摘 要：為了研究辦公建筑設(shè)計(jì)因素對(duì)室內(nèi)自然室溫的影響，文章在BIM平臺(tái)上通過(guò)Dest軟件模擬自然室溫，考慮10個(gè)建筑設(shè)計(jì)因素，運(yùn)用正交試驗(yàn)法，找出辦公建筑自然室溫隨各建筑設(shè)計(jì)因素的變化趨勢(shì)，通過(guò)多種方案的對(duì)比，以及設(shè)計(jì)方案空調(diào)冷負(fù)荷對(duì)比，得出辦公建筑自然室溫參數(shù)最優(yōu)的建筑設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；辦公建筑；建筑熱環(huán)境模擬；自然室溫；正交實(shí)驗(yàn)法

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、信息業(yè)也都快速發(fā)展。能源的發(fā)展，如何處理能源與環(huán)境的關(guān)系，是世界和人類所關(guān)注的重要問題。建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)不僅對(duì)人的熱舒適性的感受產(chǎn)生影響，而且與建筑能耗的大小有直接關(guān)系。影響建筑室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計(jì)因素很多，文章重點(diǎn)研究辦公建筑自然室溫與建筑設(shè)計(jì)因素之間的關(guān)系，在室內(nèi)熱環(huán)境的約束要求下，達(dá)到建筑設(shè)計(jì)方案最優(yōu)化。

1 辦公樓模型建立

1.1 北京市辦公樓模型

建立一個(gè)位于北京市三層辦公樓，每層辦公樓中間有2m寬走廊，窗為外窗，門為內(nèi)門。文章中只考慮建筑室內(nèi)與室外的通風(fēng)。運(yùn)用BIM軟件進(jìn)行建模，渲染，如建筑模型，圖1。

1.2 設(shè)定參數(shù)

模擬時(shí)間選定位夏季，選取典型設(shè)計(jì)日7月4日的14：00作為時(shí)間條件，中午為一天當(dāng)中室外溫度較高的時(shí)刻，使模擬結(jié)果更加明顯。人員散熱量按照辦公樓打字員活動(dòng)強(qiáng)度，60W潛熱忽略不計(jì)。

2 正交試驗(yàn)表

文章采用Dest模擬和正交試驗(yàn)法來(lái)研究在自然通風(fēng)條件下室內(nèi)的自然室溫隨窗墻比（A 0.1、0.4、0.6）、建筑長(zhǎng)寬比（B 1、2、3）、朝向（C南、東、西）外遮陽(yáng)系數(shù)、外墻（D37-5、37-3、37-4）、屋頂（E加氣保溫、參考屋面、加氣125mm）、玻璃（F 普通玻璃、標(biāo)準(zhǔn)外窗、Low-e玻璃）、人員（G 0.05、0.10.0.15人/次）、燈光設(shè)備（H 70、80、85W）、遮陽(yáng)板 （J 500mm、1000mm、1500mm）十個(gè)因素的變化趨勢(shì)，以及各因素對(duì)辦公建筑自然室溫顯著性影響，通過(guò)所得數(shù)據(jù)的對(duì)比與挑選，得出這十個(gè)要素最優(yōu)搭配方案。

文中運(yùn)作正交試驗(yàn)方法與Dest軟件模擬相結(jié)合，選用了L27（310）型的正交表[1]，不考慮因素之間的交互作用。

對(duì)這27個(gè)方案進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，試驗(yàn)結(jié)果分析。根據(jù)正交法原理，極差越大，因素對(duì)于建筑物自然室溫影響就越大，可以得出10種因素影響建筑物自然室溫的主次順序?yàn)椋篈→C→D→G→I→H→B→F→E→J，對(duì)建筑物自然室溫影響最大的是窗墻比，其次是朝向、外墻、人員密度、內(nèi)遮陽(yáng)、燈光設(shè)備、長(zhǎng)寬比、玻璃類型、屋頂、遮陽(yáng)板長(zhǎng)度[2]。

各因素變化時(shí)自然室溫隨之改變的變化圖，如圖2，自然室溫隨窗墻比的增加而升高，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量選取較小的窗墻比。建筑朝向而言，南向建筑物自然室溫比東、西向要低，西向最高，所以在北京地區(qū)建筑物朝向應(yīng)選擇坐北朝南。

文章以夏季自然室溫為研究對(duì)象，夏季室內(nèi)自然室溫越低，室內(nèi)環(huán)境就越舒適?？傻梅块g2中可選出最優(yōu)搭配方案為A1B2C1D3E2F1G3H1I2

J1，其自然室溫模擬可得31.33℃，為建筑設(shè)計(jì)方案中自然室溫最低的溫度值。

3 自然室溫條件下的空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算

空調(diào)冷負(fù)荷是指為維持室內(nèi)環(huán)境要求的溫度和濕度，單位時(shí)間內(nèi)需從室內(nèi)空氣中移除的熱量。在目前的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于冷負(fù)荷計(jì)算普遍偏大，造成空調(diào)冷機(jī)容量嚴(yán)重過(guò)剩，產(chǎn)生了驚人的浪費(fèi)?？照{(diào)房間的能耗對(duì)于不同建筑和不同應(yīng)用存在一定的差異，但對(duì)于固定的房間，是基本固定的。文章通過(guò)Dest模擬得出各個(gè)房間逐時(shí)的自然室溫，得到了較準(zhǔn)確的室內(nèi)逐時(shí)溫度值，通過(guò)理論分析可得出相應(yīng)時(shí)刻被控房間內(nèi)所需真實(shí)的冷量。文章由于房間設(shè)定人數(shù)較少，忽略潛熱。根據(jù)熱力學(xué)公式

Qs=Cpm△t （1）

式中：Qs-室內(nèi)溫度由自然室溫降低到是室內(nèi)空調(diào)設(shè)定溫度值所需要移除的熱量；Cp-1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的比熱容，查表可得2.893kJ/（kg·K）；m-房間室內(nèi)空氣質(zhì)量，kg，m=ρv；△t-自然室溫與室內(nèi)設(shè)定空調(diào)溫度的差值，K。

文章根據(jù)實(shí)驗(yàn)，選取了三個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行空調(diào)冷負(fù)荷計(jì)算，夏季空調(diào)冷負(fù)荷所得值如圖3所示。

從圖3可以看出，在這三種方案中，自然室溫最小的方案計(jì)算得出空調(diào)冷負(fù)荷也最小，自然室溫最大的方案得出的空調(diào)冷負(fù)荷最大。最優(yōu)的方案所選的設(shè)計(jì)因素為最小窗墻比、長(zhǎng)寬比為2、朝南、外墻37-4、參考屋頂、普通玻璃、人員密度0.15、燈光設(shè)備最小、窗簾遮陽(yáng)系數(shù)0.6W/（m2·℃）、外遮陽(yáng)板500mm。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章研究了建筑的自然室溫與10個(gè)建筑設(shè)計(jì)因素之間的關(guān)系， 通過(guò)改變各個(gè)因素的水平，得到了不同水平下的計(jì)算方案，由Dest模擬生成所選方案的夏季逐時(shí)自然室溫，以及逐時(shí)自然室溫所對(duì)應(yīng)的夏季空調(diào)設(shè)計(jì)冷負(fù)荷。并且利用正交實(shí)驗(yàn)法確定了10個(gè)因素對(duì)室內(nèi)自然室溫影響的主次順序，并且可以找到自然室溫的10個(gè)影響因素的最佳搭配水平和最差搭配水平；通過(guò)Dest模擬獲得自然室溫隨各個(gè)因素三水平的變化曲線，更直觀的指導(dǎo)設(shè)計(jì)師選取結(jié)構(gòu)材料。通過(guò)方案之間的對(duì)比可看出當(dāng)夏季冷負(fù)荷為最小值時(shí)，夏季的自然室溫同樣也達(dá)到了最小。

參考文獻(xiàn)

[1]趙選民.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[M].北京：北京科技出版社社，2006.

[2]張偉捷，吳金順.基于正交實(shí)驗(yàn)法的建筑冷負(fù)荷影響因素分析[J]. 暖通空調(diào)，2006，36（11）：77-80.