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节能导向下高校图书馆阅览空间气候适应性设计探讨——以呼和浩特地区为例

日期:2024年06月20日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:56
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202406041518044805 论文字数:85622 所属栏目:建筑学论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇建筑学论文,本文以呼和浩特地区高校图书馆阅览空间为研究对象,首先通过相关理论分析得出建筑气候适应性设计与能耗之间的关系;其次从建筑与气候关系的角度出发得出建筑空间的能耗影响因素;之后在对上述影响因素进行实地调研与归纳整理的基础上建立呼和浩特地区高校图书馆阅览空间的典型模型,并通过软件模拟、数据分析探究各设计因素与能耗之间的影响规律;最后对典型案例进行优化设计,通过对比分析以验证所得规律的正确性。

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1高校能源消耗巨大

社会的发展离不开能源消耗。工业革命之后科学技术快速进步,人类的欲望也随之不断膨胀,地球的自然资源被大量开采,加之环境保护意识的缺失,能源危机、生态失衡、环境污染等问题层出不穷,全球的可持续发展受到严重威胁。如今,这一问题已成为当今世界各行各业面临的重大课题,建筑行业亦是如此,建筑的节能减排、绿色发展已成为业界学者的普遍共识[1]。

根据2022年中国建筑能耗研究报告数据显示,我国建筑行业的能源消耗占社会总能耗的32%,并且随着城镇化进程的不断深入,建筑能耗将会因建设量的不断增加而升高。如今,我国公共建筑在用能强度以及用能总量方面已成为我国民用建筑中能耗水平最高的类别。2020年公共建筑单位面积能耗为24.7kgce/m2,总能耗为3.46亿kgce,占我国建筑总能耗的33%。而其中医院、学校、交通枢纽等公共服务类建筑与发达国家相较尚存在较大的发展空间,将成为未来主要增长的公共建筑类型[2]。

高等教育作为培养和输送人才的重要渠道,肩负着教书育人等多重社会责任,一直是教育系统中发展最快的部分。90年代,我国高等教育进入高速发展时期,多校合并使得校园规模不断扩大;2000年之后各大高校由于学生数量的猛增开始建设新园区。当前我国绝大部分高校校园的占地面积相当于一个社区,再加上使用人员密集、用能方式多样,已成为社会能源的消费大户。

1.2研究对象与内容

1.2.1研究对象

(1)高校图书馆阅览空间

随着高校图书馆的发展,阅览功能逐渐外溢,形成多种蕴含阅览功能的空间,包括研讨间的私密阅览区、公共空间内的共享阅览区等,以及传统的可容纳大量人群进行自习的阅览空间。由于传统阅览空间能够实现与信息资源的静默对话,依然是当今广大师生需求量最大的阅览空间类型。于是,该类型空间面积占比大且物理环境要求高,尤其是集中大量此类阅览空间的校级图书馆中,能耗问题也就更为突出。因此本文所研究的高校阅览空间为校级图书馆中的传统阅览空间。

(2)建筑能耗

广义上的建筑能耗包括建筑运行时各种设备的能源消耗、生产建材时的能源消耗以及其他建筑服务过程中的能源消耗。相对广义而言,一般业界常说的建筑能耗指的是建筑投入使用后在实际运行时各种设备消耗的能源,即建筑运行能耗。主要包括采暖能耗、制冷能耗、照明能耗、电器能耗等。

呼和浩特地区作为严寒地区,每年采暖季占据6个月的时间,因此总整体来看,该地区建筑的采暖能耗较空调能耗突出得多;另外经实地调研,呼和浩特地区高校内的校级图书馆在每年7月中旬至8月末的暑期处于闭馆状态,制冷时间极为短暂(1至2周的时间),因此本着解决首要矛盾的原则,本文所研究的建筑能耗类型指的是建筑采暖能耗。

第二章节能导向下建筑空间气候适应性设计相关研究

2.1建筑气候适应性设计相关研究

2.1.1建筑气候控制原理

适应气候是建筑与生俱来的功能属性,是人类在人体表面和衣物之外的第三层皮肤,以满足人类的生存生产生活需求。在建筑领域中,气候的主要研究对象是建筑内外特定范围内的气候因素特性,也就是常说的室外气候和室内气候[71]。现实中,室外气候与室内舒适气候都会存在着或热或冷的差异,而气候控制就是在明确二者之间偏差程度的基础上采用相应的调控手段来缩小这种差异的过程,以满足人们对室内物理环境的基本要求,其控制原理如式(2-1)所示。

室外实际气候条件室内热舒适气候标准需要的建筑气候调控(2-1)

建筑气候控制手段有2种,分别是被动式方法和主动式方法。前者通过建筑本身调节,是传统的建筑气候控制方法,被称为建筑气候适应性设计;后者通过机械设备调节,是随着人类意识水平和科学技术发展而产生的一种新型建筑气候控制方法。于是建筑气候控制原理可进一步表示为式(2-2)所示。

建筑需要的气候控制建筑的被动式调控设备的主动式调控[13](2-2)

二者的区别在于调控气候的潜能大小以及是否需要消耗能源。图2-1表示了建筑气候调控原理,横轴代表时间周期;纵轴代表室内外气候环境;3条曲线分别为室外气候条件的波动范围、建筑被动式调控过程、设备主动式调控过程。对比2种调控手段,可以发现建筑设计手段可以大幅缩小气候的波动范围;而与机械设备手段相比,差距不大,基本能够接近人体热舒适的波动区间。

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2.2建筑空间能耗影响因素相关研究

如上文建筑气候控制原理所述,建筑采暖能耗源于对室内热环境的补充调控。其大小在很大程度上取决于气候适应性设计策略的好坏。为了更加直观地建立气候适应性设计与空间采暖能耗的关系,下文将深入探讨影响空间能耗的因素,判断依据是能否影响室内外气候环境之间的热量传递过程,包括传导、对流、辐射。

2.2.1气候环境因素

(1)室外自然气候环境我国幅员辽阔、纬度与海拔高度的范围跨度大且地形复杂,各地区的气候差异很大。从北至南随着纬度的变化依次有寒温带、暖温带、亚热带、热带气候;从西至东随着距离海洋的远近变化依次有干旱、半干旱、半湿润、湿润气候;更有青藏高原地区的高寒气候等。

建筑领域为了让建筑可以充分地适应和利用当地气候因素,出台了相关的建筑气候划分标准,包括《建筑气候区划标准》与《民用建筑热工设计规范》。从建筑的角度区分了我国不同地区的气候条件,并明确了各气候区域内建筑设计的基本要求。

《建筑气候区划标准》(GB50178-93)采用主导因素和综合分析相结合的方法将我国建筑气候划分为两个级别(图2-7)。其中7个一级区之间以1月和7月的相对湿度以及平均气温为主要划分指标;以每日年平均气温≤5℃和≥25℃的日数和年降水量为辅助指标进行划分。11个二级区之间是在一级区划的基础上选取能反映该区建筑气候差异性的气象参数为指标做进一步的划分[79]。呼和浩特地区属于ⅠD区,二级区划的划分标准为冻土性质。

第三章 呼和浩特高校图书馆阅览空间现状特征研究 ........................ 37

3.1 调研方案概述 ............................ 37

3.1.1 调研对象选取与分析 .................... 38

3.1.2 调研内容与方法概述 ........................ 41

第四章 阅览空间气候适应性设计因素能耗模拟与影响规律研究 .... 63

4.1 能耗模拟实验概述 ........................... 63

4.1.1 实验模型建立 ............................... 63

4.1.2 模拟参数设定 ................................ 66

第五章 阅览空间气候适应性优化设计及规律验证 ............................ 92

5.1 内蒙古工业大学新城校区图书馆概况 .................. 92

5.2 阅览空间能耗现状分析............................ 93

第五章阅览空间气候适应性优化设计及规律验证

5.1内蒙古工业大学新城校区图书馆概况


内蒙古工业大学新城校区位于内蒙古自治区呼和浩特市新城区哲里木路与爱民街之间交叉路口的东北方向。图书馆位于校园南北轴线的西侧,场地内布置有桃树林与景观凉亭,环境宜人。建筑整体呈现为放射状布局,分为甲、乙、丙三个建筑体块,总高5层;建筑主入口处布置了朝向东南方向的大楼梯,楼前有小型的入口广场,面向校园的核心交通路口。该建筑始建于1994年,在2013年前后进行了内部空间改造,总建筑面积约8800㎡;建筑内阅览空间分布在3至5层,共有7个阅览空间;其他功能空间包括报告厅、培训室、书库及相应的办公区域等,是工业大学师生的第二课堂与交往中心。

建筑学论文参考


结论与展望

当前,我国大部分高校已成为社会能源的消费大户。图书馆作为校园中最重要的大型公共建筑,能耗问题不容小觑。另外,随着教育理念与学习方式的不断更迭,图书馆建筑中体量最大、使用率最高的阅览空间正处于大规模化、多样化、复合化的变革阶段,使得其能耗呈现出大幅增长的态势。

本文以呼和浩特地区高校图书馆阅览空间为研究对象,首先通过相关理论分析得出建筑气候适应性设计与能耗之间的关系;其次从建筑与气候关系的角度出发得出建筑空间的能耗影响因素;之后在对上述影响因素进行实地调研与归纳整理的基础上建立呼和浩特地区高校图书馆阅览空间的典型模型,并通过软件模拟、数据分析探究各设计因素与能耗之间的影响规律;最后对典型案例进行优化设计,通过对比分析以验证所得规律的正确性。

本研究取得的结论与成果主要有:

(1)补充了气候适应性设计的相关研究内容

当前运用气候适应性设计方法降低建筑能耗问题逐渐成为业内共识,不同的气候环境与不同的建筑空间类型有着不同的气候适应性设计策略。本文以呼和浩特地区的气候环境为背景,探讨了当地高校图书馆阅览空间的冬季采暖能耗问题,是对气候适应性设计理论的运用,也是对气候适应性设计相关研究的补充。

(2)得到了呼和浩特地区高校图书馆阅览空间气候适应性设计因素与能耗的影响规律

各设计因素的影响程度由大到小排序为:空间朝向、空间高度、空间宽度、南向窗墙比、北向窗墙比、空间长度,而东西向的窗墙比对于能耗影响很小