夏热冬冷地区玻璃幕墙宿舍楼物理环境,该文是玻璃幕墙相关专科开题报告范文与玻璃幕墙和热冬和宿舍楼有关专科开题报告范文.
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【摘 要】 通过现场测试手段,对建筑内外进行实际测量,分析宿舍楼的声环境、光环境以及热环境等物理环境指标.重点从声强度、光照强度、温湿度、风速、表面温度、热舒适性等角度研究宿舍楼物理环境状况.研究结果表明,声环境和光环境需要局部优化处理,热环境指标最差,需要重点关注处理.
【关键词】夏热冬冷地区；超大玻璃幕墙；声环境；光环境；热环境
【Abstract】 Through on-site testing, we conducted the actual measurement inside and outside the buildingand analyzed the physical environment indicators such as acoustic environment, light environment and thermalenvironment of the dormitory building. The focus includes the researches on the physical environment of thedormitory from the aspects of acoustic intensity, light intensity, temperature and humidity, wind speed, surfacetemperature and thermal comfort. The research results show that the acoustic environment and the light environmentneed local optimization, and the thermal environment index is the worst, which needs to be paid attention andhandled.
【Keywords】 hot summer and cold winter area, oversized glass curtain wall, acoustic environment, lightenvironment, thermal environment
0 引言
大玻璃幕墙建筑以庞大的体量、挺拔的高度和壮美的外观为人们所称道,然而此类建筑通常需要高能耗才能获得舒适的物理环境.尤其是处于夏热冬冷地区的玻璃幕墙宿舍楼建筑,有限的资金和严格的物理环境要求是一对绕不开的矛盾.
1 研究背景
基于以上背景,本文选取南京工业大学浦江学院宿舍楼为例进行物理环境研究.浦江溧水新校区为2017 年新建成的建筑群,总建筑投资超过1.5 亿元,建筑面积超过10 万m2,目前已有约4 000 名学生在此校区学习和生活.溧水校区宿舍楼采用钢框架结构和超大玻璃幕墙建筑,曲面的玻璃幕墙构造、庞大的建筑体量和独特的造型给师生带来巨大的震撼（图1）.
然而2017 年入住后,全钢框架和超大玻璃幕墙构造并没有带来舒适的物理环境.低温和潮湿的热环境,不均匀的光照分布,以及过多遮挡造成的音质不佳,都需要进行一定程度的改善（图2）.
本文以此为切入点,通过室内外同步采集数据,对南京工业大学浦江学院宿舍楼进行物理环境量化评估,为物理环境优化提供支持.物理环境包括声环境[1]、光环境和热环境.
2 测试方法
研究采用室内外同步采集数据.室外采用气象站自己记录的气候数据,室内用物理环境测试设备进行记录.测试时间为2017 年11 月.
2.1 室外气象站
该气象站为自动记录型,可以以一定频率记录室外的各项数据参数,准确地量化表达室外的天气状况,为对比室内研究提供详实可行的数据（图3）.各项记录数据包括：空气温度、空气湿度、风速、风向、雨水、光照强度等.
2.2 室内测试设备
图4 和图5 所示为物理环境常用测试仪器,包括室内温湿度仪、风速仪、光照强度测试、声音测试仪、表面温度仪以及红外成像仪等.
3 宿舍楼声环境分析
本研究评估的对象是宿舍建筑,宿舍楼的首要要求是声音强度.由于宿舍楼的声音要求比专业建筑（音乐厅等）要求低,建筑师和工程师亦没有特别重视这方面的设计要求,导致新建的宿舍楼音质都有较大的问题.表1为选择一楼走廊、宿舍内部和中庭三个部位进行的声音强度测试结果[2].
由图6 声音强度变化曲线可知,一层走廊、室内、中庭三处位置的声音强度变化,没有随着距离增加声音强度减弱,而是呈现类似正弦函数形式的周期性变化,这是由于三个位置都出现了声音干扰和回声现象.走廊两侧狭窄的距离使得一楼走廊声音强度变化最接近正弦形式,声音强度范围是63 ～ 80db,随着距离的增加,这种效果会更明显.一楼宿舍内部由于距离较远,声音变化幅度会出现低频周期变化,声音强度在68 ～ 96 db 之间,部分角落空间会出现声音叠加,出现刺耳现象.一楼中庭变化规律不规则,出现较长尺度的波峰,判断影响因素是中庭内不规则装饰物造成声音的无序结果.
总体上,宿舍楼的声音强度干扰性较大,如果条件允许,需要进行必要的改造.
4 宿舍楼光环境分析
浦江宿舍楼设计亮点是超大玻璃幕墙,坐南朝北的建筑曲面能最大程度地接收光照,目前根据调研结果发现,南立面接收光照情况良好,北立面出现不良状况.由于宿舍楼内部布局复杂,各处光照分布不均匀,本研究选取代表性的测点进行光照强度测试[3-4].
L8 和L9 两处出口、入口以及宿舍内部的各处测试光照强度见表2,结果显示,7处测试点的光照强度极不均匀,L9 宿舍楼出口处光照为4 950lx,而位于三楼的304 室内自然采光只有53lx,L8 宿舍楼向光面和背光面的光照强度也有近三倍之差.
除关键部位的测试点安排、数据采集和结果分析外,宿舍楼1 ～ 6 层的光照强度均值变化曲线见图7.整栋建筑的光照强度随着高度呈现逐渐增加的趋势,但3 层以上光照强度增加变缓.1 层光照强度最差,为125lx；6层最高为1 350lx.整体分析可知,除1 层外,其余层次都处于采光较好状态.
5 宿舍楼热环境分析
热环境分析是师生在宿舍楼体验最直接的影响因素[5].由于整栋建筑并没有安装建筑设备进行整体热环境调节[6-7],再加上大玻璃幕墙的钢构造,造成宿舍楼整体的热环境分布极不均匀.具体结果与分析见空气温湿度、风速和表面温度云图结果[8-9].
5.1 空气温度与湿度
宿舍楼内部的空气温度范围为4 ～ 7.5℃,随着时间延长,中午13:00 ～ 14:00 温度最高,之后再次呈下降趋势.最高温度为14:00 时刻的第3 层,为7.5℃,最低温度为17:00 时刻的第6 层.
9:00 ～ 10:00 时刻,宿舍楼内温度大小排序为：3 层>4 层>2 层>1 层>5 层>6 层；11:00 ～ 13:00 时刻,建筑物内部温度排序为：3 层>4 层>2 层>1 层>5 层>6 层；14:00 ～ 15:00,温度变化为：3 层>4 层>1 层>2 层>5层>6 层；16:00 ～ 17:00 为4 层>3 层>2 层>1 层>5层>6 层（图8）.
宿舍楼整体湿度变化趋势呈先下降再升高的趋势,和温度变化呈互补关系.湿度最大的为第5 层,为58%～ 62%,分析原因可能是由于室内放置较多物品,并与正在装修施工有关.湿度最小的为第4 层,变化范围46% ～ 52%,这与第4 层为南北通透的环境,可以随时进行热湿交换有关.整栋建筑的各层湿度变化按大小排序为：5 层>2 层>1 层>3 层>6 层>4 层.
图9 中2 层、6 层湿度变化出现较大波动,分析因素包括：楼层内部堆积杂物较多、装修工人正在进行装修、测定选择误差和测试人员操作等.
5.2 建筑内外风环境分析
图10 和图11 为建筑内外同一测试环境下风速变化示意图.室外风速约为室内风速的3 倍,室外最大风速为17:00 的3m/s,最小风速为13:00 的0.5m/s；室内风速最大为12:00 的1.1m/s,最小为1.5m/s.整栋建筑内部的风速较小,中庭采光和通风的作用不明显,没有充分的热交换作用.特别是整栋宿舍楼建筑的玻璃幕墙开窗比例较小、玻璃幕墙体积较大、不易开启等都造成了通风方面的问题.
5.3 宿舍楼内外重点部位表面温度分析
作为建筑最具有特色的部位——超大玻璃幕墙,其表面温度是一项关键的热环境指标.在本部分的实验测试中,采用红外成像仪进行数据方法的采集,通过对玻璃幕墙南北两个方向的温度云图采集,可以直观地看到整栋幕墙的表面温度分布.
图12 为向光面（南）的温度云图,最高温度为18.9℃,最低为3.7℃,温差约为15℃ . 高温度部位为窗框,玻璃部位较低,说明两种材料的热吸收系数有较大差距.图13 为背光面（北）的温度云图,最高温度仅为9.5℃,最低已经到-5.1℃.
南北两面的玻璃幕墙温度云图有着巨大的差距,造成了建筑内部热环境的严重不平衡.南侧室内的温度明显高于北侧,再加上内部无热环境调节设备,造成师生普遍不希望在北侧滞留.
此问题为急需解决的难题之一.
为定量分析各层室内表面温度变化情况,选择1 ～ 5 层常用宿舍楼层为研究对象,着重从楼顶、地面、东面、西面、南面、北面等部位,分析宿舍内部温度变化情况（图14）.
图中结果分析可知,第3 层六个部位的表面温度是最高的,基本都处在峰值位置,第3 层室内温度范围为6 ～ 7℃.这是因为第3 层处于中间楼层,热量保存具有优势；第1 层和第5 层是最差的,分析原因是由于第1层和地面热交换较大,第5 层接近顶层热交换同样偏高,造成了如图14 所示的变化结果.
表3 为建筑内部个别部位在背阳处和向阳处的温度对比列表.表中结果差别明显,向阳处的各种材料温度值都明显大于背阳处.最大的差别在玻璃幕墙上,向阳处玻璃幕墙温度比背阳处高12℃,差距非常明显,也再次说明玻璃幕墙是影响热环境的主要因素.
5.4 热舒适度计算与评估
热舒适度[10 -11]计算采用PMV-PPD软件进行计算[12],具体结果见图15.
图15 中的舒适度计算指标中,采用室内空气平均温度为10℃,表面平均温度为5℃,风速为室内最大风速1.2m/s,平均相对湿度为55%,其它指标为默认值.
最终计算指标为：PMV等于-2.97 和PPD等于99% 两项都几乎已经到了极限值,为极度不舒服状态,可见超大玻璃幕墙建筑在热环境舒适方面需要继续改造.
6 结语
通过对南京工业大学浦江学院宿舍楼的物理环境测试（声学环境、光学环境以及热环境三方面）,定量分析各项物理因素的影响效果,为评估建筑物理环境改造提供实际支撑.研究结果总结如下：①声环境方面：第1层走廊、室内、中庭三处位置的声音强度变化呈现类似正弦函数形式变化；宿舍楼的声音强度干扰性较大,如果条件允许,需要进行必要的改造.②光环境方面：南立面接收光照情况良好,北立面出现不良状况；由于宿舍楼内布局复杂,各处光照分布不均匀；1 层光照强度最差,6 层光照强度最高.整体分析可知,除1 层外,其余层次都处于采光较好状态.③热环境方面：南北玻璃幕墙温度云图差距巨大,造成建筑内部热环境严重不平衡；整栋建筑内部的风速较小,中庭采光和通风不明显,没有充分的热交换作用；热舒适度指标两项都为极度不舒服状态,超大玻璃幕墙建筑在热环境舒适方面需要继续改造.
简而言之：本文是一篇适合玻璃幕墙和热冬和宿舍楼论文写作的大学硕士及关于玻璃幕墙本科毕业论文，相关玻璃幕墙开题报告范文和学术职称论文参考文献.
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