文献[1]为分析夏热冬冷地区影响建筑热环境和暖通空调能效的气候特点,根据文献[2]规定的一级热舒适区域,提出在焓湿图(h-d图)上用t_g=t_gn1,t_g=t_gn2,φ=φ_n1,φ=φ_n2(t_g为室外空气干球温度;t_gn1,t_gn2分别为一级热舒适区干球温度的下限和上限;φ为室外空气相对湿度;φ_n1,φ_n2分别为一级热舒适区相对湿度的下限和上限)这4条线,对全年室外空气热湿状态进行9区划分,如图1所示。

　　 夏热冬冷地区由于受太平洋副热带高压的影响,表现出高温高湿的共同特点。根据各代表城市逐月的室外空气热湿状态的分区累积时数分布的共同特点,通过分析各代表城市室外空气热湿状态的年变化过程,初步形成了夏热冬冷地区全年的季节构成与划分,见表1。

　　 同时,在不受太平洋副热带高压的影响、酷暑共性隐去时,该地区表现出了明显的东、西气候差异。西部冬季气温高,太阳辐射弱;东部冬季气温低,太阳辐射强。为了更有针对性地研发和应用建筑热环境控制技术和提高能效,宜将夏热冬冷地区划分为东、西2个暖通空调气候分区,东区为平原气候区,西区为山地气候区。

　　 为了进一步了解夏热冬冷地区东、西区各城市间的季节差异,基于一级热舒适区在h-d图上的9区划分,以西部的重庆、东部的南京为例进行对比分析,原始分析数据来源于文献[3]。

　　 重庆和南京室外逐时空气热湿状态的累积时数分布如表2所示。重庆的B,D,E区累积时数大于南京,A,F,G,H,O区累积时数小于南京。即重庆的高温中湿、中温高湿和低温高湿状态多于南京,而低湿、低温中湿及热舒适状态少于南京。低温状态(E+F+G)累积时数重庆为5 494 h,南京为5 935 h;高温状态(A+B+C)累积时数重庆为1 652 h,南京为1 613 h。相比之下,南京比重庆中、低气温时数稍多,湿度也偏低,热舒适时数稍多,高温时段相近。

　　 从累积时数分布总体看,重庆的室外空气热湿状态仅分布在7个区,而南京在9个区均有分布,南京的室外空气热湿状态相比重庆更复杂。

　　 为了更进一步分析重庆和南京不同季节和不同月份空气状态的差异性,统计重庆和南京全年室外空气热湿状态在各月的累积时数分布,结果如表3所示。

　　 供暖季节(12,1,2月),重庆的室外空气热湿状态仅分布在低温高湿和低温中湿2个区域,并且处于低温高湿的时间占绝对的主导地位,处于低温中湿的时间共30 h,仅占1.4%;南京的室外空气热湿状态则分布在低温高湿、低温中湿和低温低湿3个区域内,虽然低温高湿的时间占主导地位,但低温中湿及低温低湿的时间占26.1%,也不容忽视。重庆和南京相比,同样是供暖,但面临的问题、技术方案、运行调节、能效提升等方面都存在差异,南京存在更大的供暖节能潜力。

　　 通风季节A(3,4月),重庆和南京的主要室外空气热湿状态为低温高湿,重庆3月处于低温高湿的时间占明显主导地位,占比为81.8%,并有33 h(占4.5%)室外空气干球温度进入舒适区,而南京3月室外空气干球温度均在低温区,以低温高湿的空气状态为主,占比66.3%,低温中湿和低温低湿的空气状态多于重庆。

　　 除湿季节(5,6月),室外空气热湿状态比较复杂,重庆和南京均以低温高湿为主,但重庆室外空气处于高温高湿、高温中湿及中温高湿的时间多于南京。

　　 空调季节(7,8月),重庆和南京的主导热湿状态区均是高温高湿区,南京高温高湿空气热湿状态的主导地位更明显,而重庆高温中湿区的时间多于南京。高温区累积时数重庆为967 h,南京为1 054 h。

　　 通风季节B(9,10,11月),室外空气热湿状态复杂,尤其是9,10月份,衔接着空调季节向通风季节B的过渡。9月,重庆和南京差异较大,重庆占比最大的是中温高湿区,南京则是低温高湿区。10月,两城市室外空气热湿状态最多时数均是低温高湿,是通风季节的平稳时段;进入11月后,气温进一步降低,低温高湿进一步占据绝对主导,并随着气温的降低逐渐进入通风季节B向供暖季节转换的过渡时段。

　　 根据夏热冬冷地区暖通空调季节划分,通风季节B向供暖季节转换的过渡月为11月15日至12月15日,为了便于发现问题、寻找规律,图示中的分析时段会长于过渡月时段。重庆、南京的逐时室外空气干球温度分别如图2,3所示,室外太阳日总辐射量如图4所示。

　　 由图2和图4可以看出:重庆过渡月太阳辐射作用相对较弱,日总辐射量平均值为3.3 MJ/m²,逐时室外空气干球温度波动较小;11月25—30日气温明显下降,25日之前室外空气平均温度约为14.5 ℃,30日之后相对稳定在10 ℃左右。即11月25—30日为通风季节B转入供暖季节的过渡时间,12月开始进入稳定供暖季节。

　　 由图3和图4可以看出:南京过渡月太阳辐射作用相对较强,日总辐射量平均值为7.1 MJ/m²,逐时室外空气干球温度波动较大,伴随着几次明显的寒潮来袭,气温逐步下降,南京的室外空气状态比重庆复杂;在过渡月之前的半个月,11月1—14日的室外空气干球温度平均约为13.4 ℃;11月15—20日,第一次寒潮来袭,气温降低,随后有所回升,11月15—25日的室外空气干球温度平均约为10 ℃;11月25日受第二次寒潮影响,随后室外空气干球温度降至7 ℃左右,进入稳定供暖季节。因此从第一次寒潮到第二次寒潮来袭前,即11月15—25日期间通风与供暖时段交替,为通风季节B转入供暖季节的过渡时间,11月25日之后开始进入稳定供暖季节。

　　 根据夏热冬冷地区暖通空调季节划分,供暖季节向通风季节A转换的过渡月为2月15日至3月15日。重庆、南京的逐时室外空气参数分别如图5,6所示。

　　 由图5可以看出:相对湿度因受空气干球温度的影响,波动较大,并呈现出高相对湿度,但从含湿量看,基本在7 g/kg左右,湿度比较稳定并符合热舒适需求;2月15日至3月1日期间,重庆逐时室外空气干球温度比较稳定,约为11 ℃,仍需供暖;3月1—31日期间,有3次明显的降温时段,每次2～3 d,室外空气干球温度在10 ℃左右,其余时间在15 ℃左右,高温达到25 ℃。3月1—31日期间,空气湿度合适,降温时段伴有间歇性供暖需求,大部分时间适合通风,即3月为供暖季节向通风季节A转换的过渡月。

　　 由图6可以看出:2月15日至3月15日期间,南京逐时室外空气干球温度波动较大,但除个别时刻超过15 ℃外,绝大部分时间在10 ℃以下,平均气温仅5.9 ℃,仍处于供暖季节;3月16—31日,偶有降温天气,但整体气温已经回升,室外空气干球温度平均在11 ℃左右,白天时段可达15 ℃甚至更高,含湿量在5 g/kg左右,湿度合适。3月后半月供暖与通风时段交替存在,如通风系统运行得当,可降低供暖能耗。

　　 根据夏热冬冷地区暖通空调季节划分,通风季节A向除湿季节转换的过渡月为4月15日至5月15日。重庆、南京的逐时室外空气参数分别如图7,8所示。

　　 由图7可以看出:4月和5月,重庆室外空气干球温度和含湿量均呈波动性变化;4月逐时室外空气干球温度不超过30 ℃,但含湿量多在10 g/kg以上,甚至超过15 g/kg,通风与除湿时段交替;5月,室外空气干球温度多在舒适区范围内,但超过30 ℃的时刻增多,最高甚至达到35 ℃,含湿量也在10 g/kg以上,甚至超过20 g/kg,除湿与空调时段交替。4,5月重庆天气状况复杂,为通风、除湿、空调时段交替出现。

　　 由图8可以看出:4月20—30日期间,南京逐时室外空气干球温度波动增大,含湿量相对稳定,在5～10 g/kg之间;5月开始,室外空气干球温度基本在舒适范围内,含湿量呈明显的波动性变化,部分时段超过15 g/kg,需要除湿才能达到热舒适状态。即5月1—25日期间,通风与除湿时段交替存在,为通风季节向除湿季节转换的过渡时间,5月25日之后进入稳定除湿季节。

　　 根据夏热冬冷地区暖通空调季节划分,除湿季节向空调季节转换的过渡月为6月15日至7月15日。重庆、南京的逐时室外空气参数分别如图9,10所示。

　　 由图9可以看出:重庆6月15日至7月15日期间,多数时刻室外空气干球温度达到26 ℃以上,含湿量在15 g/kg以上,需要空调才能达到热舒适需求;6月1日至6月15日期间,室外空气干球温度少数时间超过30 ℃,需要空调,多数时间在20～25 ℃之间,含湿量在15～20 g/kg之间,需要除湿,即6月1—15日期间,空调与除湿时段交替出现,属于除湿季节与空调季节的过渡时间;6月16日开始,日平均空气干球温度达到26 ℃以上,进入空调季节。

　　 由图10可以看出:6月23日之前,南京室外空气干球温度仅个别时刻接近30 ℃,大部分时间在20～25 ℃之间,日平均温度在23 ℃左右,含湿量在14 g/kg左右,温度舒适,湿度偏高,仍属于稳定除湿时段;6月23日之后,室外空气干球温度有所升高,超过30 ℃的时刻增多,甚至达到35 ℃,含湿量也明显上升,需要空调才能达到热舒适需求;7月1—7日期间,室外空气干球温度降低,在20～25 ℃之间,处于舒适范围,但含湿量在16 g/kg左右,超出舒适范围,需要除湿。即6月23日至7月7日期间,空调与除湿时段交替出现,属于除湿季节与空调季节的过渡时间。7月8日开始,日平均气温达到30 ℃以上,日最低气温也基本在26 ℃以上,进入稳定空调季节。

　　 根据夏热冬冷地区暖通空调季节划分,空调季节向通风季节B转换的过渡月为8月15日至9月15日。重庆、南京的逐时室外空气参数分别如图11,12所示。

　　 由图11可以看出:8月15日至10月15日期间,有几次明显的降温,每次降温后,室外空气干球温度有所下降;9月17日之前,虽有降温天气,但室外空气干球温度多在舒适区以上,仍需要空调;9月18日至10月5日期间,又经2次降温,室外空气干球温度在舒适区内或稍高于舒适温度,含湿量在14.5 g/kg左右,需要空调或除湿;10月5日之后,含湿量明显降低,室外空气干球温度在舒适区内,日均含湿量在11 g/kg左右,进入稳定通风季节。

　　 由图12可以看出:9月5日之前,南京室外空气干球温度大多在26～30 ℃之间,个别时刻超过30 ℃,日均含湿量在19 g/kg左右,属高温高湿的闷热天气,仍为空调时段;9月6—9日,室外空气干球温度和含湿量明显降低,9月10日开始,室外空气干球温度稳定在23 ℃左右,含湿量在19 g/kg左右,进入通风季节。南京由空调季节转入通风季节B的气象变化不复杂。

　　 重庆、南京暖通空调季节转换时段及转换月份的室外空气状态参数汇总见表4,5。

　　 通过以上东、西区城市南京和重庆室外空气热湿状态、天气过程的分析及表4和表5,可总结如下:

　　 1) 与北方所确定的集中供暖开始日期不同,夏热冬冷地区不论是东区城市还是西区城市,从一种暖通空调季节状态转换到另一种状态的时间并不固定,并且均存在一段过渡期,在过渡期内2种空气处理状态会交替出现。通过分析西区城市重庆和东区城市南京的天气过程可知,东、西区城市间暖通空调季节转换时过渡期时间的早晚、长短及复杂程度并不相同。

　　 2) 12,1,2月供暖季节,东区城市南京相比西区城市重庆,气温低,含湿量小,太阳辐射强,供暖系统设计相对复杂,对湿度要求高时甚至需要加湿;11月通风季节B转入供暖季节的时间早,过程复杂;3月供暖季节转入通风季节A的时间晚,过程复杂。即东区城市南京供暖运行时间长,供暖系统设计和运行调节难度大于西区城市重庆。如果供暖季节前后的过渡期运行调节得当,则能充分利用通风系统减少供暖能耗。

　　 3) 5,6月除湿季节,西区城市重庆相比东区城市南京,气温高,含湿量大,4月下旬进入通风季节A向除湿季节的转换期,转换时间早于南京,转换过程复杂;7,8月空调季节,重庆相比南京,气温低,含湿量小,9月下旬进入空调季节向通风季节B的转换期,转换时间晚于南京,转换过程复杂;即西区城市重庆的除湿和空调时间长,除湿和空调系统设计和运行调节难度大于东区城市南京。如果除湿和空调季节前后的过渡期运行调节得当,则能充分利用通风系统减少除湿和空调能耗。

　　 4) 总体来看,东区城市暖通空调运行调节的重点、难点及节能潜力较大的时间在供暖季节前后的通风时段,西区城市则在除湿、空调季节前后的通风时段。

　　 1) 在夏热冬冷地区共同的暖通空调季节划分前提下,东、西区城市暖通空调各季节间转换的过渡期时间早晚、长短及复杂程度并不相同。不能将夏热冬冷地区宏观整体的规律性直接照搬至各个城市,城市的暖通空调季节划分需要单独分析。

　　 2) 东区城市暖通空调运行调节的重点、难点及节能潜力较大的时间在供暖季节前后的通风时段,西区城市则在除湿、空调季节前后的通风时段。