漢中采暖期太陽總輻射平均強度的計算

陳　婕　（陜西理工學院，陜西　漢中723000）

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漢中采暖期太陽總輻射平均強度的計算

陳婕（陜西理工學院，陜西漢中723000）

采用2010版《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》中主要城市氣象參數的計算模式，對夏熱冬冷地區代表城市——漢中采暖期太陽總輻射平均強度進行計算。其計算結果對夏熱冬冷地區的居住建筑節能設計標準的完善有一定的參考價值。

太陽總輻射平均強度；漢中；采暖期

1　概述

為貫徹國家有關節約能源、保護環境的法律、法規和政策，改善嚴寒和寒冷地區居住建筑熱環境，提高采暖的能源利用效率，我國住房和城鄉建設部制定《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ26 一2010）和《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134—2010）為行業標準。原《民用建筑節能設計標準（采暖居住建筑部分）》（JGJ26—95）、原《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134—2001）同時廢止。

《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ26—2010）中嚴寒和寒冷地區采用了新的氣候分區指標，即采用采暖度日數（HDD18）結合空調度日數（CCD26）作為氣候分區的主要指標[1]。以陜西省嚴寒寒冷地區主要城市為對象舉例，將這些城市近10年的室外日平均溫度原始數據等資料整理，在其基礎上計算各個城市的 HDD18（℃·d）、CDD26（℃·d）、計算采暖期天數（d）、采暖期室外平均溫度（℃）、太陽總輻射平均強度（W/m2）等各項氣象參數[2]。陜西省嚴寒和寒冷地區主要城市的建筑節能計算用氣象參數如表1。

由于我國夏熱冬冷地區范圍廣，過去是非采暖地區，《夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ134 —2010）對居住建筑有關的建筑、熱工、采暖、通風和空調設計所采用的節能措施作出相關規定，沒有采用上段提到的采暖度日數（HDD18）結合空調度日數（CCD26）作為氣候分區的主要指標[3]。故夏熱冬冷地區主要城市沒有具體的建筑節能各氣象參數及參數的計算方法。

本文以陜西省夏熱冬冷地區代表城市漢中為例，采用2010標準中氣候分區指標及氣象參數之一的太陽總輻射平均強度的計算方法來計算漢中的氣象參數，進一步進行新的氣候的分區。

嚴寒和寒冷地區主要城市的建筑節能計算用氣象參數[1]表1

2　太陽輻射量描述

在建筑物模擬以及建筑設備設計用氣象數據，太陽輻射數據是至關重要的一部分。特別是在太陽房以及太陽光伏系統的設計和研究方面，太陽輻射量的有關數據更是必不可少的。太陽輻射的數據難以獲得，雖然這種情況有所改善，但由于科研和工程的需要，在今后的太陽輻射模型和太陽輻射量的推定仍是有必要的。本文將以漢中為例，討論太陽輻射的月累計模型及采暖期太陽總輻射平均強度（W/m2）計算。

3　太陽輻射模型構建

太陽輻射是地表大氣熱過程的主要能源，也是室外熱環境參數對建筑物影響較大的一個。日照和遮陽是建筑設計必須關心的事情，這都是針對太陽輻射。特別是對建筑外圍護結構的設計，必須仔細考慮可作為能源使用的太陽輻射熱。能源的消耗和枯竭迫使人們設計和建造愈來愈多的被動式太陽能建筑。太陽光穿過地球大氣層時，由于受到云層的反射和大氣層中氣體分子及各種微粒的散射和吸收，使得到達地球表面的輻射強度大大減弱，地理位置不同，到達地表的太陽輻射強度差異較大。

到達地面的太陽輻射由兩部分組成：一是太陽直接射達地面的部分，稱為直接輻射，它的射線是平行的；另一部分是經大氣散射后達到地面的，它的射線來自各個方向，稱為散射輻射。直接輻射與散射輻射之和就是達到地面的太陽輻射總量，稱為總輻射量[4]。根據前人的研究得知：太陽輻射平均強度可以通過兩種方式得到：

①由一些城市的原始氣象數據中直接獲得日累計太陽輻射平均強度；

②根據逐時云量、晴空指數、日照時數以及溫升等參數，用模型生成（張晴原模型）逐時太陽輻射強度，再統計成日平均值[5]。

4　研究思路與方法

4.1基本原理

本文的太陽輻射平均強度通過第二種方式得到：根據逐時云量、晴空指數、日照時數以及溫升等參數，用模型生成（張晴原模型）逐時太陽輻射強度，再統計成日平均值。漢中的標準年氣象數據由陜西省氣象局提供。清華標準年氣象數據包括封面（見表2）、逐時氣象參數、日干球溫度、月平均干球溫度、最熱月干球溫度、最冷月干球溫度、干球溫度小時分布圖、日平均含濕量、月平均含濕量、含濕量小時分布圖、日平均相對濕度、月平均相對濕度、太陽日總輻射、太陽月總輻射、太陽散射輻射小時分布圖、度日數和度小時數。漢中典型年（從1月1日——到12月31日）的以上各種逐時氣象參數（見表3）。取逐時氣象參數中的云量（單位：成）、風速（單位：m/s）數據得出采暖月1月、2月、12月的平均值（見表4黃色標注數值，漢中采暖月1月、2月、12月）[6]。

典型氣象（設計典型）年逐時參數報表封面　表2

漢中逐時氣象參數　表3

漢中采暖期月云量、風速及采暖天數[6]　表4

4.2實例分析

水平面及其他各個立面的太陽輻射平均強度的計算是按常規的逐日累計太陽輻射量生成逐時太陽輻射強度，然后按照不同的朝向進行拆分，拆分成直射輻射和散射輻射。

張晴原、JOE Huang所著《中國建筑用標準氣象數據庫》[7]中第五章太陽輻射模型及太陽輻射量的地區分布提到月累計輻射量用海波高度、緯度和云量及風速的月平均值推出，公式如下：

式中：Im——月累計輻射量（MJ/m2）

C0…C4——因月份而取值不同的常數（見《中國建筑用標準氣象數據庫》第247頁表5-3）

H——海拔高度（m）

Ψ——該城市的緯度

CCm——月平均云量（成）

υ——月平均風速（m/s）

式（1）中不同月份的C0…C4的數值[7]　表5

由于月累計輻射量Im（MJ/m2）和日平均輻射量（W/m2）之間的單位換算如下：

日平均輻射量（W/m2）

所以漢中地區各月日平均輻射量值計算依據公式（4），本文以漢中市采暖月1月、2月、12月的日平均輻射量（W/m2）為例，代入以上公式計算過程如下：

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

1月日平均輻射量值（W/m2）

2月日平均輻射量值（W/m2）

12月日平均輻射量值（W/m2）

4.3采暖期日平均輻射量

對于漢中地區，采暖月為1月天數為31d、2月天數為12d、12月天數為24d（見表4）。采暖期日平均輻射量=采暖期總輻射量/采暖期天數（5）

采暖期總輻射量（W·d/m2）=1月平均輻射量值×1月采暖期天數+2月平均輻射量值×2月采暖期天數+12月平均輻射量值×12月采暖期天數（6）

先將數值帶入公式（6）可得：漢中采暖期總輻射量=63.51×31+59.13×12+40.25×24=3644.37 （W·d/m2）

根據公式（5）可得：漢中采暖期日平均輻射量=3644.37/67=54.39（W/m2）

以上計算結果統計見表6。

漢中采暖期日平均太陽輻射　表6

5　結論

在全國氣象臺站中，只有93個臺站具備太陽輻射的觀測數據，其他臺站只具備通過補充計算得到的日總輻射數據，這樣大多數站點只具備逐日數據，其太陽輻射的逐日數據中只有日總輻射資料是比較全面的，因此計算這些站點的逐時太陽輻射時力求保證日總輻射與實測值吻合，然后進行直射輻射和散射輻射的分離。具備逐時輻射觀測數據的臺站中，級別較低的臺站可能只具備逐時太陽總輻射的觀測數據，此時需對其進行直散分離，從而獲得逐時的太陽直射輻射和太陽散射輻射值。

水平面、南立面、東立面的太陽輻射平均強度的計算是按常規的逐日累計太陽輻射量生成逐時太陽輻射強度，然后按照不同的朝向進行拆分，拆分成直射輻射和散射輻射[8]。

[1]JGJ26-2010，嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準[S].

[2]金姝倩.陜西省采暖地區居住建筑節能設計基礎研究[D].西安：西安建筑科技大學，2012.

[3]JGJ134-2010，夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準[S].

[4]劉加平.建筑物理[M].北京：中國建筑工業出版社，2000：25.

[5]周輝，董宏，林海燕.居住建筑節能設計標準應用技術導則——嚴寒和寒冷、夏熱冬冷地區[M].北京：中國建筑工業出版社，2010：10-20.

[6]陳婕.陜南地區城鎮居住建筑節能設計研究[D].西安：西安建筑科技大學，2011.

[7]張晴原，JOE Huang.中國建筑用標準氣象數據庫[M].北京：機械工業出版社，2004：254-268.

[8][法]Charles Chauliag.太陽能在建筑中的應用[M].北京：學苑出版社，1988：25-28.

P422.1

B

1007-7359(2016)03-0229-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.03.083

陜西省教育廳科學研究計劃項目：漢中農村房屋安全性分析及處理方法研究（14JK1137）。

陳婕（1982-），女，陜西漢中人，碩士；講師，研究方向：建筑技術與節能。