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建筑节能设计气候区划方法研究

白鲁建  
【摘要】:气候是指一个地区一段时间内天气特征的总和。建筑与气候关系密切。只有对地域气候环境特征进行充分认知,才能在设计过程中选取适宜的技术策略,充分利用地域气候资源,实现建筑设计的因地制宜,从而达到节能的目的。随着我国社会经济的快速发展,建筑节能的需求日益凸显。面对供暖空调和被动式技术的应用与推广,有必要从整体角度来认知建筑节能设计与气候的关系,探究各项建筑节能技术措施的气候适宜性。本文研究目的在于通过建立适宜的气候区划方法与方案,为不同地域气候环境下建筑节能相关技术措施的应用提供指导。研究主要从区划原则、气象参数统计、区划指标选取、区划方法建立以及区划结果分析五个方面展开。本文首先从建筑节能概念入手,基于研究目的及应用对象,提出了建筑节能设计气候区划研究应遵循实用性原则、综合因子与主导因子相结合的原则以及空间分布连续性与取大去小原则。通过对多项建筑节能技术措施与气候关系的分析,发现气候的冷热差异、干湿差异和太阳辐射得热量的差异是影响各技术措施应用的主要因素,并提取了19个与建筑节能设计相关的气象参数。建立以平均差为评价指标,对目前国内外标准规范中涉及我国建筑节能设计的气候区划方法的适用性进行分析,发现现行气候区划方法在表征气候干湿差异及太阳辐射得热量差异上存在一定不足。针对既有区划方法的不足,在建筑节能设计气候区划指标的研究上,首先提出以滑动t检验方法来确定气象参数的最佳统计时长。通过对各相关气象参数的分析,发现采用2004年至2013年作为统计时长可以更好地反映当前气候的平均状况。在综合运用皮尔逊相关分析、偏相关分析等数学方法分析的基础上,从相关气象参数中提取了6个参数作为区划指标。采用预留站点与交叉验证相结合的方法,确定普通克里金法中的高斯函数、指数函数法以及幂值为3.0时的反距离权重法更适用于区划指标的空间插值。通过对区划指标的空间分布特征分析,发现青藏高原地区与我国其他地区的气候特征差异显著,且云南北部、四川中西部、北京北部一带为重要的气候过渡带。在区划方法的研究上,首先分析得出建筑节能设计气候区划应采用分级区划与聚类算法相结合的基本路线。通过聚类标准差的分析发现层析聚类中的平均链接法更适用于区划研究。针对聚类指标权重的问题,提出了基于建筑性能模拟分析的聚类指标权重确定方法,并根据聚类分析结果,分别建立了一、二级区划方法。一、二级区划方法叠加应用后,建筑节能设计气候区划共将我国划分为33个气候区外加两个单列市。在区划结果上,应用GIS的空间叠加技术确定了区划边界,得到了建筑节能设计气候区划图,并通过对各气候区相关气象参数的分析,提出了各气候区所适宜采用的建筑节能设计策略。并针对无气象数据城镇气候区属及参考城镇的判定问题,提出了基于多重多元线性回归的参考城镇判定方法。基于该判定方法,在603个城镇的基础上新增确定了54个城镇的气候区属及其参考城镇。建筑节能设计气候区划的建立可为我国未来各地区建筑节能设计以及相关节能法规的制定提供一定支撑。此外,论文中有关气象参数统计方法、聚类算法应用的探讨也可为未来气候区划进一步的研究垫定理论基础。


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