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基于自然通风的教育建筑空间形态设计思考

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
  • 点击次数:1
  • 论文字数:63653
  • 论文编号:el2022020220595327769
  • 日期:2022-02-02
  • 来源:上海论文网

建筑学论文哪里有?本文主要通过研究国内外自然通风指导建筑空间形态设计的相关理论、著作、事件及实践等,分类梳理了不同类型建筑的相关发展脉络。就国内而言,自然通风指导建筑空间设计发展较晚,且相关研究多集中在南方湿热地区,对于北方高校教育建筑相关研究很少,同时随着气候的变化,北方夏季炎热期温度也在升高,有必要对北方高校教育建筑进行相关研究。


第一章 绪论


1.3.1 国外研究现状

在建筑自然通风方面,东南亚、北美洲南部、南美洲北部等地区的国家针对当地建筑自然通风的特点,并且侧重使用者主观评价,提出了富有成效的策略和探索。如何将自然通风的潜力最优化最大化,学者们正进行着如火如荼的探索。在上世界末的PASCOOL(被动冷却)研究组,对建筑设计中涉及到的单侧通风、对流通风以及夜间通风等都进行了基于大量实验的详细分析,对建筑自然通风设计方面做出了不小的贡献[6]。

除此之外,Smith Peter在他的著作中阐述了在不同气候区环境下应用相应的设计策略以改善建筑的通风条件[15]。Cardinal针对一座意大利传统建筑中利用自然通风措施到达了节能的目的[16]。Donald描述了建筑应对不同气候条件的节能原理,以及具体实践工作中的案例[17]。

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第三章 基于自然通风的建筑空间形态设计类型定性研究


3.1 天井空间

建筑内部空间组织模式不同,气流路径不同,对风压作用和热压作用的利用程度不同,导致室内风环境不同,人体舒适度也会不同。因此,气候因素中自然通风是建筑空间形态设计中不可忽略的重要因素。自然通风对建筑空间形态的影响可以从定性分析和定量分析两方面进行研究。基于第二章的理论分析研究,本章将国内外典型案例分为天井空间、竖井空间、中庭空间、错层空间、地下腔体空间五种空间类型,并从定性分析的角度分别研究建筑中如何利用不同空间进行自然通风,同时总结相关设计原则,为下文进一步定量研究及策略总结做理论指导。

宁波诺丁汉大学可持续能源技术研究中心(CSET),综合了世界先进绿色建筑技术、建筑节能设计理念、可再生资源的利用,最大程度地减少了对能源的需求,整个大楼对能源基本达到自己自足的状态[34],是中国首座零碳建筑。大楼充分利用了太阳能、风能、地源热泵、雨水等资源,实现了在照明、电力、制冷、供暖等方面100%的能源供给。此处案例介绍仅针对建筑自然通风系统进行分析,深度了解其空间形态与自然通风如何耦合。

建筑自然通风系统而言,主要有两点值得关注,一是建筑双层立面设计,二是建筑内部天井、天窗设计建筑立面只有南向大面积开窗,且墙面自下而上向内倾斜,与夏季和冬季太阳高度角有关。在夏季,南向立面根据太阳高度角的倾斜,避免太阳光直射而造成室内过热;冬季,太阳高度角较低,南面完全受到太阳直射,加热内部空气,减少建筑采暖需求。室内热环境直接影响室内空气循环状态,双层立面在夏季起到隔热作用,冬季起到保温作用,大楼南向双层玻璃与中间的采光井之间形成压力差,促进室内空气流动。


第五章 基于自然通风的教育建筑空间形态设计策略研究


5.1 教育建筑室外风环境设计策略

影响建筑自然通风的外部设计因素主要包括建筑周边环境、建筑形体设计、朝向设计及建筑间距设计,这些因素直接影响建筑周边风环境,从而间接影响建筑室内风环境,因此,我们从这四个方面来研究自然通风影响教育建筑空间形态的设计策略。

5.1.1 调节室外微气候

建筑周边环境即建筑微气候的营造,主要指植被及水体设计。通过合理设计建筑周边环境,可以改善建筑周边空气湿度、空气温度等气候因素,从而影响建筑周边风环境温度。通过分析建筑性质及功能需求等,结合周边环境条件,合理种植树木,可起到防风、导风作用,同时改善城市热岛效应;部分建筑周边设计水体,对于北方教育建筑而言,夏季炎热期可有效改善空气干燥的现状,冬季将水池抽干防止结冰。

(1) 合理种植树木

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5.2 教育建筑室内空间设计策略

教育建筑内部空间设计是自然通风影响建筑空间形态中最重要的部分,不同性质、不同功能的教育建筑其空间尺度不同,直接影响建筑平面组织模式,室内气流路径发生变化,自然通风效果就会受到影响。综合考虑教育建筑中各种机制的通风手段,建筑内部空间组织模式的设计是核心部分,只有各空间实现贯通,才能使室内自然通风环境良好。因此,本节从减小建筑平面进深尺寸、增加平面贯通空间,以及充分利用通高空间促进热压通风三个方面来总结教育建筑空间形态设计策略。

5.2.1 平面进深尺寸设计

教育建筑要提高自然通风效率,最有效的方式是利用穿堂风,而穿堂风受建筑进深的影响,建筑进深越小越容易形成穿堂风。研究表明,建筑进深在14m以内利于形成穿堂风,建筑进深应控制在建筑层高的5倍以内[72]。因此,在房间面积一定时,教育建筑方案设计应尽量控制建筑平面进深尺寸在一定范围内,利用穿堂风提高室内自然通风效率。

5.2.2 平面贯通空间设计

贯通空间是建筑室内气流路径的最佳通道,利于形成穿堂风,因此,如何创造良好的通风路径是教育建筑平面设计中首先要考虑的问题。

常见的教育建筑平面布局有很多种,如单廊式 、单廊扩宽式、内廊式、内廊扩宽式、中庭式、天井式、边庭式、厅廊结合式、单元式、开放式等(图5-15)。不同形式的平面组织模式,其自然通风效果不同,室内横墙阻隔越少,空间越贯通,自然通风效果越好。例如单廊式空间和内廊式空间相比,通风效果要好,主要原因是单廊式建筑空间都处于迎风面,室内空间最大程度地接收了新风量,而内廊式建筑迎风面风环境较为良好,背风面建筑风环境较差,因为迎风面和背风面空间之间有走廊的两面墙阻隔气流路径。


第七章 结语


7.1 主要工作

本文主要通过研究国内外自然通风指导建筑空间形态设计的相关理论、著作、事件及实践等,分类梳理了不同类型建筑的相关发展脉络。就国内而言,自然通风指导建筑空间设计发展较晚,且相关研究多集中在南方湿热地区,对于北方高校教育建筑相关研究很少,同时随着气候的变化,北方夏季炎热期温度也在升高,有必要对北方高校教育建筑进行相关研究。因此,结合自然通风的相关原理,本文首先对国内外典型案例进行分析,提炼出相关普适性设计原则;在此基础上,从空间设计的角度出发,结合软件模拟,对实践项目内蒙古工业大学建筑学院三期实验楼的空间组织模式进行剖析研究,得出适宜呼和浩特地区的地域性空间设计原则;进一步地,本文探究了严寒地区相关设计策略并应用与具体设计,以内蒙古工业大学研究生公寓改造教学楼为研究对象,进行空间组织模式指导自然通风的设计研究,利用软件模拟对比分析了该空间在满足建筑设计基本要求的情况下,如何充分利用自然通风进行优化设计。通过研究发现不同的空间组织模式对室内自然通风环境有着不同的影响,同时说明优化空间策略对于方案自然通风的有效性。本文具体结论如下:

首先,本文分别从自然通风的形成原理,影响因素,评价指标,空间形态等方面介绍了自然通风影响建筑空间形态的相关理论。分析并总结了国内外自然通风指导建筑形态设计的经典案例,例如干城章嘉公寓、清华大学学生活动中心改造项目、山东交通学院图书馆等,说明了现实中建筑不同空间组织模式下自然通风的有效性。并从自然通风的原理出发,从建筑室外风环境和建筑室内风环境两方面总结了利于建筑室内自然通风的被动式设计原则。与此同时,我们发现针对北方高校教学建筑,自然通风的相关设计较少,随着绿色建筑设计的倡导和气候的不断变化,有必要研究北方地区夏季炎热期高校教学建筑自然通风的空间组织模式。

本文第四章以内蒙古工业大学建筑学院三期实验楼为实际案例进行分析,利用国际上主流的建筑通风模拟软件fluent airpak3.0模拟了该实验楼在夏季炎热期不同空间组织模式下的通风环境,结合风速云图和风速矢量图进行分析,并利用房间内换气次数作为通风评价指标。模拟结果表明,南北通透空间要优于东西通透空间;在南北通透的基础上,中庭设计、增设烟囱、室内错层等策略可以改善建筑内部的自然通风状态。最后,通过整合以上空间组织策略,得到了最优方案,综合模拟结果最为有效,建筑设计达到了源头减量的实际目的。结合地域实地项目,总结了适宜呼市地区建筑自然通风的被动式设计原则。

参考文献(略)

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