办公建筑自然室温影响因素的研究

摘 要：为了研究办公建筑设计因素对室内自然室温的影响，文章在BIM平台上通过Dest软件模拟自然室温，考虑10个建筑设计因素，运用正交试验法，找出办公建筑自然室温随各建筑设计因素的变化趋势，通过多种方案的对比，以及设计方案空调冷负荷对比，得出办公建筑自然室温参数最优的建筑设计方案。

关键词：建筑设计；办公建筑；建筑热环境模拟；自然室温；正交实验法

随着经济的快速发展，我国工业、农业、建筑业、信息业也都快速发展。能源的发展，如何处理能源与环境的关系，是世界和人类所关注的重要问题。建筑室内环境参数不仅对人的热舒适性的感受产生影响，而且与建筑能耗的大小有直接关系。影响建筑室内热环境的设计因素很多，文章重点研究办公建筑自然室温与建筑设计因素之间的关系，在室内热环境的约束要求下，达到建筑设计方案最优化。

1 办公楼模型建立

1.1 北京市办公楼模型

建立一个位于北京市三层办公楼，每层办公楼中间有2m宽走廊，窗为外窗，门为内门。文章中只考虑建筑室内与室外的通风。运用BIM软件进行建模，渲染，如建筑模型，图1。

1.2 设定参数

模拟时间选定位夏季，选取典型设计日7月4日的14：00作为时间条件，中午为一天当中室外温度较高的时刻，使模拟结果更加明显。人员散热量按照办公楼打字员活动强度，60W潜热忽略不计。

2 正交试验表

文章采用Dest模拟和正交试验法来研究在自然通风条件下室内的自然室温随窗墙比（A 0.1、0.4、0.6）、建筑长宽比（B 1、2、3）、朝向（C南、东、西）外遮阳系数、外墙（D37-5、37-3、37-4）、屋顶（E加气保温、参考屋面、加气125mm）、玻璃（F 普通玻璃、标准外窗、Low-e玻璃）、人员（G 0.05、0.10.0.15人/次）、灯光设备（H 70、80、85W）、遮阳板 （J 500mm、1000mm、1500mm）十个因素的变化趋势，以及各因素对办公建筑自然室温显著性影响，通过所得数据的对比与挑选，得出这十个要素最优搭配方案。

文中运作正交试验方法与Dest软件模拟相结合，选用了L27（310）型的正交表[1]，不考虑因素之间的交互作用。

对这27个方案进行数据处理，试验结果分析。根据正交法原理，极差越大，因素对于建筑物自然室温影响就越大，可以得出10种因素影响建筑物自然室温的主次顺序为：A→C→D→G→I→H→B→F→E→J，对建筑物自然室温影响最大的是窗墙比，其次是朝向、外墙、人员密度、内遮阳、灯光设备、长宽比、玻璃类型、屋顶、遮阳板长度[2]。

各因素变化时自然室温随之改变的变化图，如图2，自然室温随窗墙比的增加而升高，在建筑设计时，应尽量选取较小的窗墙比。建筑朝向而言，南向建筑物自然室温比东、西向要低，西向最高，所以在北京地区建筑物朝向应选择坐北朝南。

文章以夏季自然室温为研究对象，夏季室内自然室温越低，室内环境就越舒适。可得房间2中可选出最优搭配方案为A1B2C1D3E2F1G3H1I2

J1，其自然室温模拟可得31.33℃，为建筑设计方案中自然室温最低的温度值。

3 自然室温条件下的空调冷负荷计算

空调冷负荷是指为维持室内环境要求的温度和湿度，单位时间内需从室内空气中移除的热量。在目前的空调系统设计中，由于冷负荷计算普遍偏大，造成空调冷机容量严重过剩，产生了惊人的浪费。空调房间的能耗对于不同建筑和不同应用存在一定的差异，但对于固定的房间，是基本固定的。文章通过Dest模拟得出各个房间逐时的自然室温，得到了较准确的室内逐时温度值，通过理论分析可得出相应时刻被控房间内所需真实的冷量。文章由于房间设定人数较少，忽略潜热。根据热力学公式

Qs=Cpm△t （1）

式中：Qs-室内温度由自然室温降低到是室内空调设定温度值所需要移除的热量；Cp-1标准大气压下空气的比热容，查表可得2.893kJ/（kg·K）；m-房间室内空气质量，kg，m=ρv；△t-自然室温与室内设定空调温度的差值，K。

文章根据实验，选取了三个设计方案进行空调冷负荷计算，夏季空调冷负荷所得值如图3所示。

从图3可以看出，在这三种方案中，自然室温最小的方案计算得出空调冷负荷也最小，自然室温最大的方案得出的空调冷负荷最大。最优的方案所选的设计因素为最小窗墙比、长宽比为2、朝南、外墙37-4、参考屋顶、普通玻璃、人员密度0.15、灯光设备最小、窗帘遮阳系数0.6W/（m2·℃）、外遮阳板500mm。

5 结束语

文章研究了建筑的自然室温与10个建筑设计因素之间的关系， 通过改变各个因素的水平，得到了不同水平下的计算方案，由Dest模拟生成所选方案的夏季逐时自然室温，以及逐时自然室温所对应的夏季空调设计冷负荷。并且利用正交实验法确定了10个因素对室内自然室温影响的主次顺序，并且可以找到自然室温的10个影响因素的最佳搭配水平和最差搭配水平；通过Dest模拟获得自然室温随各个因素三水平的变化曲线，更直观的指导设计师选取结构材料。通过方案之间的对比可看出当夏季冷负荷为最小值时，夏季的自然室温同样也达到了最小。

参考文献

[1]赵选民.实验设计方法[M].北京：北京科技出版社社，2006.

[2]张伟捷，吴金顺.基于正交实验法的建筑冷负荷影响因素分析[J]. 暖通空调，2006，36（11）：77-80.