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基于多目标优化的天津地区阶梯教室采光环境设计研究

基于多目标优化的天津地区阶梯教室采光环境设计研究

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作者：吴传德天津大学

学位级别：硕士

阶梯教室具有“开间进深长、使用面积大”的特点,可以满足更多课堂的需求,但是阶梯教室存在“眩光严重”“阳光直射”“视觉舒适度差”“缺乏光环境研究基础和设计指导”等问题。对教室进行合理的采光设计以充分利用天然光不仅可以促进... 详细信息

阶梯教室具有“开间进深长、使用面积大”的特点,可以满足更多课堂的需求,但是阶梯教室存在“眩光严重”“阳光直射”“视觉舒适度差”“缺乏光环境研究基础和设计指导”等问题。对教室进行合理的采光设计以充分利用天然光不仅可以促进学生的视觉效应和非视觉效应,还可有效降低人工照明的能耗。随着与采光评价参数指标相关的建筑性能设计方法和技术得到了进一步发展,基于软件模拟和优化算法在建筑物理环境领域得到了充分的发展,本文以阶梯教室为研究对象,以天然采光为研究方向进行了多目标优化设计研究。本文主要工作有以下几方面:1.将教室依据“分规模-分区化-分模式”进行研究,将阶梯教室按照使用人数分为小型阶梯教室、中型阶梯教室和大型阶梯教室三类,将阶梯教室构成分为座椅区、黑板区、多媒体区和授课区四个区域,并依据学生的行为划分为自习模式、黑板授课模式和投影幕授课三种模式。研究以国内静态指标为约束条件,选用采光量DA、UDI,阳光直射指标ASE和全年眩光指标DGPexceed作为评价指标。2.依托Grasshopper为实验编程平台生成阶梯教室的基础模型(分为单侧采光小型、中型阶梯教室和双侧采光大型阶梯教室),调用Ladybug&Honeybee模拟模块进行采光性能模拟,利用Octopus多目标模块进行多目标优化模拟,通过灵敏度分析设计实验获得模拟平台中各个关键参数的取值范围,通过准确性验证和平台预实验构建了多目标优化实验的平台和基础模型。3.基于多目标优化结果pareto解集提出了基于不同行为模式下的设计变量取值和取值范围,以此基础提出了满足LEED(US)标准和BPSP(UK)标准的指标、国内静态指标和眩光DGPexceed指标综合优化设计策略。通过以上工作,研究了上述采光模拟平台和多目标优化的运行流程,提出了在设计过程中参数化模拟计算的关键方法和适用策略。本文的研究成果旨在为学校阶梯教室设计理论研究提供一定的参考作用,对提升阶梯教室的室内光环境具有一定的理论指导意义。

关键词：阶梯教室评价指标采光影响因子多目标优化

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