BIN法

BIN方法

所謂BIN氣象參數，就是根據某地全年室外幹球溫度的逐時值，統計出一定間隔的溫度段（BIN）
中的溫度在全年或某一期間所出現的小時數，即溫度的時間頻率。
BIN氣象參數的套用範圍很廣，它可以被用來做建築物的全年能耗分析，可以作為空調自控系統的
設計依據，可以用來分析熱泵機組（空冷）和冷卻塔的熱工性能，也可用在空調運行管理之中。在選
擇設備、設計系統時，一般都是依據設計負荷（或高峰負荷）來確定容量和匹配。但高峰負荷在一年
中出現時間很少，大部分時間裡設備或系統都是在部分負荷下運行。因此，在進行長期的能量分析或
進行設備、系統的動態特性研究時，就必須要考慮負荷出現的頻率和分布。而採用BIN參數作為這方面
研究工作的基礎數據，是十分相宜的。
BIN方法，是在度日法基礎上發展起來的。是在不同的室外幹球溫度條件下完成負荷計算，並將計算結果乘以各溫度段（BIN）出現的小時數，便可得全年的計算負荷。
要得到BIN氣象參數，首先必須生成典型氣象年TMY（Typical meteorological Year）的全年氣象參
數。我國北京、上海、成都、重慶和濟南等已經生成了典型氣象年TMY的氣象參數，但在大部分地區尚未
生成。這為該方法的在國內的廣泛套用帶來了很大的不利因素。
一般來說，大部分建築物並不是全年365天、每天24小時都需要空調，因而需要按照實際建築物的空
調設備的使用情況給出相對應的BIN參數。
計算年負荷時，為了簡化計算作如下假設：假設圍護結構負荷（包括溫差傳熱和日射得熱）和新風、
滲透風負荷與室外溫度有著線性關係。
1．兩個與建築能耗有關的代表溫度：
（l）高峰冷負荷溫度（Peak Cooling， Tpc）：該地區最高溫度段的代表溫度（中點溫度）。上海地區為36℃。
（2）高峰熱負荷溫度（Peak Heating，Tph）：該地區最低溫度段的代表溫度（中點溫度）。上海地區為－6℃。
2．建築傳導負荷的計算
傳導負荷由兩部分組成：（a）通過屋面、牆體、玻璃窗的由溫差引起的穩定傳熱部分； （b）通過屋面、
牆體由投射在外表面上的日射引起的不穩定傳熱部分。這兩部分可分別用式（1）和式（2）來計算：
式中：TCL，thl ―― 分別為夏季、冬季由溫差引起的傳導負（W/�）；
n ―― 建築物的傳導表面數；
Ai ―― 第i個表面（或玻璃窗）的面積（�）；
Ki ―― 第i個表面（或玻璃窗）的傳熱係數（W/(�・℃)）；
T ―― 室外氣溫（℃）；
Ti ―― 室內設定溫度（℃）；
Af ―― 建築物的空調面積（�）
式中：TSCL ―― 日射形成的傳導負荷，7月份和1月份的分別記作SCL7和TSCL1 （W/�）；
CLTDS ―― 日射形成的牆體冷負荷溫差（℃）；參見附錄一；
FPS ―― 月平均日照率；上海地區夏季取0.60，冬季取0.48；
KC ―― 牆體外表面顏色修正係數；
利用式（2）可建立TSCL與室外氣溫T之間的線性關係：
TSCL=M（T－Tph）+TSCL1 式（3）
式中： M=（TSCL7－TSCL1）/（Tpc－Tph）
3．日射負荷：
式中：SCL ―― 平均日射負荷。7月份和1月份的分別記作SCL7和SCL1（W/�）；
n ―― 建築物所有外窗的朝向數；
MSHGFi ―― 朝向i 的最大日射得熱因數（W/�），見附錄二；
AGi ―― 朝向i 的窗的總面積（�）；
SCi ―― 朝向i 的遮陽係數；
CLFTi ―― 朝向i 的24小時日射冷負荷係數之和，見附錄三；
FPS ―― 月平均日照率；
t ―― 空調系統日運行小時數（h）；一般，夏季t=10小時；
Af ―― 建築物的空調面積（�）；
SCL與室外氣溫T之間存在如下的線性關係：
SCL=M（T－Tph）+SCL1 式（5）
式中： M=（SCL7－SCL1）/（Tpc－Tph）
4．內部負荷：
式中： AU ―― 同時係數；
climax ―― 設備和照明的最大負荷或房間內最大人數時的人體散熱；
CLImax的計算：
（1）人體散熱按下式計算： Q=φnq 式（7）
式中：φ ―― 群集係數；
n ―― 計算時刻空調房間內的總人數；
q ―― 一名成年男子全熱散熱量；
人體散熱的同時係數AU，可根據實際情況酌情取之。在本生態辦公樓中取1.0，群集係數取0.96；
（2）照明散熱按下式計算：
（a）鎮流器在空調房間內的螢光燈：
Q=1200N 式（8）
（b）暗裝在吊頂玻璃罩內的螢光燈：
Q=1000n0N 式（9）
式中：N ―― 照明設備的安裝功率，kW；
n0 ―― 考慮玻璃反射，頂棚內通風情況的係數，當螢光燈罩有小孔，
利用自然通風散熱於頂棚內時，取為0.5～0.6，螢光燈罩無通風孔時，視頂棚內通風情
況取為0.6～0.8。
照明的同時係數AU，一般為0.5～1.0，在本生態辦公樓中取0.9。
5．新風負荷：
CLV=0.34V（i－ii）/Af 式（10）
式中：V ―― 新風量（m³/h）；
i ―― 對應於各溫度頻段的室外空氣焓值（kJ/kg）；
ii ―― 室內空氣設計焓值（kJ/kg）；

附錄

附錄一 上海地區日射冷負荷溫差 24 小時平均值（CLTDS）

方向	N	NE	E	SE	S	SW	W	NW	Roof
7	月	3.33	6.11	8.33	7.22	3.89	7.22	8.33	6.69
1	月	1.11	1.11	3.89	8.89	4.44	8.89	3.89	1.11

　附錄二 上海地區最大日射得熱因數（MSHGF）

方向	N(Shade)	NNE/ NNW	NE/ NW	ENE/ WNW	E/ W	ESE WSW	SE SW	SSE/ SSW	S	HOR
1月	76	76	91	331	552	722	786	789	776	555
2月	85	85	205	470	647	764	782	732	697	685
3月	101	117	338	577	716	748	716	615	555	795
4月	114	252	461	631	716	691	590	445	363	855
5月	120	350	36	656	694	628	489	312	233	874
6月	139	385	555	656	675	596	439	262	189	871
7月	126	350	527	643	678	612	473	303	227	861
8月	117	249	445	615	691	663	571	429	350	836
9月	104	110	325	546	678	716	688	596	540	770
10月	88	88	199	451	615	738	754	710	678	672
11月	76	76	91	325	546	710	773	776	767	552
12月	69	69	69	265	511	688	776	795	795	495

　附錄三 上海地區 24 小時日射冷負荷係數之和（CLFT）

朝向	S	SE	E	NE	N	NW	W	SW	水平
無內遮陽	6.63	6.40	5.83	5.74	10.35	5.74	5.80	6.36	8.03
有內遮陽	6.49	6.30	5.72	5.61	10.30	5.67	5.69	6.29	7.85

上海地區BIN參數

一、上海地區BIN氣象參數整理方法
首先，由筆者提供方法，委託上海市氣象局生成上海地區氣象參數年TRY。
參考年的確定方法是由美國ASHRAE\NBS（國家標準局）、NOAA（海洋大氣局）和北大西洋公約組織
（NATO）發展起來的。在決定TRY時，取上海地區的月平均溫度按能量分析的重要性順序進行篩選，將月
均溫度最高的（或最低的）亦即最熱的（或最冷的）某一月份所在的一年的全年數據刪除掉，其順序如下：
最熱的 七月 最冷的
最冷的 一月 最暖的
最熱的 八月 最冷的
最冷的 二月 最暖的
最熱的 六月 最冷的
最冷的 十二月 最暖的
最熱的 九月 最冷的
最冷的 三月 最暖的
最熱的 五月 最冷的
最冷的 十一月 最熱的
最熱的 十月 最冷的
最冷的 四月 最熱的
先按左面一排的順序刪除，再按右邊的一排順序刪除。這樣一個循環就刪除掉24年的數據。上海市氣象局
提供了35年（1951-1985）的理念月平均氣溫數據。因此，還可以開始第二個循環，直到最終剩下一年，即
1984年，這一年是不含極值的一年，在1951-1985的35年中，這一年是既無最冷月也無最熱月的一年，就是
TRY參考年。
根據1984年的氣象觀測日報表，上海市氣象局用拉格朗日插值法，生成了全年8784小時（閏年）逐時的乾
球、相對濕度、風向、風速、氣壓、總雲量、法線面直射日射和水平面散射日射的數據。再根據這些基礎
數據，用計算機整理得到上海地區的BIN氣象參數（乾球、濕球），取溫度見個為△T。ASHRAE分別取
△T=5F°（28℃）（英制單位）△T=8℃（SI制單位）。筆者則分別取了△T=8℃和△T=9℃的兩種溫度間
隔。統計在△T頻段中各溫度T出現小時數，並以該頻段（BIN）的重點溫度T*作為代表溫度。即有T*-
△T/2<T≤T*+△T/2。再將該頻段（BIN）中幹球溫度出現時刻相對應的濕球溫度相加，按改頻段的總小時
數作平均，便得到改頻段濕球溫度的代表值。為適應不同用途的需要（例如，冷卻塔的研究、簡介蒸發冷
去設備的研究等），筆者還統計了上海地區夏季的濕球溫度BIN參數以及一班制（白天）運行的BIN參數
等。
二、上海地區的BIN氣象參數
筆者計算整理的結果即按下列參數表：
表1 上海地區全年BIN參數（3℃ BIN）

BIN	-6	-3	0	3	6	9	12	15	18
小時數	26	175	538	735	691	777	724	683	848
濕球	-6.1	-4.1	-1.4	0.9	3.8	7.2	10	12.6	15.5
BIN	21	24	27	30	32	34	36
小時數	949	856	1029	528	189	36	36
濕球	18.3	21.4	24.4	25.7	26.7	27.3	27.3

　表2

BIN	-6	-4	-2	0	2	4	6	8	10
小時數	12	76	168	351	524	486	440	498	521
濕球	-6.3	-5.1	-3.3	-1.6	0.1	1.8	3.8	6.2	8.2
BIN	12	14	16	18	20	22	24	26	28
小時數	478	428	499	589	613	616	537	718	587
濕球	10.0	11..5	13.6	15.5	17.6	19.0	21.4	23.8	25.0
BIN	30	32	34	36
小時數	360	192	77	14
濕球	25.8	26.4	27.0	27.4

　表3 上海地區全年一班制（8:00-17:00）BIN參數（3℃BIN）

BIN	-6	-3	0	3	6	9	12	15	18
小時數	1	30	152	313	269	298	284	251	314
濕球	-6.5	-4.3	-1.8	0.4	3.3	6.3	9.3	11.3	14.2
BIN	21	24	27	30	33	36
小時數	406	380	367	391	168	36
濕球	16.9	19.8	23.1	25.5	26.7	27.3

　表4 上海地區全年一班制（8:00-17:00）參數（2℃BIN）

BIN	-6	-4	-2	0	2	4	6	8	10
小時數	0	12	31	101	191	202	181	189	204
濕球	0	-5.3	-3.4	-1.9	-0.3	1.1	3.2	5.3	7.4
BIN	12	14	16	18	20	22	24	26	28
小時數	194	174	172	220	235	282	245	231	272
濕球	9.3	10.4	12.5	14.2	16.5	17.3	19.9	21.9	24.2
BIN	30	32	34	36
小時數	271	169	70	14
濕球	25.5	26.4	27.0	27.4

　表5 上海地區夏季（6.1-9.30）BIN參數（2℃BIN）

BIN	18	20	22	24	26	28	30	32	34	36
小時數	84	230	346	420	670	550	351	183	75	14
濕球	17.4	19.0	20.5	22.1	24.0	25.2	25.8	26.5	27.1	27.4

　表6 上海地區夏季濕球溫度（6.1-9.30）BIN參數（2℃BIN）

BIN	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
小時數	0	0	40	228	458	420	705	936	137	4

　表7 上海地區夏季（6.1-9.30）一班制（8:00-17:00）濕球BIN參數（2℃BIN）

BIN	12	14	16	18	20	22	24	26	28	30
小時數	0	0	7	69	195	170	231	459	85	4

　如上所述，BIN參數可以用於許多簡化的能量分析計算之中。但BIN參數的產生必須以氣象參數參考年為基礎。目前國內僅上海、北京、重慶、南京生成了TRY，因此，BIN方法的推廣尚有一定困難。美國也有人提出以月平均溫度為基礎，利用室外氣溫的統計分布函式生成BIN參數的方法，但此法尚有待進一步研究。