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摘 要： 摘要:通過模擬19612009年天津市商場建筑采暖和制冷能耗及不同節(jié)能水平居住建筑采暖能耗，采用百分位法確定了極端能耗閾值，分析了不同類型建筑的極端能耗年際變化特征，同時探討了其與氣候變化的關(guān)系。結(jié)果表明，近49年來，采暖期商場建筑熱負荷極值日數(shù)呈顯
摘要:通過模擬19612009年天津市商場建筑采暖和制冷能耗及不同節(jié)能水平居住建筑采暖能耗，采用百分位法確定了極端能耗閾值，分析了不同類型建筑的極端能耗年際變化特征，同時探討了其與氣候變化的關(guān)系。結(jié)果表明，近49年來，采暖期商場建筑熱負荷極值日數(shù)呈顯著下降趨勢，而制冷期冷負荷沒有明顯變化趨勢，但年際間波動較大;商場建筑熱負荷極值對總熱負荷的影響總體呈顯著減小趨勢，而冷負荷極值對總冷負荷的貢獻呈弱的減少趨勢，但沒有通過顯著性水平檢驗;一步節(jié)能居住建筑采暖熱負荷極值日數(shù)呈顯著下降趨勢，且占總熱負荷的比重顯著減少;二步節(jié)能居住建筑僅有7年出現(xiàn)熱負荷極值，而三步節(jié)能建筑熱負荷49年來沒有出現(xiàn)極值。逐步回歸分析表明，平均氣溫是影響商場和居住建筑冬季熱負荷極值的主要因素，而商場建筑冷負荷極值主要受濕球溫度的影響。對商場建筑和居住建筑在設(shè)計和運行兩個方面進行節(jié)能時要充分考慮能耗的變化特征以及不同時期對不同氣候因子的響應(yīng)，也要考慮制冷能耗極值的出現(xiàn)對空調(diào)系統(tǒng)運行安全的影響。另外，隨著節(jié)能水平的提高，居住建筑能耗減少的同時，極端能耗出現(xiàn)的日數(shù)明顯減少，有利于居住建筑節(jié)能。
關(guān)鍵詞:商場建筑;居住建筑;能耗;極值;節(jié)能
1引言
建筑能耗一般指建筑使用能耗，包括采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、炊事、照明和家用電器等，中國建筑能耗占社會終端能源總消耗的30%左右，而且隨著城市化水平的提高，建筑能耗所占比例將進一步增加，至2020年將達到35%左右[1]。在總建筑能耗中，采暖和制冷能耗占主導(dǎo)，約占65%，其節(jié)能潛力巨大[1]。在所有建筑當(dāng)中，公共建筑和居住建筑是社會建筑總能耗的主要部分[2]。中國居住建筑總能耗約為16億噸標準煤，約占社會終端總能耗的20.7%[3]。從建筑入手展開建筑節(jié)能對降低社會終端能耗以及減少溫室氣體排放，從而保證能源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[4]。
能耗的持續(xù)增加一方面與快速城市化進程中大量建筑增加有關(guān)，同時受經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平不斷提高的影響，室內(nèi)環(huán)境舒適度要求不斷提升對能耗增加產(chǎn)生直接影響[3]。另外，建筑能耗與氣候及其變化息息相關(guān)，氣候條件是建筑能耗最基本的影響因素之一，也是影響建筑能耗效率的重要因子。它決定了一個特定建筑的太陽輻射量和室內(nèi)溫度，直接影響用于建筑采暖和制冷的能耗總量[4-6]。氣候變暖不但影響到建筑節(jié)能設(shè)計氣象參數(shù)[7]，而且對建筑圍護結(jié)構(gòu)以及制冷、采暖系統(tǒng)運行調(diào)控等產(chǎn)生影響[8-9]。開展氣候、氣候變化和極端氣候事件對建筑能耗影響的評估，尤其是極端能耗的變化特征以及與氣候要素的關(guān)系，可為提高供熱、制冷系統(tǒng)的運行效能和安全提供依據(jù)，也有利于預(yù)測未來氣候條件下極端能耗的變化特征。
目前，大多數(shù)研究基于年平均氣溫及度日數(shù)來研究建筑能耗變化[5，10-12]。但由于缺少日氣溫的波動，以及濕度、太陽輻射、風(fēng)速等要素的考慮，使得難以準確評估氣候變化對采暖制冷系統(tǒng)能耗使用的影響，而且沒有考慮建筑本身的特點，無法詳細描述關(guān)于氣候變化對不同建筑能耗及采暖制冷系統(tǒng)運行效率的影響。另外，也有研究利用歷史實測或記錄的能耗數(shù)據(jù)，分析其與氣候/氣候變化的關(guān)系[13-14]。然而，實測能耗數(shù)據(jù)不但受氣候變化的影響，而且受城市化以及經(jīng)濟快速發(fā)展的影響[13-14]，難以分離以及量化氣候變化對建筑能耗的影響。因此，本文利用TRNSYS(TransientSystemSimulationProgram，瞬時系統(tǒng)模擬程序)軟件模擬了19612009年天津市商場建筑采暖制冷能耗和不同節(jié)能水平居住建筑采暖能耗，采用百分位法確定了極端能耗閾值，分析了建筑能耗極值對氣候變化的響應(yīng)特征，為城市建筑節(jié)能提供依據(jù)。
2資料選取和方法介紹
2.1研究對象
建筑物根據(jù)用途可分為兩大類:民用建筑和工業(yè)建筑。民用建筑包括居住建筑和公共建筑。公共建筑分為辦公建筑、商場、酒店、圖書館和影劇院等，本文選取商場建筑代表公共建筑。居住建筑(以天津為例)根據(jù)不同時期節(jié)能標準的不同又分為第一步節(jié)能、第二步節(jié)能和第三步節(jié)能居住建筑。從20世紀90年代開始，建筑節(jié)能設(shè)計日益受到社會的重視，城市居住建筑將逐步實現(xiàn)三步節(jié)能，即在19801981年住宅通用設(shè)計的基礎(chǔ)上節(jié)能65%，使建筑總耗能指標下降到14.4W·m-2左右[15]，本研究選取三種不同節(jié)能類型居住建筑。文中所選商場建筑為5層，建筑面積為24320m2，層高為4.5m;居住建筑均為9層，建筑面積為2790m2，層高為2.8m。不同節(jié)能水平居住建筑主要表現(xiàn)在圍護結(jié)構(gòu)和窗墻比不同。不同類型建筑具體設(shè)計參數(shù)見表1所列。
2.2資料選取和能耗模擬
所用氣溫、相對濕度、太陽輻射、日照時數(shù)、風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)來自天津市氣象信息中心，其他氣象要素通過計算獲得。風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)為實測值;氣溫、相對濕度在2005年之前只有一日4次的定時觀測數(shù)據(jù)和日極值數(shù)據(jù)，采用插補方法來獲得氣象數(shù)據(jù)。太陽輻射逐時數(shù)據(jù)是通過天文輻射計算并結(jié)合觀測太陽輻射逐日數(shù)據(jù)獲得。為了驗證通過以上方法獲取的氣溫、相對濕度和太陽輻射逐時數(shù)據(jù)的可靠性，任意選取了某時段的觀測和插值數(shù)據(jù)進行對比分析。結(jié)果表明，氣溫、相對濕度太陽輻射逐時計算值和觀測值回歸分析的相關(guān)系數(shù)R2分別為0.96，0.98和0.96，均通過0.001的顯著性水平檢驗，即獲得的逐時數(shù)據(jù)是可靠的。
能耗數(shù)據(jù)是通過能耗模擬軟件在氣象場的作用下進行積分獲得。采用TRNSYS軟件進行能耗模擬。該軟件由美國威斯康星大學(xué)建筑技術(shù)與太陽能利用研究所開發(fā)，并在歐洲一些研究所的共同努力下逐步完善，至今版本己達到17.0。該系統(tǒng)最大特色在于模塊化的分析方式，即所有熱傳輸系統(tǒng)均由若干個細小的系統(tǒng)(即模塊)組成，一個模塊實現(xiàn)一種特定的功能，只要調(diào)用實現(xiàn)這些特定功能的模塊，給定輸入條件，這些模塊程序就可以對某種特定熱傳輸現(xiàn)象進行模擬，最后匯總就可對整個系統(tǒng)進行瞬時模擬分析。比如，在分析建筑能耗時，可以用到單區(qū)域分析模塊(Single-zoneanalysismodule，TYPEl9)或多區(qū)域分析模塊(Multi-zoneanalysismodule，TYPE56)，前者假定室內(nèi)各處的空氣溫度是相等的，主要用于對室內(nèi)熱環(huán)境以及建筑的能耗作相對簡單的分析;而后者則考慮到房間溫度分布的不均勻性，分析結(jié)果更為精確。TRNSYS軟件中的控制部件，模擬步長可以很小甚至0.001min，模擬結(jié)果更加真實，較其他軟件更為精準，尤其是17.0版本的TRNSYS多區(qū)域分析模塊可以精確的完成建筑能耗動態(tài)模擬[4]。根據(jù)2004年美國供熱制冷與空調(diào)工程師學(xué)會制定的建筑能耗分析計算程序檢驗標準，該軟件的精確度和可靠性均能滿足要求[16]。此外，要對某建筑進行能耗分析，還需要氣象數(shù)據(jù)處理模塊、各朝向太陽輻射計算模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及輸出模塊等。由于受經(jīng)濟水平和居民生活習(xí)慣的影響，模擬能耗與實際能耗相比，有一定的差異，但在研究氣候變化對能耗的影響方面被認為是非常可靠的[4-6]。而且通過對比分析監(jiān)測能耗與模擬能耗的差異，不斷修正模擬過程中的參數(shù)，可以使模擬值與監(jiān)測值偏差控制在15%以內(nèi)。通過輸入兩類初始數(shù)據(jù)，完成能耗的模擬。首先，19612009年每年的8760個(365d×24h·d-1)每種氣象要素(干球溫度、相對濕度、太陽輻射、風(fēng)速、風(fēng)向)的逐時數(shù)據(jù);其次，與能耗相關(guān)的建筑參數(shù)，包括圍護結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)、建筑物的室內(nèi)設(shè)計溫度、濕度和空氣交換率、室內(nèi)荷載強度、窗墻比等(表1)。
2.3極端能耗
參照氣候?qū)W上確定極端氣候事件的閾值方法，將某個百分位值作為極端值的閾值，超過這個閾值被認為是極值，該事件可以認為是極端事件[17]。建筑能耗閾值指標是將逐年日建筑能耗從小到大排列，49年中所有建筑能耗的第90個百分位值定義為該建筑的年極端能耗高閾值。年極端建筑能耗是指一年中日建筑能耗超過極端能耗閾值的能耗之和。利用廣義帕累托分布(GeneralizedParetoDistribution，GPD)擬合建筑的極端能耗。廣義帕累托分布是根據(jù)給定的某特定臨界值(即門限值)篩選(某氣候變量)樣本序列中的極值所建立的超過該臨界值的極值概率分布，被廣泛用于擬合超過臨界水位的洪水、大于某臨界值的降水量、溫度及風(fēng)速等[18-20]。
2.4高低溫日數(shù)
高溫日數(shù)是指出現(xiàn)日最高氣溫達到或超過35℃的天數(shù);低溫日數(shù)是指出現(xiàn)日最低氣溫達到或低于-10℃的天數(shù)。
2.5人體舒適度指數(shù)
人體舒適度指數(shù)[21]表示為K=1.8T-0.55×(1.8T-26)×(1-f)-3.2槡V+32，(1)其中:K為人體舒適度指數(shù);T為平均溫度;f為相對濕度;V為風(fēng)速。將人體舒適日數(shù)劃分為舒適日數(shù)、熱不舒適日數(shù)、冷不舒適日數(shù)、極冷不舒適日數(shù)和極熱不舒適日數(shù)。
2.6統(tǒng)計分析
數(shù)據(jù)以SPSS10.0進行統(tǒng)計分析。極端能耗變化趨勢由49年(19612009年)時間序列數(shù)據(jù)與年份進行回歸獲得，把能耗年值看作是時間的函數(shù);采用多元線性回歸分析了能耗與氣候要素的關(guān)系，利用相關(guān)分析研究極端能耗與高低溫日數(shù)以及舒適度日數(shù)的關(guān)系。P<0.05表示通過顯著性水平檢驗。
3結(jié)果分析
3.1商場和居住建筑能耗極值的變化特征
3.1.1商場建筑
利用廣義帕累托方法擬合了商場建筑能耗多年一遇的極值。從采暖期和制冷期商場建筑負荷多年一遇極值分布(表2)中可以看出，商場建筑至今出現(xiàn)的最大熱負荷為8.93×107kJ·d-1，接近百年一遇的極值，而最大冷負荷為2.63×108kJ·d-1，屬于百年一遇的極值;次大熱負荷為8.73×107kJ·d-1，接近50年一遇的極值，次大冷負荷為2.60×108kJ·d-1，略高于50年一遇的極值。
相關(guān)期刊推薦：《高原氣象》PlateauMeteorology(雙月刊)是全國性大氣科學(xué)期刊之一,創(chuàng)刊于1982年，由中國科學(xué)院主管，中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所主辦及科學(xué)出版社出版。主要報道我國大氣科學(xué)，尤其在青藏高原氣象學(xué)，山地氣象學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域研究的新成果、新觀點、新進展，推動和促進大氣科學(xué)及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展以及人才的成長，促進國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流。主要刊登大氣科學(xué)領(lǐng)域的各個方面，涵蓋天氣氣候方面的理論、觀測和預(yù)報預(yù)測方法、全球氣候變化、大氣物理、大氣化學(xué)和大氣雷電等學(xué)科。特別歡迎并優(yōu)先發(fā)表國家知識創(chuàng)新工程和國家重大攻關(guān)項目及國家自然科學(xué)基金資助的在大氣科學(xué)前沿各分支領(lǐng)域以及學(xué)科交叉點上有創(chuàng)造性的研究成果。
從極值日數(shù)出現(xiàn)的季節(jié)動態(tài)來看，49年中采暖期商場建筑熱負荷極值日數(shù)(圖1a)最多出現(xiàn)在1月，共302天，占熱負荷極值總?cè)諗?shù)的51.3%;其次為12月和2月，分別為145天和136天，占24.5%和22.9%;3月和11月分別為5天，占0.84%。制冷期商場建筑冷負荷極值日數(shù)(圖1b)主要集中在7月和8月，分別為325天和254天，占54.85%和42.47%;6月共10天，占1.67%，9月共6天，占1%。
從采暖期商場建筑的熱負荷極值日數(shù)年際動態(tài)(圖2a)中可以看出，熱負荷極值日數(shù)總體呈極顯著下降的趨勢(P<0.01)，下降速率為3.5d·(10a)-1，年熱負荷極值日數(shù)最多為39天，出現(xiàn)在1968年。20世紀80年代中期90年代中期熱負荷極值日數(shù)下降最多，之后變化不明顯。相反，制冷期冷負荷極值日數(shù)并沒有明顯的變化趨勢(圖2b，P>0.05)，年冷負荷極值日數(shù)最多為30天，出現(xiàn)在1994年，之后明顯下降。商場建筑熱負荷和冷負荷均存在明顯的年代際波動，這與極端低溫及高溫日數(shù)的年代際變化趨勢一致。
3.1.2居住建筑
利用廣義帕累托方法擬合得到的居住建筑多年一遇極值(表3)表明，一步節(jié)能居住建筑至今出現(xiàn)的最大熱負荷值為1.22×107kJ·d-1，高于百年一遇的極值，而次大熱負荷值為1.19×107kJ·d-1，也屬于百年一遇的極值;二步節(jié)能居住建筑至今出現(xiàn)的最大熱負荷值為9.63×106kJ·d-1，接近100年一遇的極值，次大熱負荷值為9.42×106kJ·d-1，接近50年一遇極值。二步節(jié)能比一步節(jié)能最大熱負荷和次大熱負荷分別降低了21.1%和20.8%。
與商場建筑一樣，一步節(jié)能居住建筑熱負荷極值日數(shù)最多出現(xiàn)在1月(圖3a)，共310天，占極值總?cè)諗?shù)的52.3%;其次是2月和12月，分別138天和135天，占23.3%和22.8%;3月和11月各有6天，占0.84%。二步節(jié)能居住建筑極值最多出現(xiàn)在1月(圖3b)，為5天，占71.4%;2月和12月各有1天，占14.3%。三步節(jié)能居住建筑沒有熱負荷極值出現(xiàn)。
一步節(jié)能居住建筑熱負荷極值日數(shù)總體呈顯著下降趨勢(圖4a，P<0.01)，下降速度為3.98d·(10a)-1，極值日數(shù)最多為40天，出現(xiàn)在1968年。1990年代下降最多，近10年又有微弱上升。熱負荷極值日數(shù)較大的年際波動與年極端低溫日數(shù)的變化有關(guān)。二步節(jié)能居住建筑熱負荷極值僅有7年出現(xiàn)(圖4b)，且多集中于60年代，近20年僅2009年有1天。
3.2極端建筑能耗對總能耗貢獻率
3.2.1商場建筑
從19612009年商場建筑采暖期極端能耗占總能耗百分率的逐年變化(圖5a)中可以看出，19612009年采暖期商場建筑極端熱負荷占全年熱負荷的百分率總體呈極顯著下降趨勢(P<0.01)，下降速度為4.37%·(10a)-1，表明極端熱負荷對總熱負荷的影響逐漸減少。在90年代中期之前下降趨勢非常明顯，之后又有微弱上升。另外，年極端熱負荷占熱負荷總百分率最高，為52%
(1968年)，即極值日數(shù)出現(xiàn)最多的年份。近49年，制冷期商場建筑冷負荷極值占全年冷負荷的百分率也呈總體弱的下降趨勢(圖5b)，下降速率為0.71%·(10a)-1，但沒有通過顯著性水平檢驗(P>0.05)。1994年極端冷負荷占總冷負荷百分率達到最高，為39%，之后明顯下降。極端能耗占總能耗百分率的逐年變化與能耗極值日數(shù)變化趨勢(圖2)一致，存在明顯的年代際波動。
3.2.2居住建筑
19612009年一步節(jié)能居住建筑采暖期熱負荷極值占總負荷的百分率呈極顯著下降趨勢(圖6a)，下降速率為4.18%·(10a)-1，表明極端熱負荷對總熱負荷的影響減少。年極端熱負荷占總熱負荷百分率最高為43%(1968年)，即極值日數(shù)出現(xiàn)最多的年份。一步節(jié)能建筑采暖期極端能耗占總能耗百分率存在較大的年代際波動，這與能耗極值日數(shù)的年際變化有關(guān)。二步節(jié)能熱負荷極值僅在1965，1966，1967，1969，1978，1986和2009年這7年對總熱負荷具有一定的貢獻率，但貢獻率很小，表明其對總熱負荷的影響很小。
3.3氣候變化對建筑極端能耗日數(shù)的影響
3.3.1氣候要素與極端能耗日數(shù)的關(guān)系
近49年來，天津市制冷期平均氣溫、平均最高和最低氣溫均呈顯著的上升趨勢，增幅分別為0.33，0.26和0.41℃·(10a)-1，氣溫日較差減小;制冷期相對濕度下降明顯，平均降幅為1.3%·(10a)-1。19612009年天津市采暖期平均氣溫、平均最高和最低氣溫顯著上升，增幅分別為0.60，0.37和0.74℃·(10a)-1，氣溫日較差減小明顯;相對濕度呈波動下降趨勢，下降速率為1.3%·(10a)-1。另外，風(fēng)速、日照時數(shù)及太陽輻射也呈顯著下降趨勢。利用逐步回歸分析了19612009年商場建筑以及不同節(jié)能水平居住建筑各月極端能耗日數(shù)與各氣候要素(包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、濕球溫度、日照時數(shù)、風(fēng)速和太陽輻射)的關(guān)系。結(jié)果表明(表4)，商場建筑采暖期熱負荷、制冷期冷負荷以及居住建筑熱負荷與氣候要素的回歸分析中僅有單一氣候要素進入回歸模型。采暖期影響熱負荷極值日數(shù)的氣候要素為平均氣溫，平均氣溫可以解釋商場建筑和居住建筑熱負荷極值日數(shù)變化的79%和75%以上，相關(guān)性均通過了極顯著性水平檢驗(P<0.001);制冷期影響商場建筑冷負荷極值日數(shù)的主要氣候要素為濕球溫度，該氣候要素可以解釋8月冷負荷極值日數(shù)變化的78%，而7月份可以解釋到86%，二者的相關(guān)性也通過了極顯著性水平檢驗(P<0.001)。
3.3.2極端氣候與不同建筑類型極端能耗日數(shù)的關(guān)系
低溫日數(shù)的變化反映了寒冷天氣的變化特點及變化趨勢。近49年來，天津市低溫日數(shù)總體呈下降趨勢，下降速率為4.1d·(10a)-1。建筑熱負荷與低溫日數(shù)的相關(guān)性分析表明，商場建筑、一步節(jié)能和二步節(jié)能居住建筑的熱負荷極值日數(shù)與低溫日數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.941，0.939和0.404，均通過0.01的顯著性水平檢驗，表明商場建筑最易受到低溫日數(shù)的影響;其次是一步節(jié)能居住建筑，二步節(jié)能居住建筑相關(guān)性最低。另外，低溫日數(shù)的變化趨勢(圖略)與商場及居住建筑熱負荷極值日數(shù)一致，受此影響，熱負荷極值日數(shù)呈較大年代際波動(圖2a和4)。
近49年采暖期的極冷不舒適日數(shù)總體呈下降趨勢，表明隨著氣候變暖，采暖期極冷不舒適日數(shù)正在減少，下降速率為0.45d·(10a)-1。采暖期冷不舒適日數(shù)整體變化不大，說明冷不舒適日數(shù)的變化受采暖期變暖影響較小。通過不同類型建筑的熱負荷極值日數(shù)與不舒適日數(shù)的相關(guān)性分析可知，商場建筑、一步節(jié)能居住建筑、二步節(jié)能居住建筑的熱負荷極值日數(shù)與極冷不舒適日數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.476，0.483和0.293，均通過0.05的顯著性水平檢驗，與冷不舒適日數(shù)無相關(guān)性。
高溫日數(shù)的變化反映了炎熱天氣的變化特點以及變化趨勢。近49年來高溫日數(shù)總體呈上升趨勢，上升速率為1d·(10a)-1。商場建筑的冷負荷極值日數(shù)與高溫日數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.313，通過0.05的顯著性水平檢驗，表明冷負荷極值日數(shù)與高溫日數(shù)有一定關(guān)系;商場建筑冷負荷極值日數(shù)(見圖2b)較大的年代際波動與高溫日數(shù)的出現(xiàn)有一定關(guān)系，但并沒有呈現(xiàn)高溫日數(shù)一樣的上升趨勢，也近一步說明冷負荷極值日數(shù)受到溫度和濕度的共同影響。近49年制冷期熱不舒適日數(shù)呈顯著上升趨勢(P<0.01)，上升速率為2.1d·(10a)-1。商場建筑的冷負荷極值日數(shù)與熱不舒適日數(shù)顯著相關(guān)(R=0.745，P<0.01)。
4討論
本研究模擬的能耗一方面考慮了建筑特性，分不同建筑類型尤其是將居住建筑分為3個節(jié)能水平進行考慮;更重要的是模擬過程中綜合了逐時氣溫、相對濕度、風(fēng)速、風(fēng)向以及太陽輻射等多個氣候要素，沒有經(jīng)濟水平以及人為生活習(xí)慣的影響，有利于研究氣候變化對建筑能耗的影響[4，6]。
采暖期商場建筑和居住建筑的熱負荷極值日數(shù)顯著下降，而制冷期冷負荷極值日數(shù)并沒有明顯的變化趨勢。該結(jié)果表明在不考慮經(jīng)濟因素的條件下，氣候變暖明顯降低了冬季采暖極端能耗，而且與采暖總能耗的變化趨勢是一致的(數(shù)據(jù)未列出)，這與前人利用度日數(shù)的研究結(jié)果是一致的[22-23]。相反，商場建筑夏季制冷總能耗(數(shù)據(jù)未列出)以及極端能耗均沒有顯著變化趨勢，這表明近49年來氣候并沒有明顯改變制冷能耗，這與利用度日數(shù)得出的近年來夏季制冷能耗升高的結(jié)論不同[10，23]，也表明利用度日數(shù)反映制冷能耗是不全面的。商場建筑和居住建筑冬季極端能耗降低的同時，占總能耗的比例也呈明顯的降低趨勢。認為可以適當(dāng)考慮降低商場建筑供熱空調(diào)系統(tǒng)的裝機容量，同時降低居住建筑的供熱強度，有利于節(jié)能減排，但也要適當(dāng)考慮能耗極值對采暖系統(tǒng)運行安全的影響，因為商場建筑至今出現(xiàn)的最大熱負荷值已接近百年一遇的極值。盡管商場建筑制冷極端能耗沒有明顯的上升趨勢，但年際波動較大，而且最大冷負荷值屬于百年一遇的極值，要考慮極端高溫高濕氣候條件下空調(diào)系統(tǒng)的運行安全。
從一步節(jié)能至二、三步節(jié)能居住建筑，冬季采暖能耗明顯降低，二步節(jié)能較一步節(jié)能居住建筑節(jié)能22.2%，而三步節(jié)能較二步節(jié)能建筑節(jié)能25.4%。另外，從一步至三步節(jié)能建筑，極端能耗下降更為明顯，一步節(jié)能平均年極端能耗日數(shù)為12.1天，而二步節(jié)能僅為0.14天，三步節(jié)能沒有出現(xiàn)極端能耗。這表明隨著節(jié)能措施的提高，在降低總能耗的同時，也降低了極端能耗出現(xiàn)的機率，這對于節(jié)能減排是非常有利的，同時有利于保障采暖系統(tǒng)的安全運行。
商場建筑與居住建筑采暖極端能耗主要與平均氣溫有關(guān)，而商場建筑制冷能耗主要與濕球溫度有關(guān)，表明夏季制冷能耗受溫度和濕度的共同控制，這也是以往研究用制冷度日數(shù)反映制冷能耗不準確的原因，而冬季采暖能耗主要受氣溫的控制，從而利用采暖度日數(shù)來反映采暖能耗是可靠的。同樣，低溫日數(shù)與極端采暖能耗的相關(guān)性明顯好于極冷不舒適日數(shù)，而高溫日數(shù)與極端制冷能耗的相關(guān)性要明顯低于熱不舒適日數(shù)，也進一步說明冬季采暖能耗主要受氣溫的影響，而夏季制冷能耗不但與氣溫有關(guān)，而且與濕度有較大的關(guān)系。在研究夏季制冷能耗與氣候的關(guān)系以及預(yù)測電力負荷時，不但要考慮溫度，更要考慮其他要素比如濕度的影響。總體上，在建筑節(jié)能方面要充分考慮能耗的變化特征以及不同時期對不同氣候因子的響應(yīng)，氣候/氣候變化引起的建筑能耗的增加可以通過節(jié)能設(shè)計參數(shù)、圍護結(jié)構(gòu)以及空調(diào)或者采暖系統(tǒng)容量等方面的改變而加以控制，在設(shè)計和運行兩個方面進行節(jié)能;另外，要考慮能耗極值的出現(xiàn)對采暖空調(diào)系統(tǒng)運行安全的影響，新建建筑可進行預(yù)評估，適當(dāng)?shù)母淖兿到y(tǒng)容量，保證室內(nèi)環(huán)境舒適和提高系統(tǒng)運行效率。
5結(jié)論
利用TRNSYS能耗模擬軟件模擬了19612009年天津市商場建筑采暖及制冷能耗以及不同節(jié)能水平居住建筑采暖能耗，采用百分位法確定了極端能耗閾值，分析了極端能耗的年際動態(tài)，研究了氣候要素及極端氣候?qū)δ芎牡挠绊懀贸鲆韵轮饕Y(jié)論:
(1)采暖期商場建筑和居住建筑的熱負荷極值日數(shù)顯著下降，而制冷期冷負荷極值日數(shù)并沒有明顯的變化趨勢，但存在較大的年際波動，表明氣候變暖明顯降低了冬季采暖極端能耗，而沒有明顯改變夏季制冷極端能耗。
(2)隨著節(jié)能水平的提高，冬季采暖能耗明顯降低，極端能耗下降更為明顯，從一步到二步節(jié)能建筑年極端能耗日數(shù)從12.1天降為0.14天，而三步節(jié)能建筑并沒有出現(xiàn)極端能耗，這表明節(jié)能措施降低了極端能耗出現(xiàn)的機率，有利于節(jié)能減排和保障采暖系統(tǒng)的安全運行。2期李明財?shù)?氣候變化對天津市商場和居住建筑極端能耗的影響581
(3)極端能耗與氣候要素及舒適度日數(shù)的回歸分析表明建筑采暖極端能耗主要受平均氣溫影響，而制冷主要受溫度和濕度的共同影響，在夏季研究能耗與氣候的關(guān)系或作電力負荷預(yù)測，尤其是極端負荷預(yù)測時要考慮高溫高濕天氣的同時發(fā)生。——論文作者：李明財1，郭軍1，史珺2，熊明明1
