中庭建筑的节能设计研究

1、中庭建筑的节能设计研究本文介绍了中庭建筑的耗能情况，通过模拟软件分析中庭建筑中不同高度、不同的剖面形式对于建筑自然通风，自然采光的影响，并总结出一些中庭建筑节能设计的应对策略。引言建筑中庭这一概念起源于天井，在天井上加盖屋顶，形成有顶盖的室内空间，就是中庭的雏形。这种共享空间为人的交往行为提供了合适的场所，更可以将绿色植物引入室内，形成园林景致；同时由于屋盖的透明材质，解决了大体量建筑的室内自然采光的问题。因此，中庭建筑这种形式被广泛应用于各种公共建筑中成为公共建筑内部空间中最生动的因子。但正是由于大面积透光材质的使用，导致夏季时室内温度过高，冬季时室内热量大量散失，必须依靠机械设备保证室内的

2、热舒适度，造成能耗的增加，这个问题在夏热冬冷地区更为突出。这与中庭建筑的初衷相违背。影响中庭建筑能耗的因素主要是采光和通风，本文从这两个层面出发，通过软件Airpark、Ecotect对中庭建筑内部的通风情况和自然采光环境进行分析，对模拟结果总结出些中庭建筑节能的应对方法，希望对中庭建筑的节能设计有定的参考价值。中庭建筑的风环境分析中庭建筑有两个明显的通风特征：风压通风和热压通风。对于高大的中庭建筑，受到垂直方向温度不同、高度不同的影响，更有利于实现热压通风，且更能适应外部复杂的风环境。从而实现自然通风，带走潮湿、污浊的空气，提供清新、自然的新鲜空气，降低室内温度；更重要的是可以降低机械设备的

3、耗能。根据中庭在建筑中的位置可以分为核心式，线性式，接触式，包围式。其中，核心式在实际设计中广泛运用。为了实验研究需要，本文假设对象为核心式中庭建筑，虚拟了单独热压作用下稳定的通风条件，得出不同高度对于中庭建筑自然通风的影响。假设模型具体的结构形式及尺寸为：房间进深8m,走廊宽度2m,层高均为4m,窗洞尺寸为L81nxL8米的方窗，中庭面积为10X10m,中庭窗为10X1.8米长方形窗。模拟温度设定为室外30C,室内室温，中庭顶部由于受到太阳辐射温度设定为60Co假设中庭高度分为为为20米、30m,对其结果进行通风比较。考虑到室外风环境的复杂性，此模拟为单独热压作用下的通风情况。由图A中模拟结

4、果显示，当建筑高度是20米时，受到室外环境的影响较大，垂直方向温度变化小于10C,气流紊舌L,热压通风效果不明显。图1气流分布情况由图B中模拟结果显示，随着建筑物高度的增加，中庭空间垂直方向温度梯度变化较大，上下温度差在15c左右，中庭内部受热辐射范围较大。从气流分布图来看，室外气流从下部入口处进入，被加热的空气空顶部流出，风速在0.3米/秒，能够形成良好的空气循环。中庭建筑的光环境分析中庭采光是将自然光线直射或漫反射到中庭空间。中庭的剖面形式，玻璃顶的透明程度以及屋顶的形式对于室内的光环境影响很大。其中，中庭的剖面形式和高宽比对于采光设计显得尤为关键。本小节仅针对对中庭的高宽比进行模拟分析研

5、究，通过EC0TECT软件模拟三种中庭的高宽比，并对结果进行比较分析。假设中庭模型计算条件：模型假设为四相中庭，即中庭位于建筑中部四周为房间，靠中庭顶部的天窗实现自然采光。假设中庭是边长为10mX10m的正方形，中庭高度分别为10m、20、40m。分析结果如图所不：由图2实验结果可以看出，矮而宽的中庭比高而窄的中庭有更大的天空视角，当高宽比为1： 1时，室内照度照度强烈，且分布均匀，最底层的采光系数在20%左右，与中庭相邻的空间采光系数在10%左右；高宽比在2：1时，底层和相邻空间的采光系数在5%左右；当高宽比在4：1时，四层以下的房间采光中庭系数低于3%,底层空间的照度明显不够，而且整个中庭

6、空间显得狭窄、高耸。通常中庭的剖面高宽比大多在12之间，能够让室内产生良好的自然光环境。图2中庭不同高宽比模拟分析情况中庭的剖面形式对于建筑节能的影响常见的剖面形式主要有上下垂直型（矩形），上小下大A字型），上大下小（V字型）。矩形中庭矩形中庭在各个地区军备广泛采用，其节能设计的重点在于选择适宜的高宽比。以期获得良好的自然光照和舒适的自然通风条件。（参考第三节）V字型如果中庭的剖面为上大小小的V字型，就能够获得更多的自然光线，但由于其断面逐渐上扩，削弱了烟囱效应，不利于通风；同时底层房间进深增大，不利于采光A字型当中庭的剖面形状假设为上小下大的A字型时，气流分布情况如图所示：A字型剖面的中庭顶部面积较小，有利于减少阳光的进入，从而减图3A字型剖面气流分布少得热；上层为下层提供遮阳，也降低了下底层的温度。同时，中庭的剖面逐层渐索，有助于烟囱效应，加强通风。从实验中也可以看到，中庭内部受热辐射范围较小，温度垂直分布比较均匀，只在顶端部位产生温度梯度变化，温度差在8c左右，能够有效控制室内温度。通过气流分布情况可以看出，室内气流速度加快，可形成类似文丘里管的渐缩断面，随着截面面积的减小，断面内由下向上的气流速度加快。这对于炎热的