厦门地区建筑空调期和除湿期划分

李慧 刘子樊 李莉，2*

1 集美大学机械与能源工程学院

2 福建省能源清洁利用与开发重点实验室

0 引言

厦门属于亚热带季风气候，位于夏热冬暖地区，处于“高温高湿”气候带，国家气象科学数据中心数据表明，年平均温度为 20.6 ℃，最热月平均温度 28 ℃，最冷月平均温度 12.6 ℃，年平均相对湿度 78%，通常厦门的季节划分为 3～4月的春雨季、5～6月的梅雨季、7～9月的夏季（也称台风季）、10～11月的秋季、12～2月的冬季，其中长期的潮湿现象成为居民生活的一大困扰。有别于传统的天文和自然天气为依据的季节划分，建筑节能季包括建筑环境的采暖期、空调期、通风期、加湿期、除湿期。厦门地区的建筑节能季包括通风期、空调期和除湿期，其中空调期和除湿期的界定研究较少。进行空调期和除湿期的划分非常必要，了解厦门地区的气候和地理环境，因地制宜的针对厦门高湿气候现象进行更好的空气调节，提供更加舒适、低能耗的建筑环境。

厦门地区实际空调开启时间段为五月中旬到十月中下旬，空调开启时间内长达5、6 个月，而这其中存在较大一段时间是温度符合人体热舒适，湿度过高导致的，对该时间段进行空调期和除湿期划分可以明确制冷和除湿的时间段。除湿期期间仅需开启除湿处理，避免过度制冷带来的能源浪费，明确空调期和除湿期的划分。基于现有热舒适标准的研究得出热舒适设计温湿度范围，结合厦门地区典型年的气象参数，确定出厦门地区的空调期和除湿期。

1 空调期和除湿期释义

空调期和除湿期的定义源于建筑节能季。传统观念中，人们把一年分为四季，即春、夏、秋、冬。有别于传统的根据气象参数的季节定义，建筑节能季指从建筑节能的角度以所需使用的建筑热环境主要控制手段划分出的一年中的几个时期，包括采暖季节、空调季节、通风季节、加湿季节和除湿季节[1]。建筑节能季的划分可以更加紧密的处理好“ 气候-建筑-人”之间的关系，更好的处理室外气候热湿状态和城市宜居状况之间的关系。对建筑节能季的研究一方面有助于在建筑使用时更加充分利用好自然资源，另一方面，可以使建筑在满足人们热舒适需求的条件下实现最大限度的节能和提高设备运行能效。

空调期（制冷期）：指采用通风或者除湿方式无法满足室内热湿环境要求时，需要通过制冷设备向室内提供冷量的时期。

除湿期：指当室内湿度过大而无法采用通风满足室内热湿环境要求时，需要通过除湿设备降低室内湿度以满足室内热湿环境要求的时期。

除湿期和空调期的划分与人体热舒适密切相关，而人体热舒适受环境参数、人体生理参数和心理参数共同影响。建筑节能季划分的影响因素主要与环境参数相关，其中空气温度可被人体皮肤直接显著感受，参与人体热平衡调节及新陈代谢，成为主要影响因素，此外还受空气湿度、太阳辐射和空气流速等影响。

特别地，湿度一方面对人体热舒适有直接影响，随着温度的升高，湿度对人体热舒适的影响越来越大。高湿环境易滋养细菌，减缓人体散热，降低空气品质等。当空气相对湿度低于 40%时，人们易患支气管炎、过敏性皮炎等疾病，人体免疫力降低；相反，空气湿度达到 80%以上，使人感到胸部受压、憋闷、甚至中暑[2]。另一方面，湿度对建筑物造成直接或间接的影响，带来建筑物的损坏，如热桥冷凝，玻璃和建筑表面结露、隔断墙体变质、保温层材料发霉等。

2 厦门空调期和除湿期划分的必要性

我国建筑设计的气候分区的标准主要是《建筑气候区划标准》（GB50178-93）[3]、《民用建筑热工设计规范》（GB50176-2016）[4]划分的中国建筑热工设计分区以及基于温湿度独立控制（THIC）空调划分的全国气候区[5]。

《建筑气候区划标准》以一月和七月平均气温、七月平均相对湿度等作为主要指标，以年降水量、年日平均气温≤5 ℃和≥25 ℃的日数为辅助指标，将全国划分成七个一级区。根据《建筑气候区划标准》划分，厦门地区属于Ⅳ区，见表1。该区长夏无冬，温度高湿度大，太阳辐射强烈，雨量充沛，常有大风和暴雨天气。

表1 建筑气候区划一级指标

《民用建筑热工设计规范》以最冷月（即1月）和最热月（即7月）的平均气温为主要划分依据，累年日平均温度≤5 ℃和≥25 ℃的天数作为辅助指标，将我国的气候区分为严寒、寒冷、温和、夏热冬冷和夏热冬暖五个区，详见图1。厦门地处夏热冬暖地区，气候特点同建筑气候区划标准的Ⅳ区。

图1 中国建筑热工设计分区图

由图2 所示，以含湿量线 12g/kg(a)和秦岭淮河为界，以最湿月份室外平均含湿量为依据划分 THIC 分区[5]。根据THIC 空调气候区，厦门地区属于潮湿地区。

图2 THIC 空调系统气候区

从厦门地区的建筑热环境和当地居民的热感觉分析可知，厦门地区存在雨量充沛、温度高、湿度大的特点，其中尤为突出的是当地高湿的现象[6]。结合当地气候特点，对该地空调季和除湿季的划分研究，可因地制宜地针对厦门地区提出暖通空调设备各功能运行区间，提高居民居住环境热舒适的同时节约设备运行能耗。

3 空调期和除湿期划分依据

3.1 以热舒适标准为目标划分

基于人体热舒适，以ASHRAE 55-2017 热舒适标准[7]、ISO7730 标准[8]、我国《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB50736-2016）[9]三个标准，采用预计平均热感觉指数 PMV、预计不满意者的百分数 PPD指标进行空调期和除湿期划分。

1）对于ASHRAE 55-2017 热舒适标准

实验确定的舒适区为：夏季，温度 22.5～2 7 ℃，相对湿度25～6 5%。冬季，温度 20～2 4.5 ℃，相对湿度20～70%。冬季，风速不应超过0.15 m/s，夏季，风速不应超过0.25 m/s。

2）对于ISO7730 热舒适标准

其舒适区为：夏季，温度在 23～2 6 ℃之间，相对湿度应该介于 30%～7 0%，平均风速v≤0.25 m/s。冬季：温度在20～2 4 ℃之间，相对湿度应该介于30%～7 0%，平均风速v≤0.15m/s。

3）对于《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》热舒适标准

我国标准将热舒适分为两个等级，Ⅰ 级对应PMV范围是-0.5～+0.5，P PD≤10%，Ⅱ级对应的PMV 范围是-1～-0.5 和+0.5～+1，P PD≤27%。

考虑到自然通风状态，暂不考虑风速的影响，建筑节能季划分时主要参考的设计参数为温度和相对湿度，将上述三种规范规定的热舒适温湿度范围汇于表2。

表2 三种标准的热舒适温湿度范围统计表

实验表明 [10]，节能住宅室内日最高温度Tn,max，室外日最高的温度Tw,max和室外日最低的温度Tw,min之间的关系式：

0.44Tw,max+0.56Tw,min又被定义为室外加权日平均温度，用Tw,jp表示,空调期室内热环境干球温度最高为Tn,c，供暖期室内最低温度记为Tn,h，室外空气日平均相对湿度为φw,p，φn,max为室内热环境上限相对湿度[10，11]。则有：

进入空调期的条件是：

进入除湿期的条件是：

结合规范，A SHRAE55 标准Tn，c取27 ℃，Tn，h取20℃，φn,max取65%。ISO7730 标准Tn，c取26 ℃，Tn，h取20℃，φn,max取70%。我国《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》Ⅰ 级舒适度Tn，c取26 ℃，Tn，h取22 ℃，φn,max取60%。Ⅱ级舒适度Tn，c取28 ℃，Tn，h取18 ℃，φn,max取70%。以此得到的室外加权日平均温度和湿度取值范围见表3。

表3 室外加权日平均温度和湿度取值范围表

3.2 以有效实感温度AT 和含湿量d为目标划分

有效实感温度是基于热平衡原理推导而来，适用于半人工半自然的非空调环境，在一定程度上不受空调环境热舒适局限，可作为建筑节能季的划分标准。室内有效实感温度简化计算式如下 [1]：

式中：Tf为室内自然温度，℃；Pf为室内自然水蒸气分压力，kPa；Ta为空气温度，℃。

室内参数均为不采用空调时住宅建筑内的参数；实验表明[1]，当AT＜16 时为低温不适区，当AT＞28 时为高温不适区，当16≤AT≤28 时为舒适区。相对湿度介于30%～7 0%时，尘螨等细菌数量和新陈代谢显著降低，以ASHRAE55 标准[7]中规定可接受最高湿度d=12 g/kg（a）为湿度划分界限，得出划分标准见表4。

表4 住宅建筑节能季时段划分标准

对于厦门地区，在自然通风的条件下，室内温度采用室内最高温度（即上述室外加权日平均温度），此时Tf与Ta取值相同。室内水蒸气分压力采用室外日最高水蒸气分压力。

4 空调期和除湿期划分结果

代入厦门典型年气象参数，结合划分标准可得出除湿期和空调期的划分时段。典型气象年是由一系列逐时的太阳辐射等气象数据组成的数据库，具有以下特征：

①其太阳辐射、空气温度与风速等气象数据发生频率分布与过去多年的长期分布相似。

②其气象参数与过去多年的参数具有不同参数间的关联相似性。

厦门典型年日干球温度、日平均含湿量年变化、日平均相对湿度年变化和日平均水蒸气分压力年逐时变化见图3～图6[12]。

图3 厦门典型年日干球温度

图4 厦门典型年日平均含湿量

图5 厦门典型年日平均相对湿度

图6 厦门典型年日平均水蒸气分压力

依次代入所需参数，统计得出各标准的空调期和除湿期天数，统计结果见表5。

表5 空调期和除湿期统计汇总表

按各标准划分的厦门地区空调期与除湿期的聚集时间与区间统计见图7。

图7 按各标准划分所对应的空调期和除湿期

分析图7 可知，基于我国Ⅱ级热舒适标准划分的空调期天数最少，仅54 天，主要从 6月中旬～9月中旬。基于Ⅰ级热舒适标准划分的空调期98 天，集中于5月下旬～9月中旬。有效实感温度AT值划分的空调期天数最多，高达 114 天，且集中于 5月中旬～10月上旬。ASHRAE55 标准划分的空调期80 天，集中于6月上旬～9月中旬。ISO7730 标准划分的 98 天，集中于5月下旬～9月中旬。

同样地，分析图7 可知，基于我国Ⅰ级热舒适标准划分除湿期天数最少，为67 天，集中于4月下旬～6月中旬、9月下旬～11月上旬。基于我国Ⅱ级热舒适标准划分的除湿期天数最多，为137 天，集中于4月上旬～7月中旬、8月中旬～11月下旬。基于有效实感温度AT值划分的除湿期为 73 天，集中于 4月中旬～6月中旬、9月下旬～11月上旬。ASHRAE55 标准划分的除湿期117 天，集中于4月上旬～7月中旬、9月下旬～11月下旬。ISO7730 标准划分的除湿期81 天，集中于4月下旬～5月下旬，9月下旬～11月下旬。

对某段时期内出现的个别间歇短时段时期进行忽略处理，如ASHRAE55 标准和ISO7730 标准划分中的除湿期3月7 日、ISO7730 标准划分中的空调期的5月1 日、AT值划分空调期的3月 17 日、我国Ⅱ级热舒适标准划分除湿期1月17 日等，作为误差忽略处理。考虑空调系统处理时间段的集中性和连续性，在时间段处理上把仅出现个别天数的月份忽略，去除相邻间隔较大且天数较少造成不连续的时间点，如我国Ⅰ级热舒适标准划分除湿期中8月份仅出现三天需要除湿等。将各标准空调期和除湿期具体时间段列于表6，各标准划分的除湿期和空调期基本符合“除湿期-空调期-除湿期”的模式，符合厦门地区实际空气温湿度体感情况。对各标准的空调期和除湿期进行上述划分看出，不同标准划分结果大体呈相似的趋势。

表6 空调期和除湿期日期表

实用中，厦门地区空调期和除湿期划分采用基于我国热舒适标准的Ⅰ级热舒适标准和Ⅱ级热舒适标准的划分结果，即基于我国Ⅰ级热舒适标准空调期为5月26 日～9月16 日，除湿期为 4月15 日～6月22日和9月23 日～10月31 日。我国Ⅱ级热舒适标准空调期为 6月 27 日～9月 15 日，除湿期为 4月8 日～6月26 日和 9月 20 日～11月27 日。而将基于其他标准和方法划分的空调期和除湿期结果作为有益的参考和补充。

6 结论

结合地域高湿气候的特点，为达到建筑设备节能高效，提高人体热舒适，本文对厦门地区长达5、6 个月的空调使用期进行了空调期和除湿期划分。基于现有的设计标准，即ASHRAE55、ISO7730、我国热舒适标准和有效实感温度AT值，运用典型年气象参数（日平均干球温度、日最高干球温度、日最低干球温度、日相对湿度和日均空气含湿量）研究得出以下结论：

1）我国Ⅰ级热舒适标准空调期为 5月 26 日～9月 16 日，除湿期为 4月 15 日～6月 22 日和 9月 23日～10月 31 日。我国Ⅱ级热舒适标准空调期为6月27 日～9月15 日，除湿期为4月 8 日～6月26 日和9月20 日～11月27 日。

2）有效实感温度 AT 值空调期为 5月 20 日～9月 27 日，除湿期为 4月 14 日～6月 21 日和 9月20日～11月8 日。

3）ISO7730 标准空调期为 5月 26 日～9月 16日，除湿期为4月14 日～6月 22 日和9月20 日～11月27 日。

4）A SHRAE55 标准空调期为 6月 5 日～9月 16日，除湿期为4月14 日～6月 25 日和9月20 日～11月27 日。

考虑到国内设计参照我国热舒适标准进行，基于节能出发，故采用我国Ⅰ级热舒适标准和Ⅱ级热舒适标准进行对应的空调期和除湿期划分结果，其他方法得出的划分结果作为参考。