胡乔多孔板遮阳表皮的

研 究 生 课 程 论 文(2011-2012 学年第一学期)多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计研究生：胡乔提交日期： 年 月 日 研究生签名：学 号 201120103736 学 院 建筑学院课程编号 S0813121 课程名称 建筑遮阳技术与设计学位类别 学术型硕士 任课教师 张磊教师评语：成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计1多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计胡乔摘要：本文通过运用本学期建筑遮阳技术与设计课学到的知识，基于 Ecotect 软件的分析，从遮阳与视线、外观效果及采光性等方面的综合协调关系入手，对自己毕业设计中的图书馆建筑表皮进行了再设计。本次设计以 Ecotect 软件计算出的科学数据为基础，理性地确定了建筑多孔板表皮的规格；在满足建筑外观效果的基础上，较好地解决了图书馆建筑遮阳与采光性的矛盾问题。关键词：图书馆建筑 多孔板表皮 Ecotect 软件分析 遮阳 采光性在夏热冬暖地区的图书馆建筑设计中，长期以来始终存在着这样一个矛盾：既要满足阅读所需要的采光，又需要遮住阳光来满足建筑节能的要求，如何寻找一个解决这一矛盾的平衡点成为设计的关键。在我本科阶段的毕业设计中，由于缺乏专业的遮阳设计知识，只能从感性和经验中进行遮阳设计，结果自然不甚满意；通过这一学期建筑遮阳技术课程的学习，决定尝试着采用 Ecotect 软件的分析，以理性的科学数据为基础，来寻找解决这一矛盾的平衡点，设计出既满足采光性又能遮阳实现建筑节能的多孔板遮阳表皮。本文即对自己的研究过程及成果作以简要的论述与探讨。一、项目简介进行表皮再设计的图书馆建筑位于广东省东莞职教城共享区，东莞职教城规划多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计2总人口约 2 万人，其中全日制学生 1.5 万，实训基地折合人口 0.25 万，教职工0.16 万，社会服务人口 0.09 万。经多方协商，规划建议共享中心用地规模为 110.6亩，设置于职教城主要出入口，既是对外形象的展示窗口，又是师生活动交流的中心。共享区占地面积约 73700 平方米（110.6 亩） ，最终用地面积以正式核发的用地文件为准。用地西面、南面紧邻东引河，与同步规划的东莞市高级技工学校分校区（市技师学院） 、东莞市高技能公共实训基地隔河相望，北面为规划的东莞理工学校。职教城共享区公共图书馆面积为 12545 平方米，独立设置。藏书量为 100 万册，主要为职教城师生提供理、工、文、法、经济、外语类学科的公共书籍借阅服务。为实现其使用功能的最大化，公共图书馆面向社会开放，为职教城周边区域提供借阅服务。图书馆的建筑设计取石块的意向，采用简洁纯粹的造型，通过对方形体块进行切削，逐渐形成石块的造型，立面上使用大小变化的穿孔板，犹如水纹，把石块的沉稳与水的灵动结合起来，表现图如下：多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计3二、多孔板表皮构造基于外观立意的要求，确定使用多孔板作为建筑表皮后，为了满足建筑遮阳的要求，图书馆建筑表皮决定采用双层表皮系统：外表皮为多孔板，内表皮为玻璃或者实墙，多孔板的穿孔大小以及玻璃类型的选择便是接下来遮阳表皮设计需要确定的重要内容（具体构造详图如图 1 所示） 。图 1 多孔板表皮构造多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计4三、多孔板遮阳表皮设计在多孔板的遮阳表皮设计中，本次再设计基于 Ecotect 软件的分析，从遮阳与视线、外观效果及采光性等方面的综合协调关系入手，以 Ecotect 软件计算出的科学数据为基础，理性地确定了建筑多孔板表皮的规格；在满足建筑外观效果的基础上，较好地解决了图书馆建筑遮阳与采光性的矛盾问题。1.视线设计为了满足人们的观景需求，多孔板表皮分为大孔板单元、小孔板单元以及过渡板单元三种单元板，在人坐高及站高视线范围中（0.9m 2.7m）使用大孔板，梁底等地方使用小孔板，其余部分使用过渡板，这样就能在遮阳的同时满足人们的观景需要（设计示意图如图 2 所示） 。图 2 表皮视线设计示意多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计52.外观效果设计根据外观效果，对 900900 的穿孔板单元进行划分，初步确定出 9 组大小孔板单元的组合（确定过程示意图如图 3 所示） 。图 3 多孔板单元确定过程示意图初步确定的大小孔板可选组合大孔板单元孔半径 小孔板单元孔半径8cm 2cm8cm 3cm8cm 4cm7cm 2cm7cm 3cm7cm 4cm6cm 2cm6cm 3cm6cm 4cm多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计63.遮阳设计确定出大小孔板的单元组合后，就开始利用 Ecotect 对这 9 组单元组合的遮阳性能进行分别计算：3.1 计算单元选取选取面宽 0.9m，进深 8m（一柱跨） ，层高 4.5m 的一个单元空间（如图 4 所示） ，在建筑物四向立面的各自朝向条件下，对 9 种孔径组合分别计算入射太阳辐射日均值，根据所得的数据绘制各朝向入射太阳辐射量日均值与孔径大小组合关系的函数图像。图 4 遮阳设计计算单元示意3.2 计算条件参数计算网格进深： 8m（一柱跨）日均太阳辐射计算面：立面开口面多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计7天然采光系数计算面：0.8m（日常工作阅读面）室外天空照度： 5000lx（广州标准数据）计算软件： Autodesk Ecotect3.3 材质参数设置在 Ecotect 软件中，赋予内层玻璃与外层穿孔铝板如下材质（如图 5 所示） 。内层玻璃材质参数外层穿孔铝板材质参数图 5 材质参数设置多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计83.4 日均太阳辐射计算结果利用 Ecotect 对这 9 组单元组合在东南西北四个朝向的日均太阳辐射分别进行计算，计算结果如下表所示，图 6 为 8cm 大孔板与 5cm 小孔板组合的各朝向日均太阳辐射计算示意图。图 6 8cm 大孔板与 5cm 小孔板组合的各朝向日均太阳辐射计算图多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计99 种组合日均太阳辐射计算结果（单位 Wh）3.5 函数分析根据上表所得数据，绘制各朝向入射太阳辐射量日均值与孔径大小组合关系的函数图像进行分析(如图 7 所示)多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计10多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计11图 7 太阳辐射量日均值与孔径大小组合关系4.采光性设计计算出太阳辐射量日均值与孔径大小组合的关系后，继续利用 Ecotect 对这 9组单元组合的采光性能进行分别计算：4.1 计算单元选取选取面宽 0.9m，进深 8m（一柱跨） ，层高 4.5m 的一个单元空间（如图 8 所示） ，在建筑物四向立面的各自朝向条件下，对 9 种孔径组合分别计算天然采光系数，根据所得的数据绘制各朝向满足阅览室采光系数最低标准（2%）的面积百分比与孔径大小组合关系的函数图象。多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计12图 8 采光性计算单元示意4.2 计算条件参数计算网格进深： 8m（一柱跨）日均太阳辐射计算面：立面开口面天然采光系数计算面：0.8m（日常工作阅读面）室外天空照度： 5000lx（广州标准数据）计算软件： Autodesk Ecotect4.3 材质参数设置（内层玻璃与外层穿孔铝板材质同上）多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计134.4 天然采光系数计算结果利用 Ecotect 对这 9 组单元组合在东南西北四个朝向的天然采光系数分别进行计算，计算结果如下表所示，图 9 为 8cm 大孔板与 5cm 小孔板组合的各朝向天然采光系数计算示意图。图 9 8cm 大孔板与 5cm 小孔板组合的各朝向天然采光系数计算图多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计144.5 函数分析根据上表所得数据，绘制各朝向满足阅览室采光系数最低标准（2%）的面积百分比与孔径大小组合关系的函数图象(如图 10 所示)多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计15多孔板遮阳表皮的创新设计本科毕业设计中建筑表皮的再设计16图 10 各朝向满足阅览室采光系数最低标准的面积百分比与孔径大小组合关系5.最终孔径组合确定根据上面对 9 种组合的日均太阳辐射及天然采光系数的计算函数曲线，结合空调设备专业提供的空调设备的能耗允许的射入室内的日均太阳辐射值，可以确定各个朝向的面应该选取的孔径组合。6.基于技术确定的表皮形式的艺术加工对上述计算出的多孔板表皮的单元板进行上下错位，可在极少改变表皮热工及采光效应的条件下获得更具有艺术性的表皮