我國主要城市住宅建筑除濕需求研究

王亮

上海朗綠建筑科技股份有限公司

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的要求逐漸提升，對住宅環(huán)境的要求愈來愈高，健康舒適則成為衡量住宅產(chǎn)品的重要維度，以健康舒適為標(biāo)志的“三恒”（恒溫、恒濕、恒氧）系統(tǒng)則成為戶式暖通空調(diào)行業(yè)關(guān)注的焦點及主要發(fā)展趨勢之一。“三恒”系統(tǒng)基于溫濕度獨立控制（THIC）機理，區(qū)別于常規(guī)戶式空調(diào)的熱濕耦合處理的方式，該系統(tǒng)可以使處理空調(diào)系統(tǒng)顯熱負(fù)荷的冷水溫度從傳統(tǒng)的7 ℃提高至17 ℃，使空調(diào)主機性能系數(shù)（COP）提高 41%以上，從而使得集中空調(diào)系統(tǒng)能耗降低30%以上[1-3]。而除濕則是溫濕度獨立控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，對于住宅建筑除濕方面，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究，取得了豐碩的成果。

田少宸等人對夏熱冬冷地區(qū)近零能耗居住建筑除濕需求進行了研究，提出近零能耗建筑相對于常規(guī)建筑具有更低的濕負(fù)荷及顯熱負(fù)荷，夏季降低幅度分別為17.2%及45.3%，過渡季降低幅度分別為15.4%及79.7%[4]。余曉平等人對夏熱冬冷地區(qū)典型城市除采暖期與空調(diào)期外的除濕期進行了統(tǒng)計，在室內(nèi)相對濕度設(shè)定為60%時，除濕期長度在 80～120 天范圍內(nèi)[5]。張慧玲基于人體熱舒適分析，對我國不同氣候區(qū)的代表城市氣候適應(yīng)性的時域進行劃分，指出代表城市的除濕季時段[6]。劉拴強等對室內(nèi)濕負(fù)荷的構(gòu)成以及計算方法進行了研究，指出人體散濕量，新風(fēng)滲透產(chǎn)濕，新風(fēng)和圍護結(jié)構(gòu)傳濕等諸多方面均應(yīng)考慮，且提出了各濕負(fù)荷分項的計算方法[7]。

我國地域遼闊氣候條件迥異，其除濕需求差異大，目前對于該方面的研究多采用氣候區(qū)的某個代表城市，研究了住宅的除濕負(fù)荷及除濕時段，而對全年的除濕需求特性研究不足。上述研究一般固定了分析夏季工況（6～9月），而對于全年的過渡季的除濕需求考量不足，且同一氣候不同省市其氣候條件亦可能存在較大差異。因此本文提出二維除濕需求指標(biāo)（除濕量及除濕小時數(shù)），基于典型氣象年數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)源自《建筑節(jié)能氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T346-2014）），考慮了全國31 個省市自治區(qū)的氣候、低于差異性，以及目前戶式溫濕分控系統(tǒng)新風(fēng)采用換氣次數(shù)指標(biāo)的做法，對不同建筑面積、不同新風(fēng)換氣指標(biāo)的情景下除濕需求進行研究。

1 研究方法

建筑的除濕需求與除濕量及除濕時間長度密切相關(guān)，上述兩個維度直接影響除濕設(shè)備的運行時間、運行能耗等方面。本文采用全年總除濕量和除濕小時數(shù)作為上述2 個維度的分析參數(shù)。除濕需求分析時段為全年，在產(chǎn)濕量分項方面，考慮了人員活動產(chǎn)濕及新風(fēng)產(chǎn)濕。對于圍護結(jié)構(gòu)傳濕及滲透傳濕，考慮到目前溫濕分控住宅項目室內(nèi)采用正壓控制的條件及圍護結(jié)構(gòu)的氣密性逐步改進的實際情況，該部分不做考慮。相關(guān)計算公式如式（1）（-4）所示。

式中：L為全年總除濕量，kg；li為第i個小時的除濕量，kg；max(.)為取最大值符號；lp,i為第i個小時人員活動產(chǎn)濕量，kg；la,i為新風(fēng)換氣的產(chǎn)濕/ 除濕量，kg；Tyear為全年除濕累計時數(shù)，h；ti為第i個小時的除濕需求，h；i為小時序號編號，（i=1,2,…,8760）。

由上述模型可見，除濕需求與新風(fēng)除濕量密切相關(guān)，新風(fēng)除濕量取決于室外狀態(tài)點，室內(nèi)設(shè)計狀態(tài)點及新風(fēng)量。目前溫住宅濕獨立系統(tǒng)，為了保證充足的新風(fēng)量及室內(nèi)空氣品質(zhì)，在實際設(shè)計中，多采用換氣次數(shù)的指標(biāo)，參考目前項目的設(shè)計指標(biāo)，換氣次數(shù)設(shè)定為0.5 次h-1、1.0 次h-1、1.5 次h-1，有效建筑面積設(shè)定為80 m2、120 m2、160 m2三種情況。室外狀態(tài)點，按照典型氣象年數(shù)據(jù)逐時計算，室內(nèi)狀態(tài)點為 26 ℃、60%（含濕量12.64 g/kg干空氣）。綜上所述，分析情景設(shè)定具體如表1 所示。

表1 分析情景列表

除了新風(fēng)影響因素外，除濕需求還取決于人員活動產(chǎn)濕。人員活動產(chǎn)濕，其形成機理及產(chǎn)濕量復(fù)雜多樣，涵蓋炊事、人體散濕、餐飲、清潔、盥洗、室內(nèi)植物澆灌等多項活動，定量難度大。參考張立志的研究成果 [8]，人員活動產(chǎn)濕量為129 g/(p · h)，室內(nèi)人數(shù)，參照目前住宅家庭人員構(gòu)成，對于 80 m2和120 m2建筑取 3人，160 m2住宅取5 人。散濕考慮人員在室時段，人員非在室時段，忽略散濕量，人員在室時段參照表2。

表2 人員在室時段設(shè)定

2 結(jié)果與討論

基于上述研究方法及情景設(shè)置條件，不同情境下，各城市除濕需求（除濕小時數(shù)及全年累計除濕量）如圖1 至圖3 所示。

圖1 情景1 至情景3 全年除濕需求

圖2 情景4 至情景6 全年除濕需求

圖3 情景7 至情景9 全年除濕需求

由圖1 至圖3 可見，不同情景下除濕需求呈現(xiàn)以下特點：

1）不同城市除濕需求差異顯著，除濕需求最高的為夏熱供暖氣候區(qū)的?？谑?，最高除濕量對應(yīng)情景為情景9 全年除濕量達23869 kg，最大除濕小時數(shù)對應(yīng)情景1 除濕小時數(shù)為5238 h。除濕需求最低的為寒冷氣候區(qū)的拉薩市，無除濕需求。

2）相同建筑面積條件下，隨著新風(fēng)量的增加，除濕小時數(shù)并未增加甚至略有減少，全年除濕量隨新風(fēng)量的增加顯著增加。

3）相同換氣次數(shù)的條件下，建筑面積的增加，除濕小時數(shù)變化不顯著，而總除濕量顯著增加。

不同情景，城市間除濕需求趨勢相一致，因此選取中間大小建筑面積、中間大小換氣次數(shù)情景（即情景5：建筑面積120 m2，新風(fēng)量指標(biāo)1.0 次/h）進一步分析氣候分區(qū)及地域?qū)Τ凉裥枨蟮挠绊?，結(jié)果具體如圖4 所示。

圖4 不同城市的除濕需求(情景5)

由圖4 可見，除濕需求呈現(xiàn)以下特點：

1）氣候分區(qū)方面，夏熱冬暖地區(qū)城市除濕需求最高，其中?？谑凶顬轱@著除濕小時數(shù)達4863 h，全年累計除濕量達12248 kg，福州市除濕需求更接近于夏熱冬冷氣候區(qū)城市，顯著低于廣州、南寧及海口。其次是夏熱冬冷氣候區(qū)，寒冷氣候區(qū)及嚴(yán)寒氣候區(qū)需求最低。溫和氣候區(qū)城市除濕需求特性接近寒冷及嚴(yán)寒的氣候區(qū)。

2）地域城市特性而言，廣東、廣西及海南省除濕需求最高，福建（福州）除濕需求接近長江流域，長江流域（夏熱冬冷氣候區(qū)）除濕需求較為接近。華北地區(qū)（北京、山東、河南、天津、河北）除濕需求較為接近。山西、東北（黑龍江、吉林、遼寧）除濕需求較為接近。西北地區(qū)（新疆、西藏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古中西部、寧夏）除濕需求較為接近。溫和氣候區(qū)，貴州（貴陽）除濕需求與華北地區(qū)較為接近，云南（昆明）除濕需求與東北地區(qū)除濕需求較為接近。

3 結(jié)論

1）建筑除濕需求與新風(fēng)指標(biāo)、建筑面積顯著相關(guān)，全年除濕量隨新風(fēng)指標(biāo)及建筑面積的增加顯著增加，除濕小時數(shù)則無顯著變化甚至略有下降。不同城市除濕需求差異顯著，省會城市及直轄市中除濕需求排名前三的為?？?、廣州、南寧，最高為?？冢ㄇ榫?5：除濕小時數(shù)4863 h，全年除濕量為12248 kg）。除濕需求排名最后三個城市為拉薩、烏魯木齊、西寧，基本無除濕需求。

2）按照氣候分區(qū)分析，整體而言除濕需求由高到低依次為夏熱冬暖氣候區(qū)，夏熱冬冷氣候區(qū)，寒冷及嚴(yán)寒氣候區(qū)，對于溫和氣候區(qū)除濕需求與寒冷及嚴(yán)寒氣候區(qū)接近。

3）按照地域分析，長江流域（夏熱冬冷氣候區(qū)）除濕需求較為接近。華北地區(qū)（北京、山東、河南、天津、河北）除濕需求較為接近。山西、東北（黑龍江、吉林、遼寧）除濕需求較為接近。西北地區(qū)（新疆、西藏、甘肅、青海、內(nèi)蒙古中西部、寧夏）除濕需求較為接近，基本無除濕需求。溫和氣候區(qū)，貴州（貴陽）除濕需求與華北地區(qū)較為接近，云南（昆明）除濕需求與東北地區(qū)除濕需求較為接近。

4）空調(diào)設(shè)計建議方面，夏熱冬冷氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)、部分寒冷氣候區(qū)（河北、山東、河南、北京、天津）、部分溫和氣候區(qū)（貴州）除濕需求顯著，尤其夏熱冬冷氣候區(qū)、夏熱冬暖氣候區(qū)，在暖通空調(diào)設(shè)計中應(yīng)著重考慮。嚴(yán)寒地區(qū)，部分寒冷氣候區(qū)，部分溫和氣候區(qū)（云南）除濕需求不顯著，西北地區(qū)甚至無除濕需求。