论文题目：武汉地区既有高校教学建筑外遮阳优化设计研究
摘要：高校建筑占整个教育事业类公共建筑85%以上,其人均能耗是全国居民人均能耗的4倍。高校中教学建筑由于现存量大、使用周期长、人员密度高等特点,研究教学建筑对提高高校节能水平具有重要意义。适宜的外遮阳设计可以在调节室内采光效果的同时降低建筑全年累计冷热负荷。调研发现武汉地区高校教学建筑主要采用空调设备调节室内热环境,忽视了外遮阳技术的应用。因此,本文旨在利用建筑模拟软件Ecotect和DesignBuilder进行不同外遮阳形式下的高校教学建筑室内采光与冷热负荷数值模拟,提出武汉地区教学建筑外遮阳优化设计策略。本文共分为6个部分:第一章介绍了课题的研究背景、分析了国内外研究现状等。第二章阐述了遮阳相关理论,影响建筑外遮阳效果的因素,外遮阳对节能和室内环境的影响以及外遮阳对建筑立面的塑造。第三章对武汉地区15个校区共70栋既有高校教学建筑进行实地调研,了解外遮阳在武汉高校教学建筑中的使用现状,发现外遮阳存在构件缺失、形式单一、尺寸不合理等问题。根据实地调查统计,确立典型教室模型,为下一步的模拟优化提供基础。第四章详述了典型教室参数设置和建模过程,阐述优化设计流程,确立综合评价指标。第五章使用建筑模拟软件Ecotect和DesignBuilder进行典型教室建模和模拟,共设置了166个工况,通过对比各工况下室内平均采光系数、平均照度、照度均匀度、冷热负荷的变化趋势,研究外遮阳活动方式、遮阳板层数、倾斜角度、挑出长度以及不同外窗尺寸下外遮阳对室内采光和冷热负荷的影响。结果表明:（1）在满窗遮阳的情况下,典型教室水平板层数越多,室内平均采光系数、平均照度越高,采用4层水平板形式时室内全年累计冷热负荷最低;（2）随着遮阳板倾斜角度的增加,各遮阳形式室内平均采光系数、平均照度大致呈线性降低趋势,变化速率相近,当倾斜角度大于50°时变化速率明显增加。倾斜角度大于60°时,室内平均照度小于国家标准值450Lux;（3）在满窗遮阳的条件下,进一步增加遮阳板挑出长度,室内天然采光效果和全年累计冷热负荷下降。当选用倾斜角度为40°的遮阳形式时,挑出长度的增加对室内采光效果和冷热负荷的影响最小。相比小倾斜角度的遮阳形式,采用大倾斜角度时可以在较小的挑出长度下达到相同平均照度,并减少全年累计冷热负荷;（4）相同窗墙比与满窗遮阳形式下,窗户宽高比在1.5~1.6之间时,室内平均采光系数和平均照度增长速率较大,宽高比在1.6~2.0之间时,增长速率变缓。在窗口面积不变的情况下,改变窗户宽高比对室内冷热负荷几乎无影响;（5）相同窗户宽高比与满窗遮阳形式下,窗墙比在0.48~0.58之间时,室内平均采光系数、平均照度、全年累计冷热负荷大致呈线性增加趋势,且采光效果的平均增加率大于全年累计冷热负荷的平均增加率。最后综合模拟结果提出了外遮阳优化设计策略,并利用该策略对一栋武汉地区既有高校建筑的南向窗口进行外遮阳优化设计,使其第1~3层、第4层和第5层教室在尽可能不影响室内采光效果的同时,与原遮阳形式相比全年累计冷热负荷分别降低6.76%、2.44%和2.19%,验证了优化设计策略的有效性。第六章总结了研究结论与发现,并做出展望。
关键词：外遮阳;优化设计;高校教学建筑;武汉地区
学科专业：建筑学（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究的背景
1.1.1 我国建筑节能发展状况
1.1.2 我国高校建筑能耗现状
1.1.3 高校教学建筑遮阳概述
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 研究对象和目的
1.3.1 研究对象
1.3.2 研究目的和意义
1.4 研究内容与方法
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究方法
1.5 研究框架
第2章 建筑外遮阳概述
2.1 遮阳理论基础
2.1.1 遮阳原理
2.1.2 采光原理
2.1.3 建筑遮阳分类
2.2 影响建筑外遮阳效果的因素
2.2.1 外遮阳基本形式
2.2.2 外遮阳构造形式
2.2.3 外遮阳材料
2.3 建筑外遮阳对节能与室内环境的影响
2.3.1 外遮阳对建筑节能的影响
2.3.2 外遮阳对室内环境的影响
2.4 外遮阳造型对建筑立面的塑造
2.4.1 外遮阳在建筑立面上的构成
2.4.2 外遮阳与建筑立面的互动
2.5 本章小结
第3章 武汉高校教学建筑外遮阳调研及分析
3.1 研究对象特征
3.1.1 武汉地区气候特征
3.1.2 高校教学建筑对外遮阳的需求
3.2 高校教学建筑外遮阳现状调研
3.2.1 调研目的和对象
3.2.2 调研内容和方法
3.2.3 高校教学建筑特点
3.2.4 高校教学建筑外遮阳现状
3.2.5 典型教室确立和外遮阳效果实测分析
3.2.5.1 典型教室确立
3.2.5.2 典型教室外遮阳效果实测分析
3.3 高校教学建筑外遮阳现存问题及分析
3.3.1 外遮阳现存问题
3.3.2 外遮阳现存问题分析
3.4 高校教学建筑外遮阳优化设计原则
3.5 本章小结
第4章 建模与优化方法研究
4.1 典型教室建模
4.1.1 建模工具介绍与选择
4.1.1.1 采光模拟软件
4.1.1.2 能耗模拟软件
4.1.2 软件可靠性
4.1.3 建模与参数设置
4.2 外遮阳优化设计方法和评价指标
4.2.1 遮阳构件尺寸计算
4.2.2 典型教室外遮阳构件尺寸
4.2.3 外遮阳优化设计方法
4.2.4 综合效果评价指标
4.3 本章小结
第5章 武汉高校教学建筑外遮阳优化设计的数值模拟研究
5.1 外遮阳形式对采光和冷热负荷的影响
5.1.1 活动方式
5.1.1.1 采光模拟
5.1.1.2 冷热负荷模拟
5.1.2 水平板层数
5.1.2.1 采光模拟
5.1.2.2 冷热负荷模拟
5.1.3 遮阳板角度
5.1.3.1 采光模拟
5.1.3.2 冷热负荷模拟
5.1.4 遮阳板挑出长度
5.1.4.1 采光模拟
5.1.4.2 冷热负荷模拟
5.2 外窗尺寸对采光和冷热负荷的影响
5.2.1 宽高比
5.2.1.1 采光模拟
5.2.1.2 冷热负荷模拟
5.2.2 窗墙比
5.2.2.1 采光模拟
5.2.2.2 冷热负荷模拟
5.3 外遮阳优化设计策略
5.4 武汉高校教学建筑外遮阳优化设计实例分析
5.4.1 实例介绍
5.4.2 建筑模型参数设置
5.4.3 外遮阳优化设计
5.4.3.1 优化设计方法
5.4.3.2 优化结果分析
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢