廈門地區建筑空調期和除濕期劃分

李慧 劉子樊 李莉，2*

1 集美大學機械與能源工程學院

2 福建省能源清潔利用與開發重點實驗室

0 引言

廈門屬于亞熱帶季風氣候，位于夏熱冬暖地區，處于“高溫高濕”氣候帶，國家氣象科學數據中心數據表明，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 ℃，年平均相對濕度 78%，通常廈門的季節劃分為 3～4月的春雨季、5～6月的梅雨季、7～9月的夏季（也稱臺風季）、10～11月的秋季、12～2月的冬季，其中長期的潮濕現象成為居民生活的一大困擾。有別于傳統的天文和自然天氣為依據的季節劃分，建筑節能季包括建筑環境的采暖期、空調期、通風期、加濕期、除濕期。廈門地區的建筑節能季包括通風期、空調期和除濕期，其中空調期和除濕期的界定研究較少。進行空調期和除濕期的劃分非常必要，了解廈門地區的氣候和地理環境，因地制宜的針對廈門高濕氣候現象進行更好的空氣調節，提供更加舒適、低能耗的建筑環境。

廈門地區實際空調開啟時間段為五月中旬到十月中下旬，空調開啟時間內長達5、6 個月，而這其中存在較大一段時間是溫度符合人體熱舒適，濕度過高導致的，對該時間段進行空調期和除濕期劃分可以明確制冷和除濕的時間段。除濕期期間僅需開啟除濕處理，避免過度制冷帶來的能源浪費，明確空調期和除濕期的劃分。基于現有熱舒適標準的研究得出熱舒適設計溫濕度范圍，結合廈門地區典型年的氣象參數，確定出廈門地區的空調期和除濕期。

1 空調期和除濕期釋義

空調期和除濕期的定義源于建筑節能季。傳統觀念中，人們把一年分為四季，即春、夏、秋、冬。有別于傳統的根據氣象參數的季節定義，建筑節能季指從建筑節能的角度以所需使用的建筑熱環境主要控制手段劃分出的一年中的幾個時期，包括采暖季節、空調季節、通風季節、加濕季節和除濕季節[1]。建筑節能季的劃分可以更加緊密的處理好“ 氣候-建筑-人”之間的關系，更好的處理室外氣候熱濕狀態和城市宜居狀況之間的關系。對建筑節能季的研究一方面有助于在建筑使用時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現最大限度的節能和提高設備運行能效。

空調期（制冷期）：指采用通風或者除濕方式無法滿足室內熱濕環境要求時，需要通過制冷設備向室內提供冷量的時期。

除濕期：指當室內濕度過大而無法采用通風滿足室內熱濕環境要求時，需要通過除濕設備降低室內濕度以滿足室內熱濕環境要求的時期。

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

特別地，濕度一方面對人體熱舒適有直接影響，隨著溫度的升高，濕度對人體熱舒適的影響越來越大。高濕環境易滋養細菌，減緩人體散熱，降低空氣品質等。當空氣相對濕度低于 40%時，人們易患支氣管炎、過敏性皮炎等疾病，人體免疫力降低；相反，空氣濕度達到 80%以上，使人感到胸部受壓、憋悶、甚至中暑[2]。另一方面，濕度對建筑物造成直接或間接的影響，帶來建筑物的損壞，如熱橋冷凝，玻璃和建筑表面結露、隔斷墻體變質、保溫層材料發霉等。

2 廈門空調期和除濕期劃分的必要性

我國建筑設計的氣候分區的標準主要是《建筑氣候區劃標準》（GB50178-93）[3]、《民用建筑熱工設計規范》（GB50176-2016）[4]劃分的中國建筑熱工設計分區以及基于溫濕度獨立控制（THIC）空調劃分的全國氣候區[5]。

《建筑氣候區劃標準》以一月和七月平均氣溫、七月平均相對濕度等作為主要指標，以年降水量、年日平均氣溫≤5 ℃和≥25 ℃的日數為輔助指標，將全國劃分成七個一級區。根據《建筑氣候區劃標準》劃分，廈門地區屬于Ⅳ區，見表1。該區長夏無冬，溫度高濕度大，太陽輻射強烈，雨量充沛，常有大風和暴雨天氣。

表1 建筑氣候區劃一級指標

《民用建筑熱工設計規范》以最冷月（即1月）和最熱月（即7月）的平均氣溫為主要劃分依據，累年日平均溫度≤5 ℃和≥25 ℃的天數作為輔助指標，將我國的氣候區分為嚴寒、寒冷、溫和、夏熱冬冷和夏熱冬暖五個區，詳見圖1。廈門地處夏熱冬暖地區，氣候特點同建筑氣候區劃標準的Ⅳ區。

圖1 中國建筑熱工設計分區圖

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劃分 THIC 分區[5]。根據THIC 空調氣候區，廈門地區屬于潮濕地區。

圖2 THIC 空調系統氣候區

從廈門地區的建筑熱環境和當地居民的熱感覺分析可知，廈門地區存在雨量充沛、溫度高、濕度大的特點，其中尤為突出的是當地高濕的現象[6]。結合當地氣候特點，對該地空調季和除濕季的劃分研究，可因地制宜地針對廈門地區提出暖通空調設備各功能運行區間，提高居民居住環境熱舒適的同時節約設備運行能耗。

3 空調期和除濕期劃分依據

3.1 以熱舒適標準為目標劃分

基于人體熱舒適，以ASHRAE 55-2017 熱舒適標準[7]、ISO7730 標準[8]、我國《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》（GB50736-2016）[9]三個標準，采用預計平均熱感覺指數 PMV、預計不滿意者的百分數 PPD指標進行空調期和除濕期劃分。

1）對于ASHRAE 55-2017 熱舒適標準

實驗確定的舒適區為：夏季，溫度 22.5～2 7 ℃，相對濕度25～6 5%。冬季，溫度 20～2 4.5 ℃，相對濕度20～70%。冬季，風速不應超過0.15 m/s，夏季，風速不應超過0.25 m/s。

2）對于ISO7730 熱舒適標準

其舒適區為：夏季，溫度在 23～2 6 ℃之間，相對濕度應該介于 30%～7 0%，平均風速v≤0.25 m/s。冬季：溫度在20～2 4 ℃之間，相對濕度應該介于30%～7 0%，平均風速v≤0.15m/s。

3）對于《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》熱舒適標準

我國標準將熱舒適分為兩個等級，Ⅰ 級對應PMV范圍是-0.5～+0.5，P PD≤10%，Ⅱ級對應的PMV 范圍是-1～-0.5 和+0.5～+1，P PD≤27%。

考慮到自然通風狀態，暫不考慮風速的影響，建筑節能季劃分時主要參考的設計參數為溫度和相對濕度，將上述三種規范規定的熱舒適溫濕度范圍匯于表2。

表2 三種標準的熱舒適溫濕度范圍統計表

實驗表明 [10]，節能住宅室內日最高溫度Tn,max，室外日最高的溫度Tw,max和室外日最低的溫度Tw,min之間的關系式：

0.44Tw,max+0.56Tw,min又被定義為室外加權日平均溫度，用Tw,jp表示,空調期室內熱環境干球溫度最高為Tn,c，供暖期室內最低溫度記為Tn,h，室外空氣日平均相對濕度為φw,p，φn,max為室內熱環境上限相對濕度[10，11]。則有：

進入空調期的條件是：

進入除濕期的條件是：

結合規范，A SHRAE55 標準Tn，c取27 ℃，Tn，h取20℃，φn,max取65%。ISO7730 標準Tn，c取26 ℃，Tn，h取20℃，φn,max取70%。我國《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》Ⅰ 級舒適度Tn，c取26 ℃，Tn，h取22 ℃，φn,max取60%。Ⅱ級舒適度Tn，c取28 ℃，Tn，h取18 ℃，φn,max取70%。以此得到的室外加權日平均溫度和濕度取值范圍見表3。

表3 室外加權日平均溫度和濕度取值范圍表

3.2 以有效實感溫度AT 和含濕量d為目標劃分

有效實感溫度是基于熱平衡原理推導而來，適用于半人工半自然的非空調環境，在一定程度上不受空調環境熱舒適局限，可作為建筑節能季的劃分標準。室內有效實感溫度簡化計算式如下 [1]：

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

室內參數均為不采用空調時住宅建筑內的參數；實驗表明[1]，當AT＜16 時為低溫不適區，當AT＞28 時為高溫不適區，當16≤AT≤28 時為舒適區。相對濕度介于30%～7 0%時，塵螨等細菌數量和新陳代謝顯著降低，以ASHRAE55 標準[7]中規定可接受最高濕度d=12 g/kg（a）為濕度劃分界限，得出劃分標準見表4。

表4 住宅建筑節能季時段劃分標準

對于廈門地區，在自然通風的條件下，室內溫度采用室內最高溫度（即上述室外加權日平均溫度），此時Tf與Ta取值相同。室內水蒸氣分壓力采用室外日最高水蒸氣分壓力。

4 空調期和除濕期劃分結果

代入廈門典型年氣象參數，結合劃分標準可得出除濕期和空調期的劃分時段。典型氣象年是由一系列逐時的太陽輻射等氣象數據組成的數據庫，具有以下特征：

①其太陽輻射、空氣溫度與風速等氣象數據發生頻率分布與過去多年的長期分布相似。

②其氣象參數與過去多年的參數具有不同參數間的關聯相似性。

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

圖3 廈門典型年日干球溫度

圖4 廈門典型年日平均含濕量

圖5 廈門典型年日平均相對濕度

圖6 廈門典型年日平均水蒸氣分壓力

依次代入所需參數，統計得出各標準的空調期和除濕期天數，統計結果見表5。

表5 空調期和除濕期統計匯總表

按各標準劃分的廈門地區空調期與除濕期的聚集時間與區間統計見圖7。

圖7 按各標準劃分所對應的空調期和除濕期

分析圖7 可知，基于我國Ⅱ級熱舒適標準劃分的空調期天數最少，僅54 天，主要從 6月中旬～9月中旬。基于Ⅰ級熱舒適標準劃分的空調期98 天，集中于5月下旬～9月中旬。有效實感溫度AT值劃分的空調期天數最多，高達 114 天，且集中于 5月中旬～10月上旬。ASHRAE55 標準劃分的空調期80 天，集中于6月上旬～9月中旬。ISO7730 標準劃分的 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Ⅰ級熱舒適標準劃分除濕期天數最少，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Ⅱ級熱舒適標準劃分的除濕期天數最多，為137 天，集中于4月上旬～7月中旬、8月中旬～11月下旬。基于有效實感溫度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 標準劃分的除濕期117 天，集中于4月上旬～7月中旬、9月下旬～11月下旬。ISO7730 標準劃分的除濕期81 天，集中于4月下旬～5月下旬，9月下旬～11月下旬。

對某段時期內出現的個別間歇短時段時期進行忽略處理，如ASHRAE55 標準和ISO7730 標準劃分中的除濕期3月7 日、ISO7730 標準劃分中的空調期的5月1 日、AT值劃分空調期的3月 17 日、我國Ⅱ級熱舒適標準劃分除濕期1月17 日等，作為誤差忽略處理。考慮空調系統處理時間段的集中性和連續性，在時間段處理上把僅出現個別天數的月份忽略，去除相鄰間隔較大且天數較少造成不連續的時間點，如我國Ⅰ級熱舒適標準劃分除濕期中8月份僅出現三天需要除濕等。將各標準空調期和除濕期具體時間段列于表6，各標準劃分的除濕期和空調期基本符合“除濕期-空調期-除濕期”的模式，符合廈門地區實際空氣溫濕度體感情況。對各標準的空調期和除濕期進行上述劃分看出，不同標準劃分結果大體呈相似的趨勢。

表6 空調期和除濕期日期表

實用中，廈門地區空調期和除濕期劃分采用基于我國熱舒適標準的Ⅰ級熱舒適標準和Ⅱ級熱舒適標準的劃分結果，即基于我國Ⅰ級熱舒適標準空調期為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Ⅱ級熱舒適標準空調期為 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。而將基于其他標準和方法劃分的空調期和除濕期結果作為有益的參考和補充。

6 結論

結合地域高濕氣候的特點，為達到建筑設備節能高效，提高人體熱舒適，本文對廈門地區長達5、6 個月的空調使用期進行了空調期和除濕期劃分。基于現有的設計標準，即ASHRAE55、ISO7730、我國熱舒適標準和有效實感溫度AT值，運用典型年氣象參數（日平均干球溫度、日最高干球溫度、日最低干球溫度、日相對濕度和日均空氣含濕量）研究得出以下結論：

1）我國Ⅰ級熱舒適標準空調期為 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Ⅱ級熱舒適標準空調期為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）有效實感溫度 AT 值空調期為 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 標準空調期為 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 標準空調期為 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。

考慮到國內設計參照我國熱舒適標準進行，基于節能出發，故采用我國Ⅰ級熱舒適標準和Ⅱ級熱舒適標準進行對應的空調期和除濕期劃分結果，其他方法得出的劃分結果作為參考。