辦公建筑自然室溫影響因素的研究

摘 要：為了研究辦公建筑設計因素對室內自然室溫的影響，文章在BIM平臺上通過Dest軟件模擬自然室溫，考慮10個建筑設計因素，運用正交試驗法，找出辦公建筑自然室溫隨各建筑設計因素的變化趨勢，通過多種方案的對比，以及設計方案空調冷負荷對比，得出辦公建筑自然室溫參數最優的建筑設計方案。

關鍵詞：建筑設計；辦公建筑；建筑熱環境模擬；自然室溫；正交實驗法

隨著經濟的快速發展，我國工業、農業、建筑業、信息業也都快速發展。能源的發展，如何處理能源與環境的關系，是世界和人類所關注的重要問題。建筑室內環境參數不僅對人的熱舒適性的感受產生影響，而且與建筑能耗的大小有直接關系。影響建筑室內熱環境的設計因素很多，文章重點研究辦公建筑自然室溫與建筑設計因素之間的關系，在室內熱環境的約束要求下，達到建筑設計方案最優化。

1 辦公樓模型建立

1.1 北京市辦公樓模型

建立一個位于北京市三層辦公樓，每層辦公樓中間有2m寬走廊，窗為外窗，門為內門。文章中只考慮建筑室內與室外的通風。運用BIM軟件進行建模，渲染，如建筑模型，圖1。

1.2 設定參數

模擬時間選定位夏季，選取典型設計日7月4日的14：00作為時間條件，中午為一天當中室外溫度較高的時刻，使模擬結果更加明顯。人員散熱量按照辦公樓打字員活動強度，60W潛熱忽略不計。

2 正交試驗表

文章采用Dest模擬和正交試驗法來研究在自然通風條件下室內的自然室溫隨窗墻比（A 0.1、0.4、0.6）、建筑長寬比（B 1、2、3）、朝向（C南、東、西）外遮陽系數、外墻（D37-5、37-3、37-4）、屋頂（E加氣保溫、參考屋面、加氣125mm）、玻璃（F 普通玻璃、標準外窗、Low-e玻璃）、人員（G 0.05、0.10.0.15人/次）、燈光設備（H 70、80、85W）、遮陽板 （J 500mm、1000mm、1500mm）十個因素的變化趨勢，以及各因素對辦公建筑自然室溫顯著性影響，通過所得數據的對比與挑選，得出這十個要素最優搭配方案。

文中運作正交試驗方法與Dest軟件模擬相結合，選用了L27（310）型的正交表[1]，不考慮因素之間的交互作用。

對這27個方案進行數據處理，試驗結果分析。根據正交法原理，極差越大，因素對于建筑物自然室溫影響就越大，可以得出10種因素影響建筑物自然室溫的主次順序為：A→C→D→G→I→H→B→F→E→J，對建筑物自然室溫影響最大的是窗墻比，其次是朝向、外墻、人員密度、內遮陽、燈光設備、長寬比、玻璃類型、屋頂、遮陽板長度[2]。

各因素變化時自然室溫隨之改變的變化圖，如圖2，自然室溫隨窗墻比的增加而升高，在建筑設計時，應盡量選取較小的窗墻比。建筑朝向而言，南向建筑物自然室溫比東、西向要低，西向最高，所以在北京地區建筑物朝向應選擇坐北朝南。

文章以夏季自然室溫為研究對象，夏季室內自然室溫越低，室內環境就越舒適?？傻梅块g2中可選出最優搭配方案為A1B2C1D3E2F1G3H1I2

J1，其自然室溫模擬可得31.33℃，為建筑設計方案中自然室溫最低的溫度值。

3 自然室溫條件下的空調冷負荷計算

空調冷負荷是指為維持室內環境要求的溫度和濕度，單位時間內需從室內空氣中移除的熱量。在目前的空調系統設計中，由于冷負荷計算普遍偏大，造成空調冷機容量嚴重過剩，產生了驚人的浪費?？照{房間的能耗對于不同建筑和不同應用存在一定的差異，但對于固定的房間，是基本固定的。文章通過Dest模擬得出各個房間逐時的自然室溫，得到了較準確的室內逐時溫度值，通過理論分析可得出相應時刻被控房間內所需真實的冷量。文章由于房間設定人數較少，忽略潛熱。根據熱力學公式

Qs=Cpm△t （1）

式中：Qs-室內溫度由自然室溫降低到是室內空調設定溫度值所需要移除的熱量；Cp-1標準大氣壓下空氣的比熱容，查表可得2.893kJ/（kg·K）；m-房間室內空氣質量，kg，m=ρv；△t-自然室溫與室內設定空調溫度的差值，K。

文章根據實驗，選取了三個設計方案進行空調冷負荷計算，夏季空調冷負荷所得值如圖3所示。

從圖3可以看出，在這三種方案中，自然室溫最小的方案計算得出空調冷負荷也最小，自然室溫最大的方案得出的空調冷負荷最大。最優的方案所選的設計因素為最小窗墻比、長寬比為2、朝南、外墻37-4、參考屋頂、普通玻璃、人員密度0.15、燈光設備最小、窗簾遮陽系數0.6W/（m2·℃）、外遮陽板500mm。

5 結束語

文章研究了建筑的自然室溫與10個建筑設計因素之間的關系， 通過改變各個因素的水平，得到了不同水平下的計算方案，由Dest模擬生成所選方案的夏季逐時自然室溫，以及逐時自然室溫所對應的夏季空調設計冷負荷。并且利用正交實驗法確定了10個因素對室內自然室溫影響的主次順序，并且可以找到自然室溫的10個影響因素的最佳搭配水平和最差搭配水平；通過Dest模擬獲得自然室溫隨各個因素三水平的變化曲線，更直觀的指導設計師選取結構材料。通過方案之間的對比可看出當夏季冷負荷為最小值時，夏季的自然室溫同樣也達到了最小。

參考文獻

[1]趙選民.實驗設計方法[M].北京：北京科技出版社社，2006.

[2]張偉捷，吳金順.基于正交實驗法的建筑冷負荷影響因素分析[J]. 暖通空調，2006，36（11）：77-80.