基于低能耗目标的严寒地区体育馆建筑设计研究

摘要

中国严寒地区漫长而寒冷的冬季气候，使得建筑能耗比其他地区高出很多，根据相关调查可知该地区建筑能耗占据全部能耗的一半以上。体育馆建筑能耗更是由于其巨大的建筑体量与严格的室内环境要求，而成为建筑能耗大户。在可持续绿色建筑设计愈发受到关注的当今世界，为减少体育馆建筑对自然环境与能源造成的负面影响，基于低能耗的体育馆建筑设计是一种切实可行的设计方法，在体育馆设计时，应使各建筑设计要素最大限度地与当地气候条件相适应。在优化体育馆建筑室内环境品质的同时，关注自然环境与可持续发展设计，以返璞归真的设计思路推动体育馆建筑设计的发展，并达到建筑节能的目的。
　　本文通过理论分析、计算机模拟和建筑实测等方法，对基于低能耗的严寒地区体育馆建筑设计进行研究，试图建立并完善体育馆建筑低能耗设计研究的理论框架，进一步深化我国在体育建筑设计领域和绿色节能方面的理论研究，为严寒地区体育馆建筑设计提供理论依据。通过本文对严寒地区体育馆建筑设计的研究，可以对我国严寒地区体育馆建筑的设计、建设及管理、使用进行具体的指导，提高体育馆建筑的使用效率，减少能源消耗，增强综合效应。更好地满足使用者的要求，延长使用寿命。有助于拓宽我国体育馆建筑创作的思路，并使原有严寒地区建筑设计思想、原则、方法得到发展。
　　首先，针对本论文需要进行论述的内容进行概念及理论解析。第一，严寒地区体育馆低能耗设计的系统构成，主要为热环境下的适温设计、光环境下的适光设计、风环境下的适风设计与多环境下的耦合设计。第二，分析了体育馆特征对建筑低能耗设计的影响，主要有三个方面：比赛空间的尺度巨大，室内环境的需求严格以及使用模式的功能多样。第三研究了体育馆低能耗的建筑设计变量。依据气候条件、周边环境及体育馆自身功能、室内环境需求对体育馆建筑设计变量产生影响的范围与效果，将体育馆低能耗的建筑设计变量划分为三个层面，即：宏观层面，中观层面，微观层面。最后研究了严寒地区体育馆建筑低能耗设计特性的四个方面：经济节能的合理性是其最直接且最首要的特性；健康适宜的科学性是其直接且次要的特性；功能组织的高效性与地域创作的真实性是间接特性。
　　第二，研究了严寒地区体育馆热环境下的低能耗适温设计。通过对热环境适温设计研究基础的分析，即体育馆室内热环境要求、体育馆热环境的冷热负荷影响因素及体育馆热环境的建筑设计变量研究，挑选出了体育馆建筑低能耗适温设计的主要建筑设计变量。利用线性回归方法得出以体育馆最小建筑尺寸为因变量，观众人数为自变量的计算公式，用以在建筑设计初期便于建筑师快速进行体育馆建筑尺寸确定。通过计算机模拟及理论分析等方法，来进行各个建筑设计变量的可行域求解，并进一步建立包含5个影响因素，哈尔滨、漠河及西宁全部体育馆建筑级别的热能耗简化计算。最后根据以上的模拟计算及相关理论分析，得出严寒地区体育馆低能耗适温设计设计。
　　第三，研究了严寒地区体育馆光环境下的低能耗适光设计。通过对光环境适光设计研究基础的分析，即体育馆室内光环境要求、体育馆光环境的照度与照度均匀度计算及体育馆光环境的建筑设计变量研究，挑选出了体育馆建筑低能耗适光设计的主要建筑设计变量。通过计算机模拟及理论分析等方法，进行各个建筑设计变量的可行域求解，并进一步建立包含4个影响因素，哈尔滨、漠河及西宁全部体育馆建筑级别的采光窗面积快速计算公式。最后根据以上的模拟计算及相关理论分析，得出严寒地区体育馆低能耗适光设计设计。
　　第四，研究了严寒地区体育馆风环境下的低能耗适风设计。通过对风环境适风设计研究基础的分析，即体育馆室内风环境要求、体育馆风环境的自然通风计算和体育馆风环境的建筑设计变量研究，挑选出了体育馆建筑低能耗适风设计的主要建筑设计变量为：通风窗面积及通风窗位置。再利用模拟计算与理论分析得出了严寒地区体育馆低能耗适风设计下，各个建筑设计变量的可行域及低能耗适风设计设计。
　　第五，研究了严寒地区体育馆多环境下的低能耗耦合设计。通过对多环境耦合设计研究基础的分析，严寒地区体育馆耦合建筑设计变量的分析，筛选出了耦合建筑设计变量。通过计算机模拟及理论分析等方法，计算出严寒地区三座城市哈尔滨、西宁与漠河，体育馆全年窗系统下的人工照明能耗、热能耗及二者总能耗。最后利用模拟计算对各个耦合建筑设计变量的研究结果，得出了严寒地区体育馆低能耗耦合设计下，各个建筑设计变量的可行域及低能耗耦合设计设计。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 相关概念与研究范围界定

1.3 研究现状及分析

1.4 课题研究内容、方法及论文结构

第2章 基于低能耗的严寒地区体育馆建筑设计解析

2.1 严寒地区体育馆低能耗设计的系统构成

2.2影响建筑低能耗设计的体育馆特征

2.3 体育馆低能耗的建筑设计变量

2.4 严寒地区体育馆建筑低能耗设计特性

2.5 本章小结

第3章 热环境下的低能耗适温设计

3.1 热环境适温设计的研究基础

3.2体育馆热环境下的模拟参数设定

3.3 基于热环境的体育馆建筑模拟计算

3.4 严寒地区体育馆的低能耗适温设计方法

3.5 本章小结

第4章 光环境下的低能耗适光设计

4.1 光环境适光设计的研究基础

4.2 体育馆光环境下的模拟参数设定

4.3 基于光环境的体育馆建筑模拟计算

4.4 严寒地区体育馆的低能耗适光设计方法

4.5本章小结

第5章 风环境下的低能耗适风设计

5.1 风环境适风设计的研究基础

5.2 体育馆风环境的模拟参数设定

5.3 基于风环境的体育馆建筑模拟计算及可行域求解

5.4 严寒地区体育馆的低能耗适风设计方法

5.5 本章小结

第6章 多环境下的低能耗耦合设计

6.1 多环境耦合设计的研究基础

6.2 体育馆建筑多环境模拟参数设定

6.3 基于多环境的体育馆建筑模拟计算

6.4 严寒地区体育馆耦合设计方法

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢

个人简历