)；實(shí)驗(yàn)表明[1]，當(dāng)AT＜16 時(shí)為低溫不適區(qū)，當(dāng)AT＞28 時(shí)為高溫不適區(qū)，當(dāng)16≤AT≤28 時(shí)為舒適區(qū)。相對(duì)濕度介于30%～7 0%時(shí)，塵螨等細(xì)菌數(shù)量和新陳代謝顯著降低，以ASHRAE55 標(biāo)準(zhǔn)[7]中規(guī)定可接受最高濕度d=12 g/kg（a）為濕度劃分界限，得出劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

表4 住宅建筑節(jié)能季時(shí)段劃分標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于廈門(mén)地區(qū)，在自然通風(fēng)的條件下，室內(nèi)溫度采用室內(nèi)最高溫度（即上述室外加權(quán)日平均溫度），此時(shí)Tf與Ta取值相同。室內(nèi)水蒸氣分壓力采用室外日最高水蒸氣分壓力。

4 空調(diào)期和除濕期劃分結(jié)果

代入廈門(mén)典型年氣象參數(shù)，結(jié)合劃分標(biāo)準(zhǔn)可得出除濕期和空調(diào)期的劃分時(shí)段。典型氣象年是由一系列逐時(shí)的太陽(yáng)輻射等氣象數(shù)據(jù)組成的數(shù)據(jù)庫(kù)，具有以下特征：

①其太陽(yáng)輻射、空氣溫度與風(fēng)速等氣象數(shù)據(jù)發(fā)生頻率分布與過(guò)去多年的長(zhǎng)期分布相似。

②其氣象參數(shù)與過(guò)去多年的參數(shù)具有不同參數(shù)間的關(guān)聯(lián)相似性。

廈門(mén)典型年日干球溫度、日平均含濕量年變化、日平均相對(duì)濕度年變化和日平均水蒸氣分壓力年逐時(shí)變化見(jiàn)圖3～圖6[12]。

圖3 廈門(mén)典型年日干球溫度

圖4 廈門(mén)典型年日平均含濕量

圖5 廈門(mén)典型年日平均相對(duì)濕度

圖6 廈門(mén)典型年日平均水蒸氣分壓力

依次代入所需參數(shù)，統(tǒng)計(jì)得出各標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)期和除濕期天數(shù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 空調(diào)期和除濕期統(tǒng)計(jì)匯總表

按各標(biāo)準(zhǔn)劃分的廈門(mén)地區(qū)空調(diào)期與除濕期的聚集時(shí)間與區(qū)間統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖7。

圖7 按各標(biāo)準(zhǔn)劃分所對(duì)應(yīng)的空調(diào)期和除濕期

分析圖7 可知，基于我國(guó)Ⅱ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)劃分的空調(diào)期天數(shù)最少，僅54 天，主要從 6月中旬～9月中旬?；冖窦?jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)劃分的空調(diào)期98 天，集中于5月下旬～9月中旬。有效實(shí)感溫度AT值劃分的空調(diào)期天數(shù)最多，高達(dá) 114 天，且集中于 5月中旬～10月上旬。ASHRAE55 標(biāo)準(zhǔn)劃分的空調(diào)期80 天，集中于6月上旬～9月中旬。ISO7730 標(biāo)準(zhǔn)劃分的 98 天，集中于5月下旬～9月中旬。

同樣地，分析圖7 可知，基于我國(guó)Ⅰ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)劃分除濕期天數(shù)最少，為67 天，集中于4月下旬～6月中旬、9月下旬～11月上旬。基于我國(guó)Ⅱ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)劃分的除濕期天數(shù)最多，為137 天，集中于4月上旬～7月中旬、8月中旬～11月下旬?；谟行?shí)感溫度AT值劃分的除濕期為 73 天，集中于 4月中旬～6月中旬、9月下旬～11月上旬。ASHRAE55 標(biāo)準(zhǔn)劃分的除濕期117 天，集中于4月上旬～7月中旬、9月下旬～11月下旬。ISO7730 標(biāo)準(zhǔn)劃分的除濕期81 天，集中于4月下旬～5月下旬，9月下旬～11月下旬。

對(duì)某段時(shí)期內(nèi)出現(xiàn)的個(gè)別間歇短時(shí)段時(shí)期進(jìn)行忽略處理，如ASHRAE55 標(biāo)準(zhǔn)和ISO7730 標(biāo)準(zhǔn)劃分中的除濕期3月7 日、ISO7730 標(biāo)準(zhǔn)劃分中的空調(diào)期的5月1 日、AT值劃分空調(diào)期的3月 17 日、我國(guó)Ⅱ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)劃分除濕期1月17 日等，作為誤差忽略處理?？紤]空調(diào)系統(tǒng)處理時(shí)間段的集中性和連續(xù)性，在時(shí)間段處理上把僅出現(xiàn)個(gè)別天數(shù)的月份忽略，去除相鄰間隔較大且天數(shù)較少造成不連續(xù)的時(shí)間點(diǎn)，如我國(guó)Ⅰ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)劃分除濕期中8月份僅出現(xiàn)三天需要除濕等。將各標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)期和除濕期具體時(shí)間段列于表6，各標(biāo)準(zhǔn)劃分的除濕期和空調(diào)期基本符合“除濕期-空調(diào)期-除濕期”的模式，符合廈門(mén)地區(qū)實(shí)際空氣溫濕度體感情況。對(duì)各標(biāo)準(zhǔn)的空調(diào)期和除濕期進(jìn)行上述劃分看出，不同標(biāo)準(zhǔn)劃分結(jié)果大體呈相似的趨勢(shì)。

表6 空調(diào)期和除濕期日期表

實(shí)用中，廈門(mén)地區(qū)空調(diào)期和除濕期劃分采用基于我國(guó)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的Ⅰ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)和Ⅱ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)的劃分結(jié)果，即基于我國(guó)Ⅰ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)期為5月26 日～9月16 日，除濕期為 4月15 日～6月22日和9月23 日～10月31 日。我國(guó)Ⅱ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)期為 6月 27 日～9月 15 日，除濕期為 4月8 日～6月26 日和 9月 20 日～11月27 日。而將基于其他標(biāo)準(zhǔn)和方法劃分的空調(diào)期和除濕期結(jié)果作為有益的參考和補(bǔ)充。

6 結(jié)論

結(jié)合地域高濕氣候的特點(diǎn)，為達(dá)到建筑設(shè)備節(jié)能高效，提高人體熱舒適，本文對(duì)廈門(mén)地區(qū)長(zhǎng)達(dá)5、6 個(gè)月的空調(diào)使用期進(jìn)行了空調(diào)期和除濕期劃分?；诂F(xiàn)有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，即ASHRAE55、ISO7730、我國(guó)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)和有效實(shí)感溫度AT值，運(yùn)用典型年氣象參數(shù)（日平均干球溫度、日最高干球溫度、日最低干球溫度、日相對(duì)濕度和日均空氣含濕量）研究得出以下結(jié)論：

1）我國(guó)Ⅰ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)期為 5月 26 日～9月 16 日，除濕期為 4月 15 日～6月 22 日和 9月 23日～10月 31 日。我國(guó)Ⅱ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)期為6月27 日～9月15 日，除濕期為4月 8 日～6月26 日和9月20 日～11月27 日。

2）有效實(shí)感溫度 AT 值空調(diào)期為 5月 20 日～9月 27 日，除濕期為 4月 14 日～6月 21 日和 9月20日～11月8 日。

3）ISO7730 標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)期為 5月 26 日～9月 16日，除濕期為4月14 日～6月 22 日和9月20 日～11月27 日。

4）A SHRAE55 標(biāo)準(zhǔn)空調(diào)期為 6月 5 日～9月 16日，除濕期為4月14 日～6月 25 日和9月20 日～11月27 日。

考慮到國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)參照我國(guó)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，基于節(jié)能出發(fā)，故采用我國(guó)Ⅰ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)和Ⅱ級(jí)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的空調(diào)期和除濕期劃分結(jié)果，其他方法得出的劃分結(jié)果作為參考。