玻璃界面建筑空间论文提纲

论文题目：夏热冬冷地区高校食堂建筑被动节能自然通风设计研究

摘要：高校食堂是大学校园中最重要的、也是学生光顾频率最高的场所之一。食堂的规划和设计一直被研究者重点关注。但是,高校食堂的热舒适性和节能特征,尚未得到应有的重视。研究表明,被动节能自然通风对改善室内热环境有明显的效果,因此存在将其高效应用在高校食堂的可能性。我国夏热冬冷地区季节性特点显著,夏季气候炎热,过渡季时间长,在夏热冬冷地区的被动式通风设计策略中自然通风和夜间通风具有良好的通风效果和节能潜力。自然通风降温技术所适应的建筑环境特征能够很好地与高校食堂的季节性使用特点相耦合。利用自然通风进行室内外空气交换,能够排出浊气,避免空气污染和疾病传播。研究表明:特别是对于人员集中,散热量较大的高校餐厅这类建筑,在夏季和过渡季,合理应用自然通风能够带走室内热量;同时由于人体在自然通风条件下可以适应较大幅度的环境温度变化,室内可以维持较高的温度而不需要运行空调设备;另外,在建筑表皮利用相变材料,则可以在白天学生就餐时还能充分利用夜间通风的降温效果。因此,通过形体和空间设计加强自然通风,结合相变材料应用于表皮降低室内温度,既可以提升用餐舒适度,也可以做到高校餐厅建筑的节能。本文从被动节能自然通风的两个方面进行研究。以夏热冬冷地区高校食堂建筑充分利用自然通风改善室内热环境和节能为目标,研究揭示气候特征、食堂使用特征、建筑空间、形体、界面设计等多种因素的的协同作用规律,提出适用于提高自然通风的建筑设计策略。研究内容主要包括以下四个方面:（一）分析研究高校食堂的建筑空间特征和食堂功能布局特征,结合国内外高校食堂的使用特点和用餐人员的行为特点,针对夏热冬冷地区的气候特征,研究揭示夏热冬冷地区高校食堂使用特征与被动节能措施中自然通风的耦合规律,包括夏热冬冷地区利用自然通风改善室内热环境和提高节能潜力的耦合规律,以及自然通风应用潜力与高校食堂使用时间特征的耦合规律。（二）通过高校食堂建筑设计及其室内环境改善和节能特性等方面的国内外文献的分析研究,结合长沙地区已建成的六所高校食堂的实地调研,从自然通风研究角度,提出五种夏热冬冷地区具有代表性的适用于自然通风的食堂建筑空间布局模型。研究提出了基于CFD模拟的食堂建筑空间优化设计方法,包括设置不同的风向与建筑迎风面之间的夹角,模拟室内气流流动和风速分布,导出云图和测点风速进行分析比较,获得适宜每种模型的最佳朝向;将不同窗地面积比的各种食堂建筑模型进行模拟研究,对比通风效果随着窗地面积比变化的敏感性,获得不同食堂建筑模型和窗地面积比对建筑自然通风的最佳组合;研究食堂功能布局等对自然通风的相互影响,提出不同食堂建筑模型的推荐功能布局形式。基于以上研究,提出有利于自然通风应用的高校食堂建筑形体和空间布局的设计策略,使得高校食堂自然通风成为建筑设计中的可控因素。（三）研究提出基于特朗伯墙和相变蓄能被动通风构造技术的蓄能墙构造,辅助增强自然通风效果:研制了特朗伯蓄能墙系统,该系统由内外双层墙面组成,外墙玻璃层与内墙形成中间空气夹层,在内墙的内外墙面增加有高反射涂料及构造组成的夜间蓄冷相变材料集成系统。该双层板通过墙板内外墙通风口的开闭来发挥调节室内温度的作用。选取高校食堂建筑模型三,将其界面进行改造,在建筑的四个朝向,采用通高的特朗伯蓄能墙替换原来的窗间墙。参照气候适应性评估方法,采用Energy plus模拟软件,通过模拟实验,对使用本技术前后全年舒适时间进行对比,验证了蓄能墙改善自然通风的作用,结果显示蓄能墙的设置能降低室内温度,带来良好的节能效果。对比分析蓄能墙系统在不同朝向、不同季节的差异性,得到相应的界面设计新理念、设计方法和运行管理方法。（四）结合形体和空间布局,以及新型界面的构造和设计方法,形成了关于平面、空间、界面等有利于夏热冬冷地区高校食堂建筑自然通风应用的设计策略。本文针对高校食堂建筑的使用特征和夏热冬冷地区的气候特征,研究提出了五种典型建筑空间模型,研究了有利于高校食堂建筑自然通风的形体和空间优化设计方法以及食堂功能布局优化方法;研究开发了能增强自然通风效果的蓄能墙,提出了相应的建筑界面设计方法。研究成果构成了一套有利于夏热冬冷地区高校食堂建筑自然通风的技术措施和设计方法。通过该措施和方法的推广应用,可以改善夏热冬冷地区高校食堂室内热环境,创造怡人的用餐环境,提高大学生的生活品质,同时做到节约能源,为夏热冬冷地区高校食堂建筑的绿色设计和绿色校园建设提供了一定的理论基础。

关键词：高校食堂;被动节能;自然通风;建筑模拟;设计策略

学科专业：建筑学

摘要

Abstract

第1章 引言

1.1 研究背景、目的与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目的

1.1.3 研究意义

1.1.4 总结

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内高校食堂建筑的研究现状

1.2.2 国外高校食堂建筑及自然通风的研究

1.3 研究范围界定与研究内容

1.3.1 研究范围界定

1.3.2 研究内容

1.4 研究方法和技术路线

1.4.1 研究方法

1.4.2 研究方案

1.4.3 研究框架

第2章 高校食堂的特点与自然通风的关系

2.1 国内外高校食堂比较

2.1.1 国内高校食堂

2.1.2 国外高校食堂

2.1.3 总结

2.2 食堂的特点

2.2.1 食堂的定义

2.2.2 我国食堂的发展历程

2.2.3 高校食堂特点和企事业食堂对比

2.2.4 高校食堂特点及对设计的确定性

2.3 食堂的内部物理环境

2.3.1 声环境现状

2.3.2 光环境现状

2.3.3 空气环境现状

2.3.4 总结

2.4 高校食堂能耗情况分析

2.5 高校食堂室内通风的目标

2.5.1 食堂建筑对室内健康通风的要求

2.5.2 热舒适通风的要求

2.5.3 食堂建筑能源利用要求

第3章 自然通风设计和高校食堂特征的耦合

3.1 风环境设计的方法程序及措施

3.2 建筑风环境与场地设计的关联

3.2.1 建筑场地类型及特征

3.2.2 建筑群体布局

3.2.3 建筑单体形态

3.2.4 气候条件

3.3 风环境和建筑形式

3.3.1 影响通风的建筑因素

3.3.2 风能利用和减小风害

3.4 室内风环境的设计原理及策略

3.4.1 利用自然通风的特点

3.4.2 现代模式与传统模式比较

3.4.3 自然通风的方式

3.4.4 利用太阳能强化自然通风模式

3.5 夏热冬冷地区和被动节能自然通风耦合

3.5.1 夏热冬冷地区气候特点

3.5.2 夏热冬冷地区的气候适应性策略

3.5.3 高校食堂季节性与被动节能自然通风耦合

3.5.4 夏热冬冷地区被动节能通风策略

3.6 自然通风技术在大体量的建筑中的运用

3.6.1 平面单元的竖井式自然通风

3.6.2 双层墙通风模式

3.6.3 天井分离餐厨通风模式

3.6.4 利用大通廊作为腔体实现通风

3.7 本章小结

第4章 建立食堂自然通风模型

4.1 高校食堂的建筑特征

4.1.1 高校食堂的平面布局形式

4.1.2 用餐区和厨房备餐区的平面关系

4.1.3 用餐区和厨房备餐区的空间组合形式

4.2 食堂模型建立的原则

4.2.1 食堂自然通风的区域

4.2.2 适宜的建筑形体

4.2.3 食堂自然通风的形式

4.3 建筑模型的平面及空间布局

4.3.1 规模及其他建筑参数的确定

4.3.2 食堂空间的组合形式

4.3.3 建立适宜于通风的食堂模型

4.3.4 模型与长沙六所已建成的高校食堂对比

4.4 食堂建筑自然通风动态耦合计算

4.4.1 自然通风评价方法

4.4.2 模型及建筑计算

4.5 食堂模型及模拟设置

4.5.1 食堂CAD形体模型的分析

4.5.2 网格划分和湍流模型的选择

4.5.3 边界条件的设置

4.5.4 模拟计算的取点

4.6 本章小结

第5章 CFD自然通风模拟

5.1 模拟验证及模型模拟任务书

5.1.1 食堂模型的计算参数及外界条件

5.1.2 自然通风的计算方法

5.1.3 已有模型验证

5.2 迎风面与全年主导风向角度模拟

5.2.1 迎风面与主导风向成90°

5.2.2 迎风面与主导风向成75°

5.2.3 迎风面与主导风向成60°

5.2.4 迎风面与主导风向成45°

5.2.5 迎风面与主导风向成0°

5.2.6 五个模型通风应用潜力对比

5.3 变风向角度模拟比较分析

5.3.1 模型一不同角度的风速分布

5.3.2 模型二不同角度的风速分布

5.3.3 模型三不同角度的风速分布

5.3.4 模型四不同角度的风速分布

5.3.5 模型五不同角度的风速分布

5.3.6 五模型最佳角度的风速比较

5.4 窗地面积比模拟比较

5.4.1 不同窗地面积比对模型一通风应用潜力的影响

5.4.2 不同窗地面积比对模型二通风应用潜力的影响

5.4.3 不同窗地面积比对模型三通风应用潜力的影响

5.4.4 不同窗地面积比对模型四通风应用潜力的影响

5.4.5 不同窗地面积比对模型五通风应用潜力的影响

5.4.6 本节小结

5.5 模型三有无温差条件下通风应用潜力比较

5.5.1 有温差条件的通风模拟

5.5.2 有无温差条件下模拟结果对比

5.6 模型二自然通风应用潜力分析

5.7 本章小结

第6章 蓄能墙系统Energy Plus模拟

6.1 界面引入双层相变材料墙体结合夜间通风系统

6.1.1 特朗伯蓄热双层墙的类型介绍

6.1.2 相变材料壁板PCM Trumbo

6.1.3 夜间通风蓄冷系统界面

6.2 长沙气象数据分析

6.2.1 长沙基础信息

6.2.2 气象分析软件介绍

6.3 模型建立及基本假设

6.3.1 国内外能耗模拟软件比较

6.3.2 建筑几何模型建立

6.3.3 建筑围护结构参数信息

6.3.4 人员、灯光、设备作息时间设定

6.3.5 模型工况说明

6.4 模拟结果及分析

6.4.1 南向模拟结果分析

6.4.2 北向模拟结果分析

6.4.3 东向模拟结果分析

6.4.4 西向模拟结果分析

6.5 模拟结果对比

6.5.1 各朝向全年舒适时数提升效果对比

6.5.2 各季全年舒适时数提升效果对比

6.5.3 各季各朝向全年舒适时数提升效果对比

6.6 特朗伯墙板夜间蓄冷系统的发展延伸

6.7 本章小结

第7章 设计验证及研究总论

7.1 被动节能策略集成的建筑模型

7.1.1 食堂模型的平面布局

7.1.2 食堂模型的立面外观及效果图

7.1.3 食堂模型的内部布局及外墙构造

7.2 食堂模型CFD模拟的结果分析

7.2.1 测速点的平均风速分析

7.2.2 有无温差的风速及云图比较

7.2.3 窗地面积比结果分析

7.2.4 迎风面与主导风的角度对比

7.3 Energy-plus模拟蓄能墙的效果验证

7.3.1 模拟结果显示

7.3.2 蓄能墙与空调的经济性比较

7.4 自然通风研究方法及设计策略

7.4.1 自然通风设计方法

7.4.2 高校食堂自然通风设计策略

结论及展望

参考文献

致谢