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第３Ｏ卷，总第１７５期

２０１２年９月，第５期

《节能技术》

ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

Ｖｏ１．３０，Ｓｕｍ．Ｎｏ．１７５

Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ．２０１２，Ｎｏ．５

郑州地区太阳辐射变化规律及分析

李玉娜 ，马磊 ，秦光耀

（１．郑州电力高等专科学校，河南 郑州４５０００４；２．河南联合智能工程有限公司，河南 郑州４５００００）

摘要：利用有关资料，分析了郑州地区太阳辐射能的年、月、日变化。分析表明：全年太阳能

资源较为丰富且相对稳定，冬季太阳能资源利用潜力很大，应当合理利用直射、散射以及南向的太

阳辐射：通过对太阳总辐射频数分布情况的分析得知：郑州地区超过１００ Ｗ／ｍ 的太阳总辐射占到

年太阳总辐射的７９％。

关键词：郑州地区；太阳辐射；频数分布

中图分类号：ＴＫ５１９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６３３９（２０１２）０５—０４４３—０４

Ｔｈｅ Ｃｈａｎｇｅ Ｒｕｌｅ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｕｎ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｒｅｇｉｏｎ

ＬＩ Ｙｕ—ｎａ ，ＭＡ Ｌｅｉ ，ＱＩＮ Ｇｕａｎｇ—ｙａｏ

（１．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００４，Ｃｈｉｎａ；

２．Ｈｅｎａｎ Ｊｏｉｎｔ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００００，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｌａｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ．

Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｒｅ ｍｏｒｅ ａｂｕｎｄａｎｔ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｕ・

ｓｉｎｇ ｐｏｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｓｏｌａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｇｒｅａｔ，ａｎｄ ｄｉｒｅｃｔ ａｎｄ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｕｔｈ ｔｏ ｔｈｅ ＳＯ—

ｌａｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｈａｌｌ ｂｅ ｕｓｅｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ；ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｎ ｔｏｔａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ １００ Ｗ／ｍ２ ａｃｃｏｕｎｔ ｆｏｒ

７９％ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｉｎ ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ｒｅｇｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ｒｅｇｉｏｎ；ｓｏｌａｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ

太阳能是取之不尽、用之不竭的能源，尤其是在

当今环境污染越来越严重的今天，对最大限度地合

理开发和利用太阳能有着重要的意义。

１太阳辐射资料数据来源

《中国建筑热环境分析专用气象数据集》 是

以中国气象局信息中心气象资料室收集的全国２７０

个全面气象台站１９７１～２００３年的实测气象数据为

收稿日期２０１２—０２—２８ 修订稿日期２０１２—０５—０６

基金项目：河南省教育厅自然科学研究计划项目

（２０１０Ｃ４８０００２）

作者简介：李玉娜（１９８１～），女，硕士。

基础，通过分析、整理、补充源数据以及合理的插值

计算，获得了全国２７０个台站的建筑热环境分析专

用气象数据集，为建筑热环境及其控制系统的设计

和动态模拟分析提供全面可靠的基础气象数据。为

了分析郑州地区的太阳能资源，根据本数据集的特

点，选用了设计典型年和典型气象年的太阳辐射

数据。

２太阳能辐射变化规律及分析

２．１设计典型年总辐射的逐日变化

不论是辐射极高年还是辐射极低年，郑州地区

的太阳总辐射逐日变化都大致呈向下开口的抛物线

形式，但是辐射极低年逐日变化上下波动的幅度不

・４４３・

如辐射极高年的波动大（图１和图２）。辐射较低年

的太阳总辐射总量为４ ７２８．９６ ＭＪ／ｍ ，而辐射极高

年的为５ ８５０．４６ ＭＪ／ｍ ，极低年太阳总辐射为极高

年的８０．８３％。在一年中，夏季的日总辐射高且变

化剧烈，冬季低但变化平缓。

８００

７００

６００

童５００

最４００

隳３００

２００

口１００

０

昌

二

芝

操

骠

蘧

皿

＾ 要

墨

缸

在辐射极高年，夏季的太阳总辐射占全年总辐

射的３１．０３％；冬季占全年总辐射的１７％；在辐射极

低年，夏季太阳总辐射占全年总辐射的３３．６７％；冬

季太阳总辐射占全年总辐射的１６．３６％。

月份

图１太阳日总辐射强度年变化（辐射极高年）

月份

图２太阳日总辐射强度年变化（辐射极低年）

月份

图３太阳总辐射强度逐月变化

２．２设计典型年总辐射的逐月变化

从图３可见：太阳总辐射的变化比较有规律，呈

单峰值变化。辐射极低年除了在１１月和１２月之间

出现升高现象，其余月份变化情况与辐射极高年类

似。辐射极低年的最大值和最小值分别出现在５月

和１１月，而极高年的极值出现在６月和１２月。两

种情况普遍是极高年的月总辐射远远大于极低年的

月总辐射，其中４月悬殊最大。还可以看出辐射极

低年在冬季的最冷月并非太阳总辐射最低，而辐射

极高年夏季的最热月并非太阳总辐射最高。

２．３设计典型年月总辐射和月总直射变化

太阳总辐射包括直射辐射和散射辐射。利用太

阳能实际上是利用太阳的总辐射，对大多数太阳能

设备来说，则是利用太阳辐射能的直接辐射部分。

因此研究直接辐射的变化以及它与总辐射之间的关

系具有举足轻重的作用。

表１ 太阳辐射典型极高年的月总辐射和月总直射

∞ 加 ：２ ｍ Ｏ

表２太阳辐射典型极低年的月总辐射和月总直射

从表ｌ和表２中，可以看出：辐射极高年中月直

● 童

暇

韶

驿

霞

藤

驿

趱

接辐射占太阳月总辐射很大的份额，其中６月份为

８８％，１月份为７７．０１％高于７、８月份和１１月份的；

辐射极低年，太阳直接辐射占总辐射的份额大多在

４０％～５０％。可见，在中原地区冬季太阳能有很大

的利用潜力，太阳散射辐射也应该合理利用，其作用

不可忽视。

２．４设计典型年东南西北各朝向的太阳逐月总辐

射比较

众所周知，建筑能耗是能耗的大户。降低建筑

能耗的途径是很多的，可以根据气候特点和地形位

置，合理安排建筑群的排列和间距，选择朝向，保持

良好的采光与通风，就可以节约空调动力费的四分

之一，这是节能建筑最有效、最关键的节能措施，也

是对太阳能的直接利用。因此分析建筑物各个方向

的太阳总辐射，对合理设计建筑，有效地利用太阳能

具有重要的意义。

月份

图４东南西北各朝向的太阳逐月总辐射强度变化曲线

月份

图５最冷月和最热月太阳逐日总辐射比较

从图４中可以看出，一年中南向总辐射变化非

常显著，而东向、西向和北向的总辐射值变化曲线较

为平缓，全年整体波动范围不大。南向总辐射在冬

季处于顶峰阶段，最大值出现在１月份，为５２７．１７

ＭＪ／ｍ ，超过本月总辐射３６５．３２ ＭＪ／ｍ ，其次是２月

一太阳总辐射

＋东向总辐射

南向总辐射

西向总辐射

一北向总辐射

＋辐射极低年１月份

＋辐射极低年７月份

＋辐射极高年１月份

＋辐射极高年７月份

份；相反，夏季辐射值处于低谷，最小值出现在６月

份，为１４２．８５ ＭＪ／ｍ ，且６、７、８三个月的总值波动

也不大；秋季在１０月份出现突变，峰值为４２２．１５

ＭＪ／ｍ 。同时，还能得到，全年中北向总辐射值最

小，变化曲线最平缓；东向和西向的总辐射值基本相

・４４５・

目．ｈ 薯

同。可见，合理利用南向总辐射对太阳能在建筑中

的应用起着很大的作用。

２．５ 设计典型年最冷月和最热月太阳逐日总辐射

比较

天气越热，越需要制冷；天气越冷，越需要供暖。

因此，冬季应尽量获得太阳辐射，而夏季则尽量避免

太阳辐射，从而减少建筑能耗和节约能量。从图５

表３太阳总辐射强度频数分析表

中分析得出两种情况下，最冷月除了个别天气外，太

阳日总辐射变化比较平缓，而７月份的太阳总辐射

逐日变化没有一定的规律可循，忽大忽小。

２．６太阳总辐射强度频数分布（辐射极高年）

一般来说，日照时间是影响太阳辐射能实际到

达地球表面的大小的主要因素，因此分析太阳能总

辐射强度频数分布对利用太阳能有很大的意义。

籁

留

辞

翦

总辐射强度／Ｗ・ｍ一２

图６太阳总辐射强度频数分布图

由表３和图６可以看出，在郑州地区典型气象

年中，太阳的总日照时数为４ ３３９ ｈ，小时最大总辐

射强度为１ １５３．６６ Ｗ／ｍ ，年总辐射强度为

１．６３ ＭＷ／ｍ。。太阳总辐射强度分布频率最大的区

间为０—１００ Ｗ／ｍ ，共９１１ ｈ，占全年总日照时数的

２１％；超过１００ ｗ／ｍ 的太阳总辐射强度占到年总太

阳辐射强度的７９％，而且分布比较稳定，太阳能资

源丰富，有着得天独厚的优越条件，开发利用潜力巨

大，具有很好的前景。

３ 结论

（１）郑州地区太阳能辐射不但丰富而且全年变

化稳定有规律，呈单峰值状态，夏季的太阳总辐射大

且变化剧烈，冬季低但变化平缓。辐射极低年在冬

季的最冷月并非太阳总辐射最低，而辐射极高年夏

季的最热月并非太阳总辐射最高，所以冬季太阳能

利用有很大的潜力。太阳散射辐射也应该合理利

・４４６・

用，其作用不容忽视。

（２）郑州地区全年中北向太阳总辐射值最小，

变化曲线最平缓；东向和西向的总辐射值基本相同；

南向太阳辐射冬季最大，夏季处于低谷，因此合理利

用南向太阳辐射对太阳能在建筑中的应用起着重要

的作用。

（３）郑州地区全年太阳的总１３照时数为

４ ３３９ ｈ，小时最大总辐射强度为１１５３．６６ Ｗ／ｍ ，年

总辐射强度为１．６３ ＭＷ／ｍ 。太阳总辐射强度分布

频率最大的区间为０～１００ ｗ／ｍ ，共９１１ ｈ，占全年

总日照时数的２１％；超过１００ ｗ／ｍ 的太阳总辐射

强度占到年总太阳辐射强度的７９％。

参考文献

［１］中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建

筑技术科学系．中国建筑热环境分析专用气象数据集［Ｍ］．

北京：中国建筑工业出版社，２００５，４．

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