气候变化对华北4个城市建筑节能设计气象参数的影响

分析了1951年以来华北地区北京、天津、石家庄和太原4个城市建筑节能设计气象参数的变化特征,以期为建筑节能设计提供参考。结果表明：自1951年以来的近60年,4个城市采暖及冬季空气调节室外计算温度都明显升高,夏季空气调节室外计算干球温度呈升高趋势,夏季空气调节室外计算日平均及逐时温度总体上升高,但升高幅度较冬季采暖和冬季空气调节室外计算温度升高幅度均偏小;夏季通风室外计算温度呈弱的升高趋势,而室外计算相对湿度在北京、天津及太原降低,石家庄基本不变。气候变化对建筑节能设计气象参数存在明显的影响,对冬季采暖和空调的影响明显大于夏季空调,这对建筑节能设计是有利的。由于夏季通风室外计算温度升高不明显,对通风节能影响不大,而北京、天津相对湿度的降低有利于通风节能。     

气候变化对江西省主要室外空气计算参数的影响

利用江西83个地面气象站1963—2022年逐日平均气温和14时气温数据,计算每10 a滑动平均采暖室外计算温度、夏季空气调节室外计算日平均温度、冬季通风室外计算温度和夏季通风室外计算温度,分析江西省气候变化及其对室外空气计算参数的影响。结果表明：江西省年平均气温呈明显上升趋势,其中赣北地区上升幅度大于赣南、赣中南部,冬季平均气温增加趋势（0.31℃/（10 a））大于夏季（0.14 ℃/（10 a））,冬季平均气温在1997年发生显著突变,之后冬季平均气温较多年平均值高0.6℃。气候变化背景下,室外空气计算参数变化明显,采暖室外计算温度、夏季空气调节计算温度和冬季通风室外计算温度呈升高趋势,夏季通风室外计算温度的变化趋势不明显。其中,冬季室外计算温度的上升幅度高于夏季,赣北地区的东部和中南部升高趋势较大。采暖室外计算温度升高,建筑的传热负荷设计值减小;夏季空气调节室外计算温度的升高使新风负荷增加,增加室内空气冷却能耗;冬季通风室外计算温度的升高有利于减小冬季通风负荷。     

气候变化对中国东北地区典型城市办公建筑能耗的影响

利用中国东北地区三个典型城市（哈尔滨、长春和沈阳）1961—2019年的气温、相对湿度等气象资料和TRNSYS软件模拟的能耗资料,分析了气候变化对东北地区办公建筑设计气象参数的影响,研究了气候变化对办公建筑能耗的影响及其影响因子。结果表明：与1961—1990年相比,近30 a（1991—2019年）东北地区三个城市的办公建筑室外设计计算参数,即供暖室外计算温度、冬季空调室外计算温度和夏季空调室外计算温度均有所升高,且夏季空调室外计算温度升幅低于其他两个设计参数,三个城市供暖室外计算温度分别升高了2.1℃、1.7℃和0.2℃;1961—2017年三个城市办公建筑冬季供暖能耗均呈减少趋势,夏季制冷能耗均呈增加趋势,年总能耗呈减少趋势;哈尔滨和长春的变化速率大于沈阳,三个城市的办公建筑年总能耗减少速率分别为5.02 MJ·m^-2/10 a、6.15 MJ·m^-2/10 a和1.99 MJ·m^-2/10 a。气温是影响东北地区城市办公建筑能耗的主要气象因子,分别可以解释三个城市冬季供暖能耗95%、96%和93%的变化和夏季制冷能耗72%、71%和72%的变化;气温每升高1℃,三个城市的冬季采暖能耗将分别减少20.6 MJ·m^-2、21 MJ·m^-2和18.9 MJ·m^-2,夏季制冷能耗将分别增加15.1 MJ·m^-2、16.1 MJ·m^-2和18.8 MJ·m^-2,年总能耗将分别减少5.5 MJ·m^-2、4.9 MJ·m^-2和0.1 MJ·m^-2。     

西安市居民用电量对气象因子的响应及预测

利用2010年2月1日至2013年8月31日西安市逐小时电力负荷资料及对应时段地面气象观测站数据,分析西安电力负荷的变化特征,研究气象敏感负荷与主要气象因子的关系。结果表明:电力负荷在不同时间尺度上呈现出不同变化特征,夏季和冬季是一年中电力负荷的高峰期;极端电力负荷出现在夏冬两季,其中夏季极端电力负荷出现频率占总数的74%;相比于其他气象因子,气温与气象敏感负荷的相关性最强,在5—9月呈正相关,10月至次年4月呈负相关,逐日气象负荷率随日平均气温的增加先逐渐减小,再逐渐增加,当日平均气温为17℃时,气象负荷率最小;日最高气温34℃为夏季引起西安市最大电力负荷增加的初始气温敏感值,36℃为强气温敏感值,38℃为极强气温敏感值,日最低气温-2℃为冬季引起西安市最大电力负荷增加的初始气温敏感值,-4℃为强气温敏感值,-7℃为极强气温敏感值。     

用公式计算对流云高

我们知道,干空气在垂直上升运动中,由于周围气压不断降低,干空气块向外膨胀作功,需要消耗内能而降低温度,在单位高度内降低的温度值称干绝热直减率(γd),此值根据理论推算为γd=0.98℃/100米。而未饱和的湿空气在垂直上升运动中,其露点温度也随高度而降低,其值约为γ_z=0.17℃/100米。在近地面的实际大气层中,绝对干的空气是不存在的。可是未饱和的湿空气在垂直运动中,只要没有水汽凝结(蒸发)现象产生,其温度随高度的变化规律与干空气是大致一样的,即也遵循γd=0.98℃/100米的规律。 一块未饱和的湿空气,它在地面附近时的温度为t,露点温度为td。在其绝热上升中,气温和露点温度遵循各自的递减率,且γd>γz。因此,上升到某一     

基于耦合湖模式的城市边界层模式研究太湖的气象与环境效应

本文发展了一个耦合的城市边界层—湖泊模式(RBLM-Chem-Lake),通过离线和在线两种方式对模式的模拟效果进行了检验。并通过敏感性实验分析了太湖冬季和夏季对周边地区气象特征和空气污染的影响。结果表明：(1)白天太湖对周边气象环境产生了明显的降温效应,而夜晚出现了明显的升温。冬季夜晚周边地区升温达到0.4～0.6℃,白天可以使得周边气温降低1～2℃。夏季夜晚使周边地区升温可达1～1.5℃,白天使得周边气温降低1～2℃。(2)太湖对周边地区气温的影响范围夏季远高于冬季,夏季影响范围可达到80 km,冬季影响范围平均为5 km。此外,太湖使得湖区平均边界层高度下降,湿度上升,使得苏州市区垂直风速减弱,这种影响同样在夏季更为明显。(3)太湖的存在总体上使湖区和周边地区PM_2.5和臭氧的质量浓度增加。在冬季PM_2.5污染个例中,太湖导致区域夜晚PM_2.5质量浓度下降,下降幅度达到4～5μg·m^-3。而在白天,太湖区域500 m高度以下PM_2.5质量浓度增加,幅度达到25～30μg·...     

武汉市电力负荷特征及其与气象因子的关系

利用武汉市2013—2018年逐15 min精细化电力负荷数据及武汉市日降水、气温等气象资料,统计分析电力负荷特征指标,探寻电力负荷的构成、变化规律及其与气象因子的关系。研究结果表明:(1)近年来武汉市电力负荷和日负荷峰谷差屡破新高,夏季高温持续时间和强度大小对空调负荷影响最为显著。电力负荷随季节变化呈现出明显的“双峰双谷”特征。(2)夏季电力负荷远高于其它三季,冬季次之。四季日变化特征总体呈现“昼高夜低”的分布。(3)工作日和双休日负荷明显高于节假日,工作日负荷略高于双休日,其中工作日的早高峰负荷最大,而双休日和节假日的晚高峰负荷最大。(4)气象因子对全社会用电量影响尤为重要。夏季气象敏感负荷与日平均气温的关系最密切,当平均气温高于初始敏感值和强敏感值时,电力负荷随气温上升增幅更加明显。(5)无论是否出现降水,夏季气象敏感负荷与日平均气温的关系都很密切。无降水天气,负荷与日平均气温相关性最高;有降水发生时,气象敏感负荷与日平均气温的相关性呈下降趋势,总体反映出降水影响气温、气温影响电力负荷的物理过程和机制。     

建筑物能量模式的改进及制冷系统人为热排放研究

针对近年来中国城市化进程不断加快,建筑物制冷系统的排热对城市气候的影响越来越大的现状,以2010年8月6 7日北京地区夏季典型晴天为例,开展了对建筑物能量模式(Building Energy M odel,BEM)和制冷系统人为热排放的研究。分析发现不同用途建筑物的用电量日变化特征不同,其与气象因子(主要是气温)之间存在一定的相关性。在此基础上,改进了BEM模式,并对制冷系统(空调)能耗和排热进行了模拟。首先,基于用电量日变化特点模拟不同用途建筑物的排热情况,表明在建筑物空调制冷系统负荷中,窗墙传热占60%以上,人员、设备产热占30%,通风设施传热占5%~6%;其次,对影响建筑物排热量较大的一些参数进行敏感性试验,建筑参数中建筑物高度对排热的影响最大,从18.3 m降低到12 m和6 m,排热量可分别减少24.3%和49.6%,紧随其后的是墙体传热系数和新风系数的影响,而空调设定参数中设定温度从25℃下降1℃,空调制冷系统排热猛增94.4%;最后,根据我国夏季各种类型空调占比情况,计算出空调排热中感热、潜热分别为12.69 W·m-2和45.87 W·m-2(约占22%和78%),为建筑物排热对城市气候影响研究奠定了基础。     

东疆黑戈壁近地大气边界层气象要素季节变化规律

利用东疆红柳河黑戈壁下垫面陆气相互作用观测站2017年近地大气边界层梯度探测资料和红柳河气象站天气现象观测数据,分析该地区典型晴天条件下的近地层风速、温度和比湿的四季廓线特征。结果表明:四季近地层风廓线变化规律明显。典型晴天条件下,在0.5～4 m高度内风速随高度的增加而变大的速度较快,在4～32 m范围内,白天风速随高度增大较缓慢,但夜间出现快速增大;存在明显的夜间逆温,逆温层主要集中在4～32 m,冬季逆温强于夏季,晨间0.5～32 m间的温度差可达4.6℃,且红柳河四季的气温日较差均较大,秋季可达到15.7℃;夜间比湿高于白天,秋、冬季夜间逆湿层出现在10～32 m,其比湿差为0.15 g/kg左右,夏季无逆湿现象。     

基于气象因子及机器学习回归算法的夏季空调负荷预测

气温、气压、相对湿度等气象因子对夏季用电负荷的影响非常显著。为了定量研究气象因子导致用电负荷的变化,本文将夏季用电负荷与当年4月及9月用电平均值之差定义为夏季空调负荷,并利用2014年1月到2016年12月南京市逐时气温、气压、相对湿度、水汽压、降雨量、风速、露点温度等气象资料,以及逐日逐时用电负荷数据资料,采用多元线性、K近邻法,决策树,bagging回归、随机森林等5种机器学习回归算法进行建模,并对其分别进行参数调优工作,进而得到空调负荷预测结果。结果表明:多元线性回归方法是5种回归算法里效果最差的一种,但通过增加特征量的种类和样本数,可以提高预测精度;随机森林回归算法是5种回归算法里效果最好的一种,较多元线性回归算法减小误差达44%,并且较好描述了空调负荷高值区的极端情况并减少了对于训练数据的过拟合现象。     

沈阳冬季供暖指数预报研究

利用2009年11月1日至2010年3月31日沈阳逐日6时次气温、气压、相对湿度、降水、风速、日照和云量等气象资料及同时间、同时次的供、回水温度等供暖资料,采用多元线性回归方法,建立供暖预报方程,制定供暖气象节能预报指数,并根据供暖指数大小确定供热量。结果表明：在确保室温达到18℃时,沈阳的供暖指数可以分为7级;供热量（即供、回水温度值）预报值与气温实况值相似度较高,而供热量实际值与气温实况值相差较大。在151 d的供暖期内,约60 d的供、回水温度与气温变化接近,占供暖日数的40%。采用供暖气象节能预报方法进行供暖,在改善供暖质量的同时也可达到节能减排的目的,可为供暖部门科学供暖、降低能耗提供科学依据。     

Influence of Thermal Effects on the Wind Field Within the Urban Environment

Micrometeorological conditions in the vicinity of urban buildings strongly influence the requirements that are imposed on building heating and cooling. The goal of the present study, carried out within the Advance Tools for Rational Energy Use towards Sustainability (ATREUS) European research network, is the evaluation of the wind field around buildings with walls heated by solar radiation. Two computational fluid dynamics (CFD) codes were validated against extensive wind-tunnel observations to assess the influence of thermal effects on model performance. The code selected from this validation was used to simulate the wind and temperature fields for a summer day in a specific region of the city of Lisbon. For this study, the meteorological data produced by a non-hydrostatic mesoscale atmospheric model (MM5) were used as boundary conditions for a CFD code, which was further applied to analyze the effects of local roughness elements and thermodynamic conditions on the air flow around buildings. The CFD modelling can also provide the inflow parameters for a Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) system, used to evaluate the building energy budgets and to predict performance of the air-conditioning system. The main finding of the present three-dimensional analyses is that thermal forcing associated with the heating of buildings can significantly modify local properties of the air flow.     

Combining a Detailed Building Energy Model with a Physically-Based Urban Canopy Model

A scheme that couples a detailed building energy model, EnergyPlus, and an urban canopy model, the Town Energy Balance (TEB), is presented. Both models are well accepted and evaluated within their individual scientific communities. The coupled scheme proposes a more realistic representation of buildings and heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) systems, which allows a broader analysis of the two-way interactions between the energy performance of buildings and the urban climate around the buildings. The scheme can be used to evaluate the building energy models that are being developed within the urban climate community. In this study, the coupled scheme is evaluated using measurements conducted over the dense urban centre of Toulouse, France. The comparison includes electricity and natural gas energy consumption of buildings, building façade temperatures, and urban canyon air temperatures. The coupled scheme is then used to analyze the effect of different building and HVAC system configurations on building energy consumption, waste heat released from HVAC systems, and outdoor air temperatures for the case study of Toulouse. Three different energy efficiency strategies are analyzed: shading devices, economizers, and heat recovery.     

估算模式 AERSCREEN的参数敏感性研究

《环境影响评价技术导则大气环境》（HJ2.2-2018）推荐的估算模式AERSCREEN在气象和地形资料的处理以及建筑物下洗等多个方面做了改进。利用估算模式AERSCREEN,针对30 m左右高度的点源,进行了不同排放参数、不同气象条件下最大落地浓度的敏感性试验。结果表明：随着烟气出口流速的增大,地面浓度最大值逐渐减小;随着波文比的变化,地面浓度最大值没有明显的变化;随着地面粗糙度的增大,地面浓度最大值逐渐减小;随着烟气出口温度的增高,地面浓度最大值逐渐减小;当烟气温度为75℃,粗糙度达到1.3 m时,地面浓度达到最小;随着反照率的增大,地面浓度最大值逐渐减小;随着烟囱高度的增大,地面浓度最大值逐渐减小;在各种烟囱高度条件下,随着最高环境温度的增高,地面浓度最大值逐渐增大;而在各种环境温度条件下,随着烟囱高度的增高,地面浓度最大值在逐渐减小;模式中,随着最低环境温度的增高,地面浓度最大值没有变化;但随着最小风速的增大,模拟得到的地面浓度最大值会逐渐减小。     

云南省建筑热工设计气象参数计算

根据云南省1981—2010年的历年气象数据,采用建筑行业标准与国家标准中规定的方法,得出了云南省125个城镇的气候区属、采暖度日数、空调度日数、最冷月平均温度、最热月平均温度5项建筑设计气象参数,模拟计算了围护结构热桥表面温度及线传热系数,以期为云南省建筑热工设计提供实用的参考。结果表明:为提高建筑气象参数的精度和实用性,应采用全省所有气象台站的30年气候整编资料,且最冷月、最热月平均温度的计算应采用实际最冷月、最热月温度;云南大部地区建筑热工设计都应满足冬季保温设计需求,热桥部位保温薄弱容易结露,应选用导热率小的建筑保温材料。     

Modelling the Meteorology at the Cabauw Tower for 2005

The meteorology at the Cabauw tower site in the Netherlands has been modelled for 2005 using a local scale prognostic meteorological and air pollution model called TAPM. A number of performance measures have been used to assess model accuracy, including comparison statistics such as root-mean-square error (RMSE) and index of agreement (IOA). Results show that the model performs very well for prediction of wind and temperature at the six tower levels that range from 10 to 200 m above the ground, as well as performing well for radiation and surface fluxes. The model simulation shows almost no bias in mean and standard deviations of wind and temperature at each tower height level, with small RMSE (e.g. RMSE of 1.2 m s⁻¹ for 10-m wind speed, and 1.6°C for 10-m temperature) and high correlation and IOA (e.g. IOA of 0.92 for 10-m wind speed and 0.98 for 10-m temperature). Results for radiation and surface fluxes also show good performance, although some biases were seen for these variables, and possibilities for future model development were identified. An examination of model sensitivity also explored several aspects of the model configuration and input.     

A New Aerodynamic Parametrization for Real Urban Surfaces

This study conducted large-eddy simulations (LES) of fully developed turbulent flow within and above explicitly resolved buildings in Tokyo and Nagoya, Japan. The more than 100 LES results, each covering a 1,000 $\times $ 1,000 m $^{2}$ area with 2-m resolution, provide a database of the horizontally-averaged turbulent statistics and surface drag corresponding to various urban morphologies. The vertical profiles of horizontally-averaged wind velocity mostly follow a logarithmic law even for districts with high-rise buildings, allowing estimates of aerodynamic parameters such as displacement height and roughness length using the von Karman constant $=$ 0.4. As an alternative derivation of the aerodynamic parameters, a regression of roughness length and variable Karman constant was also attempted, using a displacement height physically determined as the central height of drag action. Although both the regression methods worked, the former gives larger (smaller) values of displacement height (roughness length) by 20–25 % than the latter. The LES database clearly illustrates the essential difference in bulk flow properties between real urban surfaces and simplified arrays. The vertical profiles of horizontally-averaged momentum flux were influenced by the maximum building height and the standard deviation of building height, as well as conventional geometric parameters such as the average building height, frontal area index, and plane area index. On the basis of these investigations, a new aerodynamic parametrization of roughness length and displacement height in terms of the five geometric parameters described above was empirically proposed. The new parametrizations work well for both real urban morphologies and simplified model geometries.