西安建筑科技大学学报(自然科学版)

我国陆地面积60%以上地区属于建筑热工设计分区中的严寒气候区和寒冷气候区,这两类气候区也常被称为“采暖区“.按我国现行《民用建筑供暖通风与空调设计规范》(GB 50736-2012)[6]中的5.1条规定:累年日平均温度稳定低于或等于5℃的日数大于或等于90 d的地区,应设置供暖设施,并宜采用集中供暖,这与《建筑气候区划标准》(GB 50178-93)[1]和《民用建筑热工设计规范》(GB 50176-2016)[7]依照室外气温最冷月平均值,分别区划得到的建筑气候分区和建筑热工设计分区一致,其中严寒和寒冷气候分区指标见表1.

表1 严寒和寒冷气候分区指标和设计要求Tab.1 Index and design requirements for severe cold and cold zones

从表1中可以看出,严寒和寒冷气候区的分区主要指标为最冷月平均温度(tmin·m),辅助指标为日平均温度小于等于5℃的天数(d≤5),但没有涉及到室外空气的含湿量或湿度指标.也就是说,现行的建筑热工设计分区,没有将年均相对湿度较低的大陆性气候区与相对湿度较高的海洋性气候区区分开来.《民用建筑热工设计规范》(GB 50176-2016)[7]中给出的原则性设计要求,既包括了大陆性严寒与寒冷气候区,也包含了海洋性严寒与寒冷气候区,例如,同属寒冷地区的新疆自治区吐鲁番地区与辽宁省丹东地区,其建筑热工设计要求和原则是一致的.长期从事建筑节能设计的业内人士都明白,这种高度原则性的规定对于实际建筑设计、建筑节能设计几乎没有指导意义.由于两地的室外气温年较差、冬季室外气温日较差和太阳总辐射条件差异巨大,年降水量和时域分布差异巨大,夏季室外气象参数的均值和波动值也差异巨大,故在建筑防寒(保温)设计、太阳能利用以及建筑防热设计对策上差异巨大.这两个地区的传统建筑在形体、空间和构造上的巨大差异就是铁证.

造成这种结果的原因,是区划指标中没有考虑气候参数的重要指标——空气相对湿度的地域性差异.业内专业人士的普遍常识是,对于严寒地区的采暖建筑来说,只要在建筑设计中考虑了建筑围护结构的防潮设计,确保不会出现围护结构表面结露和内部冷凝,建筑设计中就不再考虑室外空气的湿度,包括绝对湿度和相对湿度,对建筑的影响.对于热带气候区,建筑设计应该主要考虑的,一是防水,二是防霉.而对于室外空气湿度对建筑热环境的影响,考虑较少,至少在相关规范和标准的条文中,没有明确反映.

一个地区室外空气相对湿度的时空分布,与空气温度的时空分布是一对偶关系,同时存在,周期性波动的相位相反.空气相对湿度直接表达的是空气中含湿量的多寡,而间接表达的则是降水量、大气下垫面(地表)的性质与蒸发量的时空分布.所以,室外空气温度周期性波动的幅度也可以间接描述一个地区室外空气相对湿度的变化,最常用的指标是空气温度的日较差,即一天中室外空气温度最高值与最低值之差.气温日较差的大小与所处地理纬度、海拔、季节、地表性质等自然因素相关.基于“十三五”国家重点研发计划项目“建筑节能设计基础参数研究”和国家自然科学基金重点项目“中国建筑气候分区理论、方法与区划”研究成果,我国严寒气候区和寒冷气候区典型城市的月平均日较差见表2.

表2 严寒和寒冷气候区典型城市月平均气温日较差(1970-2017)Tab.2 Monthly average diurnal temperature range of typical cities in severe cold and cold zones(1970-2017)

表2中的日较差数据表明,青岛、大连、沈阳等城市,全年各月平均气温日较差均较小,具备海洋性气候特征.而拉萨、玉树、哈密等城市,虽然也被划分在严寒和寒冷气候区,但其全年月平均气温日较差都在15℃左右,是大陆性气候的典型代表城市,而且,这些城市所在地域各个月份的太阳辐射资源丰富.