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上海奉贤区室外空气计算参数的研究

发表时间：2021/4/26 来源：《建筑科技》2021年2月上作者：许泽倩

[导读] 抛砖引玉，提出上海奉贤区需要采用当地的室外计算参数，以达到暖通空调设计计算和设备选型的准确，更贴近实际。并根据能获得的所有原始气象资料，计算确立了上海奉贤区常用的室外空气计算参数，并和徐家汇站点的参数进行偏差分析。

上海轻工业工程设计研究院有限公司许泽倩

摘要:抛砖引玉，提出上海奉贤区需要采用当地的室外计算参数，以达到暖通空调设计计算和设备选型的准确，更贴近实际。并根据能获得的所有原始气象资料，计算确立了上海奉贤区常用的室外空气计算参数，并和徐家汇站点的参数进行偏差分析。
关键词 :上海奉贤区室外空气计算参数
        0 引言
        暖通空调设计人员都知道室外空气计算参数对暖通空调设计的重要性，选择正确的室外计算参数是正确暖通空调设计的基石。暖通空调设计人员设计国内项目时，通常民用建筑采用GB50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》[2]（以下简称《民规》）里附录A“室外空气计算参数”，工业建筑采用GB50019-2015《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》[1]（以下简称《工规》）的附录A“室外空气计算参数”。遇到规范中有些城市或地区没有台站数据，通常采用同纬度的最近的台站数据。
        上海作为大城市，总面积为6340平方公里，现公布的数据只有徐家汇一个气象台站。不知道是否有暖通设计师，遇到过或思考过上海仅有一个气象台站是否合理，设计工作是否出现过偏差？
        以上海奉贤区为例，我们来讨论一下这个问题。
        1我国关于室外计算参数规范方面的发展
        最早的TJ19-75《工业企业采暖通风和空气调节设计规范》[4]基于当时的条件：气象台站较少，原始气象数据也有限的情况下，根据原始4次定时数据，统计得到可以用于暖通空调设计工作的室外气象计算参数。
        第二次，1979年版《暖通空调气象资料集（增编一稿）》[7]在TJ19-75《工业企业采暖通风和空气调节设计规范》[4]基础上增补了全国954个气象台站的室外计算参数。
        第三次，GBJ19-87的《采暖通风与空气调节设计规范》[5]，把全国的气象数据进行了全方位的更新，并将气象数据统计的年限从原来规范的1951-1979年修改更新至1951-1980年。GBJ19-87也是笔者2001年参加工作后使用的第一本规范，并是设计工作使用室外气象参数时间最长的一本。
        另，GB50019-2003《采暖通风与空气调节设计规范》[6]虽然规范全面升级，但没有给出气象参数，仅把室外气象参数如何确定的方法给出。原GBJ19-87废止后，但设计工作仍然需要采用GBJ19-87的室外气象参数。
        第四次，《民规》和《工规》在时隔20多年后，将数据更新至1971-2000年。
        室外气象参数的发展其实依赖于我国气象技术的发展，并依赖于其他如智能化、计算机等技术的发展。目前我国室外气象参数的发展还是有些滞后于目前暖通空调设计工作的要求，虽然我国地面的气象台站已由1949年时的101个快速增长到现在2300多个，气象观测设备也由人工观测转变为自动观测。例如，最新的《民规》和《工规》的室外气象参数仍然都采用每日4次的人工定时观测数据，选用的数据为1971年1月1日~2000年12月31日。
        《民规》和《工规》的室外气象参数选取了294个气象台站，笔者查阅了公开的资料如：《中国建筑热环境分析专用气象数据集》[8]收录了全国270个气象站台，《中国地面气候资料日值数据集（V3.0）》[9]收录了全国699个基准、基本气象站。上海奉贤区的数据都不在这些气象台站内。笔者查了奉贤不属于《中国建筑热环境分析专用气象数据集》[8]的270个气象站点，也不属于《中国地面气候资料日值数据集（V3.0）》包括全中国的699个基准和基本气象台站。2个数据集里面上海除了徐家汇还包括宝山、金山气象台站。说明上海奉贤区被看作室外气象参数可以完全按照徐家汇气象台站的数据。
        2 上海奉贤区室外计算参数计算方法的确定
        笔者思考这个问题，是因为有个上海奉贤区工厂项目的设计任务，厂房内需要设计中央空调，部分区域需要洁净空调。
        目前个人是无法获得原始的气象数据的，由甲方出面，笔者和上海奉贤区气象局多次沟通后，获得了气象局所能提供的最全数据：“奉贤区2006年～2016年夏季（6月1日～8月31日）气温、相对湿度”和“奉贤区2006年～2015年冬季（12月31日～次年2月28日）气温、相对湿度”原始数据。这两份原始数据是上述时间内每天的三个数据：日最高气温、日最低气温和日平均相对湿度。一共5736个原始数据。
        关于统计年份，根据《民规》[2]的第4．1．18条的条文说明：经过计算对比了室外空气计算参数，采用10年、15年、20年及30年不同统计期的数值，表明10年和30年的数据与累年年平均气温变化的趋势最是相近。故笔者用能获得的10年、11年原始气象数据计算确定上海奉贤区室外气象参数没有问题。
        《民规》和《工规》统计选取1971年1月1日至2000年12月31日30年的每日4次（2、8、14、20点）定时观测数据为基础进行计算。所以规范指的不保证50h，其实统计是按每日四次（2、8、14、20时）的定时温度记录为基础，每个记录代表了6h。笔者拿到的上海奉贤区气象局提供的数据为：日最高气温、日最低气温和日平均相对湿度。故每天记录的夏季日最高气温、冬季日最低气温和全年的日平均相对湿度均按代表24小时进行统计。
        关于设计用气象参数统计方法中的专业术语“历年”、“累年”，规范《民规》和《工规》作以下解释：
        历年——指的是逐年，以往一段连续年份的每一年。把每年的数据看作一个集合，不交互不同年份之间的气象数据，最后统计结果为一个数列，元素个数与年数相同。比如统计的年份为11年，历年值也是11个。
        累年——指的是多年，采用的是以往一段连续年份的累计。把所有年份的气象数据作为一个集合，不同年份的数据并没有区别，最终统计结果为一个数据。比如统计年份为11年，累年值为1个。比如供暖室外计算温度规范是规定：采用累年平均每年不保证5天的日平均温度，如果实际统计年份是10年时，取10年累计的日平均温度由小到大排列的第51个数值作为最后的计算参数。
        3上海奉贤区室外计算参数的计算确定
        因笔者实际的项目是工业项目，故室外气象参数的定义根据《工规》里的定义，具体详见《工规》[1]第4.2.1~ 第4.2.9条和第4.2.17、第4.2.18条。
笔者根据“奉贤区2006年～2016年夏季（6月1日～8月31日）气温、相对湿度”11年的数据和“奉贤区2006年～2015年冬季（12月31日～次年2月28日）气温、相对湿度”10年的数据，根据《工规》[1]，按照以下的计算方法统计：
        1、供暖室外计算温度——把日最高气温和日最低气温，相加除以2得出每天的日平均温度，然后把日平均气温按小到大排列，第56天的日平均气温。
        2、冬季通风室外计算温度——先把每个月的月平均气温计算出，然后选出每年的最冷月，最后把10年的每年最冷月的月平均气温（一共10个数据），相加除以10得出最终平均值。
        3、冬季空气调节室外计算温度——日最高气温和日最低气温，相加除以2得出每天的日平均温度，然后把日平均温度按小到大排列，第11天的日平均温度。
        4、冬季空气调节室外计算相对湿度——先把每个月的月平均气温计算出，然后选出每年的最冷月，接着算出10年的每年最冷月的平均相对湿度（一共10个数据），最后把10个最冷月的平均相对湿度，相加除以10得出最终平均值。
        5、夏季空气调节室外计算干球温度——把日最高气温按大到小排列，第24天的日最高气温。
        6、夏季空气调节室外计算湿球温度——先计算出来每天的湿球温度，然后把湿球温度按大到小排列，第24天的湿球温度。
        7、夏季通风室外计算温度——先把每个月的月平均气温计算出，然后选出每年的最热月，最后把11年的每年最热月的月平均气温（一共11个数据），相加除以11得出最终平均值。
        8、夏季通风室外计算相对湿度——先把每个月的月平均气温计算出，然后选出每年的最热月，接着算出11年的每年最热月的平均相对湿度（一共11个数据），最后把11个最热月的平均相对湿度相加除以11得出最终平均值。
        9、夏季空气调节室外计算日平均温度——日最高气温和日最低气温，相加除以2得出每天的日平均温度，日平均气温按大到小排列，第56天的日平均气温。
        10、极端最高气温——把日最高气温按大到小排列，第1天的日最高气温。
        11、极端最低气温——把日最低气温按小到大排列，第1天的日最低气温。

上海奉贤区室外计算参数计算结果和与《工规》徐家汇台站比较见下表：

更直观得用柱形图表示（见下图1~3）

   4上海奉贤区实际项目
        以笔者上海奉贤区一个实际工厂项目的一个车间为例，讨论一下室外气象参数的偏差对负荷计算等的影响。
        夏季空气调节室外参数，《工规》徐家汇台站的焓值为114.6kJ/kg，笔者计算确定奉贤台站的焓值为89.5 kJ/kg，相差为25.1 kJ/kg。如果一个项目新风量越大，如工业项目有较大的工艺排风，最后冷负荷的计算偏差会越大。
        笔者举例的这个车间面积为890平方米，吊顶高度8米，平衡工艺排风和保持正压的总新风量为20000立方米/时。最大冷负荷用《工规》徐家汇台站的室外气象参数计算结果为495KW，用笔者计算确定的上海奉贤区台站的室外气象参数计算结果为675KW，相差180KW，徐家汇和奉贤夏季最大计算冷负荷差比达73.3%。
        5总结和思考
        室外计算参数的重要性对暖通空调设计工作而言的重要性不言而喻，尤其是工业项目、实验室项目等对设计精度要求很高。从笔者能获得的上海奉贤区的原始数据计算的室外气象参数可以看出，和规范上提供的上海徐家汇气象参数差别很大，尤其是夏季，如果上海项目都按照徐家汇气象参数计算暖通空调系统，部分地区的部分项目会产生较大偏差。
        上海奉贤区应该不是上海气象条件最特殊的地区，尚且差距很大，只要是上海项目，都参照国家规范规定的唯一徐家汇台站参数是否合理呢？笔者抛砖引玉一下，笔者能拿到的原始数据和计算能力并不完美，请感兴趣的各位同行和上级专家学者可以讨论一下。另外，设计人员一般而言，无法获得原始气象数据，就算有，每个人自己计算结果也会有偏差。是否能够建议住建部和国家气象信息中心合作，必要的气象数据提供给设计人员做参考，或者更加精细化工作，气象资料几年更新一次，作为一个独立的规范或指导文件。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准. 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50019-2015. 北京：中国计划出版社，2015
[2]中华人民共和国国家标准. 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB50736-2012. 北京：中国建筑工业出版社，2012
[3]崔燕，燕达，任兆成，张崎，罗璇，张野. 室外空气计算参数统计方法的研究及更新. 暖通空调，2016,46（7）：47-52
[4]中华人民共和国国家标准. 工业企业采暖通风和空气调节设计规范TJ19-75. 北京：中国建筑工业出版社，1975
[5]中华人民共和国国家标准.采暖通风与空气调节设计规范：GBJ19-87. 北京：中国计划出版社，1987
[6]中华人民共和国国家标准.采暖通风与空气调节设计规范：GB50019-2003. 北京：中国计划出版社，2003
[7]冶金工业部北京有色冶金设计研究总院暖通规范管理组. 暖通空调气象资料集（增编一稿）. 北京：暖通规范管理组，1979
[8]中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系. 中国建筑热环境分析专用气象数据集. 北京：中国建筑工业出版社，2005
[9]国家气象科学数据中心. 中国地面气候资料日值数据集(V3.0). 2012