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基于天然采光的生成优化设计技术与方法研究

基于天然采光的生成优化设计技术与方法研究

作者：张楠南京大学

学位级别：硕士

随着可持续发展理念的深入人心及计算机辅助设计领域的技术推动,由计算机建模软件与建筑性能模拟软件联动形成的基于生态性能的建筑设计愈发受到建筑师的关注。建筑的生态性能对塑造建筑空间、节约能耗及提高建筑舒适度都有着重要意义,... 详细信息

随着可持续发展理念的深入人心及计算机辅助设计领域的技术推动,由计算机建模软件与建筑性能模拟软件联动形成的基于生态性能的建筑设计愈发受到建筑师的关注。建筑的生态性能对塑造建筑空间、节约能耗及提高建筑舒适度都有着重要意义,其中,对建筑空间品质有较大影响的天然采光,已成为建筑师愈加关注的可持续设计策略之一。研究表明,良好的天然采光设计可以大量减少建筑的照明能耗及空调能耗,尤其是对办公建筑这一数量庞大的建筑种类,其节能潜力巨大。以何种方式将天然采光更好的引入大体量、大进深的办公建筑内部,从而改善使用空间的舒适度并节约能耗这一问题,备受建筑师的关注。决定办公建筑体形的因素,或来自对基地形状、内部空间、建筑性能及某种寓意的考虑。通过建筑的形态设计来达到提高建筑生态性能的目的是一种重要的设计方法,建筑的形体决定其围合表皮与外界环境的接触面积,通过合理组织建筑的平剖面、改变其形态便可以起到改善建筑采光性能、提高空间舒适度的作用。如何在妥善处理建筑各个关系的基础上,以建筑形态变化的方式向建筑内部引入数量适当的自然光线是本文需要研究的课题。本论文以向多层办公建筑中嵌入内庭院的方式改善建筑的室内天然采光情况为主要内容,以平剖面协同设计作为研究方法,探讨建筑形体、庭院形态变化对建筑天然采光的影响趋势,并结合参数化设计方法、天然采光分析评价方法及智能优化软件进行研究。文章以Rhino平台下的Grasshopper插件为参数化设计平台,以GH中的DIVA插件为天然采光性能模拟平台,通过生形、模拟、优化三个步骤得到该设计方法下的利于天然采光的建筑形体。基于以上方面的分析研究,以建筑生成设计理论为基础的建筑设计方法,为建筑室内的天然采光提供了新的设计方向。这种方法有效结合建筑生成设计与计算机软件平台,为建筑师在方案设计初期能将采光因素统筹进去提供方便有效的方法,避免“后期找补”式的建筑采光设计,对将天然采光优化原则作为方案生成及选择的重要标准的设计方法做出探究。该论文缘起于南京大学建筑与城市规划学院启动的国家自然科学基金项目(E080101),为“基于生态性能的建筑方案设计生成系统研究”课题框架下关于天然采光研究的一部分,旨在探讨基于Rhino及Grasshopper参数化设计平台,以天然采光为约束条件的建筑生成设计及优化方法。

关键词：天然采光多层办公建筑内庭院建筑形体生成采光模拟自动优化 Grasshopper DIVA

北京地区高校单侧窗矩形平面教室采光设计优化研究

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北京地区高校单侧窗矩形平面教室采光设计优化研究

作者：徐畅泽河北工程大学

学位级别：硕士

如今随着教室中人工照明技术的过度介入,教室的进深被设计得越来越大,造成进深深处的天然光常常不足,对使用者的视力等生理健康及心理健康都带来了消极影响。同时过度依赖人工照明也加大了教室的运行能耗。高校普通单侧窗教室以内廊式... 详细信息

如今随着教室中人工照明技术的过度介入,教室的进深被设计得越来越大,造成进深深处的天然光常常不足,对使用者的视力等生理健康及心理健康都带来了消极影响。同时过度依赖人工照明也加大了教室的运行能耗。高校普通单侧窗教室以内廊式单侧采光为较常见的布局形式,教室内采光较差的地方一般位于进深深处远离采光窗的位置。如何提高该位置的采光水平成为提升单侧采光窗教室整体采光效果的关键,在经过对多种改善性措施模拟分析后作者提出采用弧形反光板可以作为采光优化的一种途径。本论文的主要研究内容如下:1、通过对北京地区多间高校教室的实地调查,分析出该地区单侧窗矩形平面教室在天然光采光上的一般现状,并将这些教室空间的主要建筑参数与现行国家标准和规范进行核对,找到现存采光不足背后可能的原因并提出改进建议。2、通过建立教室空间的建筑模型,分别预设了常见的采光改善措施,即增加层高、改变顶棚倾斜度、加建遮阳板（兼反光作用）,还预设了作者设计的弧形反光板。之后借助光环境模拟软件对这四种采光改善措施进行模拟和深入分析,并对各种措施带来的采光影响进行多个评价指标的评价和规律的总结。经过模拟分析与比较研究,最终得出加装弧形反光板在晴天、阴天和多云天均能在一定程度上改善室内采光水平这一结论。3、将弧形反光板运用到对部分调研教室的采光设计优化上,即光环境改造上。在掌握原教室空间和结构的基础上建立原教室模型,并加装弧形反光板,通过加装前后的采光模拟和比较研究,进一步验证该采光优化措施的有效性。

关键词：单侧窗教室天然光弧形反光板采光模拟

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基于建筑光环境的绿色照明设计方法

建筑电气 2018年第5期37卷 112-117页

作者：孙玲王东林董维华天津市建筑设计院智慧建筑设计与运营维护管控一体化工程技术中心天津市300074

分析建筑照明设计现状及控制的不足,介绍基于建筑光环境的绿色照明设计方法,通过采光模拟和照度模拟分析,获得优化灯具布置和照明控制策略,实现照明设计中绿色节能的目标,最后以天津中新生态城公屋展示中心项目为例进行验证。

关键词：采光模拟采光系数照度模拟照明控制策略绿色照明照明功率密度导光筒建筑光环境分析

夏热冬暖地区中小型铁路客站候车厅自然采光优化设计——以海口某高铁站为例

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建筑节能（中英文） 2023年第7期51卷 1-7页

作者：范征宇徐若娈刘加平西安建筑科技大学西部绿色建筑国家重点实验室西安710055 西安建筑科技大学建筑学院西安710055

中小型铁路客站作为建设需求日益增长的典型交通建筑,因其空间体量大、人流密集且运营持续时间长,故而照明能耗高;夏热冬暖地区因太阳辐射强度高而具备较高的建筑遮阳需求,与自然采光利用常形成矛盾。为改善中小型铁路客站这一体量代表... 详细信息

中小型铁路客站作为建设需求日益增长的典型交通建筑,因其空间体量大、人流密集且运营持续时间长,故而照明能耗高;夏热冬暖地区因太阳辐射强度高而具备较高的建筑遮阳需求,与自然采光利用常形成矛盾。为改善中小型铁路客站这一体量代表的典型公共建筑在夏热冬暖地区的自然采光问题,验证常见设计策略的采光优化实效,选取海口市某高铁车站典型案例开展物理实测,并通过基于Rhino平台的Ladybug+Honeybee插件完成了静态与动态光环境数值模拟。结果表明:测试客站自然采光水平总体偏低且采光不均严重,通高空间的引入对改善平面内部的采光状况有一定作用。针对该气候区南北线侧式中小型铁路客站,相同窗地比下,较小单一纵向和矩阵型天窗的引入均可显著提升其全年自然采光水平;相较于集中式和单一纵向天窗的不利影响,较小的矩阵型天窗即可显著提升室内自然采光均匀度。挑檐设置虽对采光均匀度无太大助益,但应尤其避免在西侧设置过大的挑檐深度,以保证其全年自然采光水平。基于如上结论提出了适宜夏热冬暖地区南北线侧式中小型铁路客站的针对性自然采光优化设计策略,研究可为其设计决策提供有效的科学依据。

关键词：中小型铁路客站自然采光采光模拟

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办公空间综合节能研究

照明工程学报 2019年第6期30卷 145-150页

作者：邴赫亮同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司

自然采光给人们带来了良好的光环境并可以有效地降低照明能耗。采光设计在影响光环境的同时还影响着空间的热环境,进而影响着暖通负荷的能耗。本文针对办公空间,通过对多种不同采光形式进行分析和模拟,计算不同采光设计下对于照明能耗... 详细信息

自然采光给人们带来了良好的光环境并可以有效地降低照明能耗。采光设计在影响光环境的同时还影响着空间的热环境,进而影响着暖通负荷的能耗。本文针对办公空间,通过对多种不同采光形式进行分析和模拟,计算不同采光设计下对于照明能耗与暖通能耗的影响,并对结果进行总结分析,以获得综合情况下最节能的采光形式。

关键词：采光设计采光模拟暖通能耗能耗模拟能耗分析

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基于BIM的绿色建筑室内采光分析方法研究

绿色建筑 2016年第5期8卷 21-26页

作者：章健陈易江苏省镇江绿建工程咨询有限公司江苏镇江212004

建筑物的采光一直是建筑设计中的重要环节。随着我国绿色建筑评价工作的逐步推进,绿色建筑采光系数的模拟成为绿色建筑评价中的关键之一。在传统模拟方法仍然被广泛使用的背景下,将BIM技术与绿色建筑采光模拟分析相结合,能充分发挥BIM... 详细信息

建筑物的采光一直是建筑设计中的重要环节。随着我国绿色建筑评价工作的逐步推进,绿色建筑采光系数的模拟成为绿色建筑评价中的关键之一。在传统模拟方法仍然被广泛使用的背景下,将BIM技术与绿色建筑采光模拟分析相结合,能充分发挥BIM模型的信息化优势,方便设计师对建筑方案进行比选。

关键词： BIM 绿色建筑采光模拟多方案比较分析

江南园林厅堂开窗的天然采光性能研究以两面山墙式为例

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室内设计与装修 2022年第10期 118-119页

作者：赵聪聪贺风春李畅苏州科技大学建筑与城市规划学院苏州215011 苏州园林设计院有限公司苏州215002

本文以江南园林两面山墙式厅堂为研究对象。基于采光软件模拟和文献分析,归纳出12种由全窗、半窗、高窗、侧窗作为采光口组合而成的厅堂形制特征,比较这些形制的天然采光性能,如全年平均照度、可用光照度和采光均匀度等,并分析朝向、窗... 详细信息

本文以江南园林两面山墙式厅堂为研究对象。基于采光软件模拟和文献分析,归纳出12种由全窗、半窗、高窗、侧窗作为采光口组合而成的厅堂形制特征,比较这些形制的天然采光性能,如全年平均照度、可用光照度和采光均匀度等,并分析朝向、窗型、窗地面积比等影响厅堂采光的开窗因素。研究揭示了江南园林厅堂“光而不耀”的天然光环境特征及主要影响因子,为古典园林厅堂的天然光环境营造提供了光学依据和参考准则。

关键词：江南园林天然采光性能采光模拟厅堂开窗

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老年建筑的采光和节能优化

城市建筑 2015年第5期12卷 159-160页

作者：潘莉方圆中元国际(上海)工程设计研究院有限公司美国北卡罗来纳州立大学

本文了解老年建筑的能耗特点和适合老年人的物理环境，通过模拟的方法对比并优化设计方案，寻找能耗和采光表现均衡的老年建筑设计，体现了老年建筑绿色设计理念。

关键词：老年建筑采光模拟能耗模拟节能

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工业建筑平天窗采光优化设计

科学咨询(科技·管理) 2011年第4期 58-59页

作者：王宁严永红重庆大学建筑城规学院

针对目前重庆地区工业厂房平天窗采光存在的问题,采用能耗模拟软件eQuest为工具计算分析了不同天窗窗地比(Ac/Ad)条件下的供冷能耗、照明能耗及建筑总能耗的变化规律,探究Ac/Ad对于各能耗的最佳平衡点,然后利用采光模拟软件Radiance对... 详细信息

针对目前重庆地区工业厂房平天窗采光存在的问题,采用能耗模拟软件eQuest为工具计算分析了不同天窗窗地比(Ac/Ad)条件下的供冷能耗、照明能耗及建筑总能耗的变化规律,探究Ac/Ad对于各能耗的最佳平衡点,然后利用采光模拟软件Radiance对原有和改进方案进行采光模拟对比,从而提出了一种优化采光设计的方法。

关键词：平天窗天然采光采光模拟能耗模拟