基于窗墙比的图书馆建筑中庭光舒适及能耗的多目标优化

作     者：冯馨怡 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谈宏莹

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：图书馆中庭 窗墙比 光舒适度 能耗 多目标优化 

摘      要：目前公共图书馆中庭设置学习区和阅览区的做法已非常普遍。寒冷地区公共图书馆夏季供冷和冬季采暖通常采用机械通风与空调系统,运行能耗高。建筑中庭窗墙比普遍偏大,窗户或玻璃幕墙热工性能较差,进一步增加建筑能耗,同时导致中庭空间光舒适性下降。因此中庭的窗墙比设计是保证中庭区域光舒适性的重点,也是被动建筑优化设计的关键。本文以实现光舒适性与节能的多目标优化为目的,对寒冷地区公共图书馆中庭窗墙比对光舒适性和能耗的影响进行了研究。1)以寒冷地区不同类型公共图书馆中庭为研究对象,以中庭窗墙比为参数变量,运用基于参数化平台Rhinoceros&Grasshopper的建筑性能模拟插件Ladybug与Honeybee,搭建全年动态采光模拟与全年能耗模拟电池组,建立多目标优化模型。2)以全自然采光百分比DA、空间自然采光百分比s DA、有效自然采光UDI、照度均匀度、日光眩光概率DGP等光舒适指标与制冷能耗、制热能耗、照明能耗等能耗指标建立多目标评价体系,进行全年动态采光模拟与全年能耗模拟。3)利用模型探讨贯通型四向中庭和非贯通型三向中庭在不同朝向、不同窗墙比条件下光环境及能耗的变化趋势,进行窗墙比的寻优,得到寒冷地区公共图书馆建筑非贯通型三向中庭与贯通型四向中庭不同朝向的适宜窗墙比:非贯通型三向中庭为北向60%左右、西向45%左右、南向50%左右、东向60%左右;贯通型四向中庭中心集中式天窗窗地比为30%左右、均匀分散式35%左右。利用多目标优化运算器Octopus探究贯通型双向、三向中庭及非贯通型双向中庭等存在多面透光型围护结构中庭窗墙比的最优解池。4)综合模拟数据,对实际案例进行光环境测试和问卷调查。将模拟结果与实测结果对比,发现本模型可以对寒冷地区公共图书馆中庭建筑的光舒适性和能源消耗提供参考,并可以指导被动式节能建筑的设计与优化。