Mahoney列表法在節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究——以上海氣候?yàn)槔?/h1>
2017-03-27 20:04:10夏博趙敬源
中國(guó)建筑科學(xué) 2017年2期 關(guān)鍵詞：上海
夏博+趙敬源
摘 要：Mahoney列表法是一種建筑外部環(huán)境的科學(xué)分析方法，通過(guò)一系列表格分析，得出針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻慕ㄖO(shè)計(jì)策略。為了研究Mahoney列表法在建筑建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，本文以上海為例，利用Mahoney列表法結(jié)合上海的氣象資料對(duì)上海的建筑進(jìn)行了研究，并提出了一系列適合上海氣候特征的節(jié)能設(shè)計(jì)策略。并根據(jù)上海的氣候特征和人們的生活特點(diǎn)，對(duì)Mahoney列表法提出的策略的局限性進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：Mahoney列表法；上海；建筑節(jié)能設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào)：TU111.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
前言
Mahoney列表法是由倫敦?zé)釒Ыㄖ芯繀f(xié)會(huì)與英國(guó)發(fā)展部根據(jù)外部氣候環(huán)境提出的一種建筑分析和設(shè)計(jì)方法。它的提出是基于建筑設(shè)計(jì)的三個(gè)階段：建筑構(gòu)思階段、方案設(shè)計(jì)階段和建筑細(xì)部設(shè)計(jì)。為了把這三個(gè)階段的設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)貧夂蛳到y(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)，Mahoney方法是通過(guò)一系列表格分析，把當(dāng)?shù)貧夂蚺c建筑的設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，最后得出針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻慕ㄖ粍?dòng)式的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，因而這種方法被稱(chēng)為“Mahoney列表法”。對(duì)于人體熱舒適的分析中，Mahoney列表法采用了有效溫度法（SET）。Mahoney列表法通過(guò)四個(gè)階段的分析：外部環(huán)境數(shù)據(jù)分析、熱舒適分析、環(huán)境指標(biāo)分析和設(shè)計(jì)方法建議，把當(dāng)?shù)氐耐獠繗夂蚺c具體的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略聯(lián)系起來(lái)。
為了研究Mahoney列表法在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及研究氣候和當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，提出適合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯慕ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)策略，本文以上海為例，利用Mahoney列表法來(lái)分析的上海氣候與上海建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略之間的聯(lián)系。
1.上海氣象數(shù)據(jù)分析
Mahoney列表法主要分析氣象數(shù)據(jù)中的以下幾個(gè)參數(shù)：全年溫度、濕度和降水。本文研究的氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集》（由中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，其中的氣象參數(shù)完全來(lái)自于當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)多年的觀測(cè)數(shù)據(jù)），因而數(shù)據(jù)保證真實(shí)可靠。本文首先利用氣象數(shù)據(jù)對(duì)上海室外環(huán)境的氣候條件進(jìn)行了分析分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。
表1中的AMT表示年平均溫度：AMT=（年最高溫度+年最低溫度）/2；AMR表示年溫度波動(dòng)：AMR=年最高溫度-年最低溫度。表1中的濕度類(lèi)別是根據(jù)當(dāng)月的平均相對(duì)濕度來(lái)定義的：當(dāng)平均相對(duì)濕度小于30%時(shí)為濕度類(lèi)別為1；相對(duì)濕度30%-50%時(shí)濕度類(lèi)別為2；相對(duì)濕度50%-70%是濕度類(lèi)別為3；相對(duì)濕度大于70%時(shí)為濕度類(lèi)別為4。
2.熱舒適分析
由于人們具有較強(qiáng)的對(duì)氣候的適應(yīng)性，因而Mahoney方法根據(jù)不同的溫度、濕度參數(shù)確定了不同的氣候類(lèi)型區(qū)，每個(gè)氣候類(lèi)型區(qū)的人體舒適參數(shù)都是不同的，從而反映人對(duì)氣候的適應(yīng)性。人們對(duì)氣候的適應(yīng)性最要體現(xiàn)在對(duì)溫度和濕度的適應(yīng)，因而Mahoney方法通過(guò)平均溫度值A(chǔ)MT的高低來(lái)劃分不同的溫度范圍，其劃分為三個(gè)溫度范圍：分別為大于等于20℃、15到20℃之間和小于15℃。同樣根據(jù)濕度的不同分為四個(gè)范圍，分別是：相對(duì)濕度在0到30%之間，30%到50%，50%到70%和大于70%。另外人們?cè)诎滋旌秃谝挂轮?、活?dòng)方式和新陳代謝量都存在差異，因而Mahoney方法分別對(duì)白天和夜間兩個(gè)時(shí)間段限定了熱舒適范圍，見(jiàn)表2。
3.每個(gè)月的熱舒適情況分析
根據(jù)每個(gè)月氣象參數(shù)中白天和夜間的溫度平均最大值和最小值與表2中的舒適指標(biāo)相對(duì)比，來(lái)確定當(dāng)月的熱舒適情況，分別用H、C和N表示：
高于月平均舒適溫度范圍——H；
低于月平均舒適溫度范圍——C；
月平均舒適溫度范圍內(nèi)——N
通過(guò)分析上海的氣象參數(shù)，上海室外氣候與建筑熱舒適之間的關(guān)系如表3所示。
為了把室外氣候與建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)策略聯(lián)系起來(lái)，Mahoney方法提出了一系列氣候與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表4。本文根據(jù)表4的判讀依據(jù)和表3的氣候分析結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。
4.基于Mahoney列表的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略
Mahoney建立了上海氣候參數(shù)和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略之間的關(guān)系，見(jiàn)表6。利用表5的分析結(jié)果，在表6中可以直接得到上海氣候下的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略。
5.結(jié)論
1） 上海的氣候?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的不利影響較大，因而要求建筑對(duì)不利的外部氣候具有較高的控制能力。上海全年只有約為16.7%左右（表3）的室外氣候能夠保證是內(nèi)環(huán)境是舒適的，也就是說(shuō)上海全年只有16.7%的時(shí)間，建筑沒(méi)有采暖或是制冷的要求，不需要消耗任何能源，室外氣候可以保證室內(nèi)環(huán)境的熱舒適要求。
2） 上海的氣候條件要求建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中不僅要考慮炎熱環(huán)境對(duì)建筑熱舒適的影響，還要考慮寒冷環(huán)境對(duì)建筑的影響。上海全年海全年除了16.7%的時(shí)間，其他時(shí)間的室外環(huán)境都會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，必須依靠建筑的被動(dòng)式手段或是消耗一定的能源來(lái)保證室內(nèi)環(huán)境的舒適。其中炎熱環(huán)境的時(shí)間大約占了33.3%，6月到9月之間，無(wú)論白天和夜晚始終處于熱不舒適狀態(tài)，對(duì)于這種炎熱環(huán)境，表6中建議采用單側(cè)布置房間，有利通風(fēng)和輕質(zhì)隔熱屋面等設(shè)計(jì)策略；還有50%的時(shí)間建筑是處于寒冷環(huán)境下（圖1），從11月到4月間均存在冷不舒適的狀況，對(duì)于上海的寒冷環(huán)境表6中提出的空間開(kāi)敞，但要防止冷、熱風(fēng)侵入等設(shè)計(jì)策略。通過(guò)這些被動(dòng)的設(shè)計(jì)策略來(lái)減少建筑的能源消耗。
3） Mahoney列表法對(duì)上海氣候分析中存在一定的局限性。Mahoney列表法來(lái)自于對(duì)炎熱氣候環(huán)境下建筑的熱舒適研究，所以在上文對(duì)上海氣候的分析中，比較真實(shí)地反映了夏季上海的熱舒適情況。但是上海屬于夏熱冬冷地區(qū)，人們長(zhǎng)期處于夏熱冬冷環(huán)境下，不僅對(duì)夏季的炎熱有一定的適應(yīng)和耐受力，相對(duì)于居住于熱帶地區(qū)的人們，上海人對(duì)冬季的寒冷環(huán)境具有更強(qiáng)的耐受力，因而Mahoney列表法低估了上海人對(duì)寒冷環(huán)境的耐受力，因而對(duì)于上海冬季環(huán)境的評(píng)價(jià)可能存在一定的誤差，上海實(shí)際的冷不舒適狀況要小于50%。雖然上海居民對(duì)寒冷環(huán)境具有較好的耐受力，但是建筑的本質(zhì)是為人們提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，所以對(duì)于上海建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)同樣需要注重冬季寒冷情況的處理。
[1] Ali Sayigh， A. Hamid Marafia， Thermal comfort and the development of bioclimatic concept in building design， Renewable and sustainable Energy， 2（1998）， P3-24
[2] 中國(guó)氣象局氣象信息中心資料室.清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系著.中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集，北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005
[3] D.A.麥金太爾著.龍惟定等譯.室內(nèi)氣候.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988
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關(guān)鍵詞：Mahoney列表法；上海；建筑節(jié)能設(shè)計(jì)
中圖分類(lèi)號(hào)：TU111.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
前言
Mahoney列表法是由倫敦?zé)釒Ыㄖ芯繀f(xié)會(huì)與英國(guó)發(fā)展部根據(jù)外部氣候環(huán)境提出的一種建筑分析和設(shè)計(jì)方法。它的提出是基于建筑設(shè)計(jì)的三個(gè)階段：建筑構(gòu)思階段、方案設(shè)計(jì)階段和建筑細(xì)部設(shè)計(jì)。為了把這三個(gè)階段的設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)貧夂蛳到y(tǒng)的聯(lián)系起來(lái)，Mahoney方法是通過(guò)一系列表格分析，把當(dāng)?shù)貧夂蚺c建筑的設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)，最后得出針對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虻慕ㄖ粍?dòng)式的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，因而這種方法被稱(chēng)為“Mahoney列表法”。對(duì)于人體熱舒適的分析中，Mahoney列表法采用了有效溫度法（SET）。Mahoney列表法通過(guò)四個(gè)階段的分析：外部環(huán)境數(shù)據(jù)分析、熱舒適分析、環(huán)境指標(biāo)分析和設(shè)計(jì)方法建議，把當(dāng)?shù)氐耐獠繗夂蚺c具體的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略聯(lián)系起來(lái)。
為了研究Mahoney列表法在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，以及研究氣候和當(dāng)?shù)亟ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，提出適合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯慕ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)策略，本文以上海為例，利用Mahoney列表法來(lái)分析的上海氣候與上海建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略之間的聯(lián)系。
1.上海氣象數(shù)據(jù)分析
Mahoney列表法主要分析氣象數(shù)據(jù)中的以下幾個(gè)參數(shù)：全年溫度、濕度和降水。本文研究的氣象數(shù)據(jù)來(lái)自于《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集》（由中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，其中的氣象參數(shù)完全來(lái)自于當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)多年的觀測(cè)數(shù)據(jù)），因而數(shù)據(jù)保證真實(shí)可靠。本文首先利用氣象數(shù)據(jù)對(duì)上海室外環(huán)境的氣候條件進(jìn)行了分析分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。
表1中的AMT表示年平均溫度：AMT=（年最高溫度+年最低溫度）/2；AMR表示年溫度波動(dòng)：AMR=年最高溫度-年最低溫度。表1中的濕度類(lèi)別是根據(jù)當(dāng)月的平均相對(duì)濕度來(lái)定義的：當(dāng)平均相對(duì)濕度小于30%時(shí)為濕度類(lèi)別為1；相對(duì)濕度30%-50%時(shí)濕度類(lèi)別為2；相對(duì)濕度50%-70%是濕度類(lèi)別為3；相對(duì)濕度大于70%時(shí)為濕度類(lèi)別為4。
2.熱舒適分析
由于人們具有較強(qiáng)的對(duì)氣候的適應(yīng)性，因而Mahoney方法根據(jù)不同的溫度、濕度參數(shù)確定了不同的氣候類(lèi)型區(qū)，每個(gè)氣候類(lèi)型區(qū)的人體舒適參數(shù)都是不同的，從而反映人對(duì)氣候的適應(yīng)性。人們對(duì)氣候的適應(yīng)性最要體現(xiàn)在對(duì)溫度和濕度的適應(yīng)，因而Mahoney方法通過(guò)平均溫度值A(chǔ)MT的高低來(lái)劃分不同的溫度范圍，其劃分為三個(gè)溫度范圍：分別為大于等于20℃、15到20℃之間和小于15℃。同樣根據(jù)濕度的不同分為四個(gè)范圍，分別是：相對(duì)濕度在0到30%之間，30%到50%，50%到70%和大于70%。另外人們?cè)诎滋旌秃谝挂轮?、活?dòng)方式和新陳代謝量都存在差異，因而Mahoney方法分別對(duì)白天和夜間兩個(gè)時(shí)間段限定了熱舒適范圍，見(jiàn)表2。
3.每個(gè)月的熱舒適情況分析
根據(jù)每個(gè)月氣象參數(shù)中白天和夜間的溫度平均最大值和最小值與表2中的舒適指標(biāo)相對(duì)比，來(lái)確定當(dāng)月的熱舒適情況，分別用H、C和N表示：
高于月平均舒適溫度范圍——H；
低于月平均舒適溫度范圍——C；
月平均舒適溫度范圍內(nèi)——N
通過(guò)分析上海的氣象參數(shù)，上海室外氣候與建筑熱舒適之間的關(guān)系如表3所示。
為了把室外氣候與建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)策略聯(lián)系起來(lái)，Mahoney方法提出了一系列氣候與建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略的對(duì)應(yīng)關(guān)系，見(jiàn)表4。本文根據(jù)表4的判讀依據(jù)和表3的氣候分析結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表5。
4.基于Mahoney列表的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略
Mahoney建立了上海氣候參數(shù)和建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略之間的關(guān)系，見(jiàn)表6。利用表5的分析結(jié)果，在表6中可以直接得到上海氣候下的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)策略。
5.結(jié)論
1） 上海的氣候?qū)κ覂?nèi)環(huán)境的不利影響較大，因而要求建筑對(duì)不利的外部氣候具有較高的控制能力。上海全年只有約為16.7%左右（表3）的室外氣候能夠保證是內(nèi)環(huán)境是舒適的，也就是說(shuō)上海全年只有16.7%的時(shí)間，建筑沒(méi)有采暖或是制冷的要求，不需要消耗任何能源，室外氣候可以保證室內(nèi)環(huán)境的熱舒適要求。
2） 上海的氣候條件要求建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中不僅要考慮炎熱環(huán)境對(duì)建筑熱舒適的影響，還要考慮寒冷環(huán)境對(duì)建筑的影響。上海全年海全年除了16.7%的時(shí)間，其他時(shí)間的室外環(huán)境都會(huì)對(duì)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，必須依靠建筑的被動(dòng)式手段或是消耗一定的能源來(lái)保證室內(nèi)環(huán)境的舒適。其中炎熱環(huán)境的時(shí)間大約占了33.3%，6月到9月之間，無(wú)論白天和夜晚始終處于熱不舒適狀態(tài)，對(duì)于這種炎熱環(huán)境，表6中建議采用單側(cè)布置房間，有利通風(fēng)和輕質(zhì)隔熱屋面等設(shè)計(jì)策略；還有50%的時(shí)間建筑是處于寒冷環(huán)境下（圖1），從11月到4月間均存在冷不舒適的狀況，對(duì)于上海的寒冷環(huán)境表6中提出的空間開(kāi)敞，但要防止冷、熱風(fēng)侵入等設(shè)計(jì)策略。通過(guò)這些被動(dòng)的設(shè)計(jì)策略來(lái)減少建筑的能源消耗。
3） Mahoney列表法對(duì)上海氣候分析中存在一定的局限性。Mahoney列表法來(lái)自于對(duì)炎熱氣候環(huán)境下建筑的熱舒適研究，所以在上文對(duì)上海氣候的分析中，比較真實(shí)地反映了夏季上海的熱舒適情況。但是上海屬于夏熱冬冷地區(qū)，人們長(zhǎng)期處于夏熱冬冷環(huán)境下，不僅對(duì)夏季的炎熱有一定的適應(yīng)和耐受力，相對(duì)于居住于熱帶地區(qū)的人們，上海人對(duì)冬季的寒冷環(huán)境具有更強(qiáng)的耐受力，因而Mahoney列表法低估了上海人對(duì)寒冷環(huán)境的耐受力，因而對(duì)于上海冬季環(huán)境的評(píng)價(jià)可能存在一定的誤差，上海實(shí)際的冷不舒適狀況要小于50%。雖然上海居民對(duì)寒冷環(huán)境具有較好的耐受力，但是建筑的本質(zhì)是為人們提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，所以對(duì)于上海建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)同樣需要注重冬季寒冷情況的處理。
[1] Ali Sayigh， A. Hamid Marafia， Thermal comfort and the development of bioclimatic concept in building design， Renewable and sustainable Energy， 2（1998）， P3-24
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[3] D.A.麥金太爾著.龍惟定等譯.室內(nèi)氣候.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1988
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