5  评价性设计5.0.1  湿球黑球温度指标(WBGT)是自然湿球温度、干球温度和黑球温度的函数,在典型气象日的定义中,只有逐时干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速数据,因此,得到采用常规室外气象参数(干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速)表示的WBGT指标关联式对于居住区热环境评价具有十分重要的意义。     国内外的学者均对WBGT指标的关联式进行过研究。如以色列学者Moran等人在以色列进行了WBGT的数据采集工作,回归了如式(7)所示的关联式:ESI=0.63Ta-0.03RH+0.002SR+0.0054(Ta×RH)-0.073(0.1+SR)-1        (7)    国内的学者董靓(1991)和林波荣(2004)等人分别针对WBGT计算公式中的黑球温度、自然湿球温度建立了热平衡方程式,通过求解热平衡方程,分别得到了采用温度、湿度、太阳辐射、平均辐射温度和风速为参数的WBGT指标的关联式,如董靓回归的关联式如式(8)所示,林波荣回归的关联式如式(9)所示。WBGT=(0.8288Ta+0.0613Tmr+7.3771×10-3SR+13.8297RH-8.7284)V-0.0551        (8)WBGT=-4.871+0.814Ta+12.305RH-1.071V+0.0498Tmr+6.85×10-3SR            (9)式中:ESI——环境应激指数;      Ta——空气干球温度,℃;      RH——相对湿度,%;      SR——总太阳辐射照度,W/m2;      Tmr——长波平均辐射温度,℃;      V——风速,m/s。    在Moran等人的观测数据中,代表城市是以色列城市特拉维夫,该方程是否适用于我国的夏季还需要验证。董靓回归的关联式(8)中,当风速接近0时,将会得到不合理的结果,林波荣提出的WBGI指标关联式(9)中包括室外环境的长波辐射温度,而长波辐射温度不是典型气象日的常规数据,很难确定。    为此,编制组开展了基于干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速等参数的WBGT指标关联式研究,共采集有效样本1487组,样本的平均值、标准差和分布范围如表5所示。表5 观测样本的平均值、标准差和分布范围    在进行多元回归分析之前,先绘制WBGT与干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速之间关系的散点图,以判断WBGT指标与上述4个参量是否存在线性关系。散点图如图24~图27所示:图24 WBGT与干球温度散点图图25 WBGT与太阳辐射散点图图26 WBGT与相对湿度散点图图27 WBGT与风速散点图    在图24~图27中,中心的虚线是回归线,回归线两侧是总体均数的95%的可信区间,最外面的两条虚线是个体预测值的95%的可信区间,右下角给出了该曲线的决定系数R2。可以看出,WBGT与干球温度的线性趋势最好,并成正相关关系,相对湿度其次,成负相关趋势,WBGT与太阳辐射之间有曲线趋势,为了简化模型,仍然采用线性回归模型,WBGT与风速之间的相关性较差,但在初步建模时还是把风速包含在内。用最小二乘法做WBGT与干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速的多元线性回归,得到回归方程,如式(10)所示:WBGT=1.159Ta+17.496RH+2.404×10-3SR+1.713×10-2V-20.661         (10)    标准化同归方程为:WBGT=1.439Ta*+0.75RH*+0.27SR*+0.005V*                            (11)    回归模型的统计信息和假设检验结果如表6、表7所示。表6 回归模型的统计信息表7 回归系数及其假设检验    该回归方程的决定系数(R2)为0.991,F检验高度显著(F=40567.83,P<0.001),说明回归方程整体拟合效果不错。在回归系数显著性检验中,除风速外各参数t检验的预测值均小于0.05,风速的预测值为0.066,不能通过t检验,此外,在标准化回归方程中(式(11)),风速变化1%,对WBGT的影响只有0.005%,这表示风速对WBGT的影响非常小,可以忽略。    因此,标准编制组采用干球温度、相对湿度和太阳辐射三个参数来回归WBGT的简化计算模型,如式(12)和式(13)所示。WBGT=1.157Ta+17.425RH+2.407×10-3SR-20.550         (12)    标准化回归方程为:WBGT*=1.437Ta*+0.747RH*+0.27SR*                     (13)    该回归方程的决定系数(R2)为0.991,F检验高度显著(F=54002.07,P<0.001),总体回归效果与方程(11)一致,但各项因子t检验的预测值均小于0.05,因此,回归方程式(13)式的t检验显著,各自变量的回归系数均不为0。     绘制标准化残差的直方图,如图28所示,标准化残差的分布服从正态分布,绘制WBGT实测值与预测值的关系图以及两者的残差分布图,如图29和图30所示。WBGT的预测值分布与实测值分布非常接近,两者残差绝对值不超过0.8℃,并且残差随WBGT实测值的变化范围基本保持稳定,说明残差方差齐性。图28 标准化残差直方图图29 WBGT实测值与预测值关系图图30 WBGT实测值与残差的散点图    通过以上检验,可以认为通过回归方法得到的WBGT关联式是一个统计学上无误,并且具有实际意义的模型,具有较高的可信度,可以用于室外热环境的WBGT指标现场观测和模拟预测中。    上述WBGT简化计算是针对某一个测点的计算方法,在分析一个城市区域的整体WBGT指标时,也可以采用上式进行计算,计算公式如式(14)所示:式中:—— i 时刻区域的平均WBGT指标,℃;      —— i 时刻区域的平均温度,℃;      —— i 时刻区域的平均相对湿度,%;      SRi—— i 时刻区域的太阳总辐射照度,W/m2;      Rl——区域内太阳辐射光照率,Rl指标反映了beplay娱乐城-beplay最新平台密度、beplay娱乐城-beplay最新平台高度、beplay娱乐城-beplay最新平台布局类型对整个区域逐时太阳辐射照度的影响;      At——区域内除去beplay娱乐城-beplay最新平台用地的总面积,m2;      As,i—— i 时刻,区域内beplay娱乐城-beplay最新平台在区域内地面上形成的阴影面积,m2。5.0.2  热岛效应是指一个地区(主要指城市内)的气温高于周边郊区的现象,可以用两个代表性测点的气温差值(城市中某地温度与郊区气象测点温度的差值)即热岛强度表示。本标准中热岛强度的计算方法为:居住区设计的逐时空气温度与同时刻当地典型气象日空气干球温度的差值(℃)。    统计平均热岛强度的时候,是将各个计算地点地方太阳时的中午12点,换算成北时间之后,在此时刻基础上前推4个小时,后推6个小时,按整点取值,得到共11个小时(北京时间)的热岛强度的平均值。当该时刻之内的分钟位于0~30之间时不计入该时刻,直接以该时刻为基础统计计算;当分钟位于30~60之间时,则以下一个时刻为基础统计计算。例如北京地方太阳时12点时的北京时间为12:21,此时平均热岛强度的统计时段为8:00~18:00。其他各典型城市平均热岛强度的统计时段,按本标准附录C取值。

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