一种有利于大空间建筑室内热舒适的建模方法与流程

本发明涉及建筑热舒适领域，尤其涉及热环境测量技术，物理因素整合技术以及建筑热环境模拟技术。
背景技术：
：进入21世纪后，我国经济实力不断腾飞，人们的物质与精神生活水平不断提高，当人们已经满足了最基本的生活需求以后，舒适与健康的需求越来越受到人们的重视。现如今，研究热舒适问题的评价指标都是基于西方人种样本采集，地域性与人体适应性的差异导致热舒适计算值与我国大部分地区有所区别，若仍使用欧美计算指标会导致热舒适计算原点出现偏差，所以需针对具体的地区及建筑类型提出热舒适评价指标。由于过去技术与经济的制约以及设计观念的陈旧，导致过去大部分大空间建筑并没有关注人们的热舒适要求。另外，处于运动状态下的人体对外界环境刺激的敏感程度较静止状态下的人体要低，人体对于外部环境的热舒适评价指标范围将扩大。因此，有必要设计一种有利于大空间建筑室内热舒适的建模方法，结合客观热环境因素与主观热舒适感受，将其中运动人群的运动热舒适做为评价标准并指导建筑建模模拟，在建筑形体设计阶段提供参考依据，提高建筑落成之后的室内热舒适环境。技术实现要素：本发明目的在于克服现有大空间建筑被动调节的缺点和不足，提供一种基于自然通风的大空间建筑形体建模方法。本发明的技术方案如下：一种有利于大空间建筑室内热舒适的建模方法，包括如下步骤：步骤1、利用场地实测与问卷调查确定针对该建筑类型的热舒适评价指标；步骤2、确定模拟模型的各项参数；步骤3、根据建设要求建立初始模型和对比模型，进行软件模拟；步骤4、分析模拟结果，得出最佳热舒适方案。进一步地，步骤1中，所述利用场地实测与问卷调查确定针对该建筑类型的热舒适评价指标的步骤具体包括：步骤11、搜集建筑建成所在地的气象数据，选取全年最热、最冷及过度季三个时间节点作为场地实测及问卷调查时间，时间节点应选取当地的典型性天气条件，时间不少于2天，每个测量日的测量时间是9:00～18:00；步骤12、选取建筑建成所在地若干相同类型建筑作为场地实测及问卷调查地点；步骤13、确定该建筑类型的主要使用人群作为问卷调查对象；步骤14、利用将场地实测计算得出标准等效温度SET，并与问卷调查得分结果汇总建立散点图，通过求解散点图趋势线方程得到该类建筑的热舒适评价指标。进一步地，步骤1中，所述场地实测的对象是影响人体热舒适的四个环境指标以及两个人体指标，环境指标分别为：空气温度、空气湿度、平均辐射温度及气流速度；人体指标分别为：新陈代谢率及服装热阻，均可根据ASHRAE55-2013表格查询典型活动的新陈代谢率及典型服装的服装热阻得到；场地实测的方法是将仪器测量点均匀布置在场地内，并保证建筑室内四个方向外界面内表面附近以及场地中部有测量点的布置，测量频率为10分钟记录一次，每小时数据求平均值；问卷调查的方法是与场地实测同时进行，每小时发放5～10份问卷，并根据问卷结果得分情况求得其每小时平均得分数。进一步地，步骤14中，所述标准等效温度SET是将人体的热损失方程归纳为两个简单的具有相同形式的公式为根据，一部分是无蒸发的或称为显热损失，它是由辐射和对流产生的，另一部分是蒸发热损失，下面的分析导出了两个总放热系数，一个计算显热损失，另一个计算蒸发热损失：(1)有效显热放热系数h′有效显热放热系数h′确定了从温度为Tsk的皮肤表面到计算温度为T0的环境的热流量：R+C＝h′(Tsk+T0)，计算温度是空气温度与平均辐射温度的平均值，权系数分别为对流放热系数和辐射放热系数：T0＝(hrTr+hcTa)/(hr+hc)，综合放热系数是：h＝hr+hc，辐射放热系数通常是线性系数，feff＝0.72，对流放热系数对于强迫对流取：hc＝8.6v0.53，对于静止的空气，则有：hc＝1.16(M-50)0.39，人体自身活动所引起的相对空气流速同样被考虑在内，hc的最低限取为hc＝3W/m2·K；上述三个hc分别代表三个情况，选取其最大值进行后续的计算；在分析中所用到的有效衣服热阻Iclo(单位clo)与平时的真正的衣服热阻间的关系为：Iclo＝Iclo-(fcl-1)/(0.155fclh)，衣服的热效率用Fclo计量，Fclo＝1/(1+0.155hIclo)，这个公式是从皮肤传到环境的总显热量用有效显热放热系数h′表示：R+C＝h′(Tsk-Tc)，式中h′＝hFclo；(2)有效蒸发放热系数he′皮肤表面的蒸发热损失Esk(W/m2)是感觉不到的扩散损失Eis(W/m2)与热调节排汗热损失Esw(W/m2)之和：Esk＝Eis+Esw，如果人体完全湿了，这时产生的蒸发热损失为最大蒸发热损失Emax＝LRhcfpcl(pssk-pa)，LR是刘易斯关系11.65/Pa(10-2K/Pa),pssk是皮肤温度下的饱和水蒸气分压力，pa是周围空气中的是实际水蒸气分压力，fpcl是渗透效率系数，对于正常的组织，其值由下式确定：fpcl＝1/(1+0.143hcIclo)，皮肤的湿润度w为：w＝Esk/Emax，在不产生排汗调节热损失的温度下，Esk＝Eis＝0.06Emax总的排汗损失可以写为：Esk＝whe′(pssk-pa)，式中he′＝LRhcfpcl；(3)热平衡方程皮肤表面由辐射，对流和蒸发引起的热损失Hsk等于新陈代谢产生的自由能减去呼吸热损失，再减去做外功以及人体蓄热量：Hsk＝M-Eres-Cres-W-S，皮肤表面的换热等于显热和潜热损失之和：Hsk＝h′(Tsk-T0)+whe′(pssk-pa)，这个方程改写后可以表示在温湿图中pa-pssk＝-h′(whe′)[T0-(Tsk-Hsk/h′)]，温湿图用温度做横坐标，用水蒸气分压力作纵坐标，因此方程是一条有负斜率h′/(whe′)的直线，并通过点(Tsk-Hsk/h′,pssk)，这条直线对应于一个恒定的生理和感觉效应，也就是一条等标准有效温度线；标准环境中的水蒸气分压力为0.5pssk(102pa)，这里pssk是标准有效温度下的饱和水蒸气分压力；其热损失方程为：Hsk＝hs′(Tsk-SET)+whes′(pssk-0.5psset)，hs′和hes′是标准环境中的两个综合放热系数，这个方程是标准有效温度SET的分析定义，并可用来计算SET，将场地实测数据带入上述公式可以得到各个测量点的SET值。进一步地，步骤14中，所述将标准等效温度SET与问卷调查得分结果汇总建立散点图，通过求解散点图趋势线方程得到该类建筑的热舒适评价指标的步骤具体包括：步骤141、将每小时场地实测结果平均值求得的标准等效温度SET作为横坐标，将将每小时问卷调查结果得分平均值作为纵坐标，利用EXCEL表格建立散点图；步骤142、利用EXCEL表格为散点图添加二次多项式趋势线并显示公式；步骤143、根据Gagge建立的标准有效温度与热舒适评价表，即当Y小于0.5时的SET定义为舒适区间，将Y值处于0.5至1之间时定义为稍不舒适区间，当Y处于1至2之间时为不舒适区间，当Y大于2时为极不舒适区间，将Y＝0.5、Y＝1与Y＝2分别带入到二次多项式抛物线方程，可得到对应的X即SET值，根据上表的划分区间即可得到该类建筑的热舒适评价指标。进一步地，步骤2中，所述模拟参数具体包括：地理数据、气象数据、环境数据、默认材料、离散参数、监测点设置，所述地理数据包括当地的经、纬度，所处时区；所述气象数据包括全年最高气温与最低气温以及过度季时的日平均气温、全年相对湿度走势数据、全年风玫瑰图；所述环境数据包括当地的城市梯度风；所述默认材料包括顶界面、侧界面材料。进一步地，步骤3中，所述的根据建设要求建立初始模型和对比模型，进行软件模拟的步骤具体包括：步骤31、根据建设要求确定大空间建筑平面尺寸及建筑高度，根据实测对象建筑形体模式建立初始模型；步骤32、将初始模型不同因素分解，分解成屋面坡度、出檐深度、窗墙比、建筑高度等若干因素，在合理的范围内为每个因素选择3-4个变化水平(例如屋面坡度选取5°、10°及15°)；步骤33、利用正交表对不同因素及不同水平进行组合并建立模型，一般的正交表记为：Ln(mk)，其中n是表的行数，也就是要安排试验的次数；k是表的列数，表示因素的个数；m是各因素的水平数。常见的正交表有L4(23)、L8(27)、L9(34)、L16(45)等；进一步地，步骤4中，所述的分析模拟结果，得出最佳热舒适方案的步骤具体包括：步骤41、根据步骤2对Airpak软件各项模拟参数进行设置，并对各个模型进行模拟；步骤42、模拟得出各监测点的空气温度、空气湿度、平均辐射温度及气流速度数据，计算SET值；步骤43、利用极差分析法判断各因素影响程度排序以及绘制因素与指标趋势图，得到最佳热舒适方案；步骤44、在最佳热舒适方案上增加维护结构策略，模拟得到最佳组合。进一步地，步骤43中，所述的极差分析法的步骤具体包括：步骤431、计算Kjm值、kjm值与Rj值，其中Kjm为第j列因素m水平所对应的试验指标和，kjm为Kjm平均值，由kjm大小可以判断第j列因素优水平和优组合；Rj为第j列因素的极差，反映了第j列因素水平波动时，试验指标的变动幅度。Rj越大，说明该因素对试验指标的影响越大，根据Rj大小，可以判断因素的主次顺序；步骤432、判断优组合、主次因素及优水平，根据正交设计的特性，对A1、A2、A3来说，三组试验的试验条件是完全一样的，可进行直接比较，如果因素A对试验指标无影响时，那么kA1、kA2、kA3应该相等，但如果kA1、kA2、kA3不相等，说明A因素的水平变动对试验结果有影响。因此，根据kA1、kA2、kA3的大小可以判断A1、A2、A3对试验指标的影响大小，同理，也可判断因素B、C、D不同水平对试验结果的影响，判断出每个因素的最优水平之后即可得到本次试验的优组合方案；步骤433、绘制因素与指标趋势图，以各因素水平为横坐标，试验指标的平均值kjm为纵坐标，绘制因素与指标趋势图。由因素与指标趋势图可以更直观地看出试验指标随着因素水平的变化而变化的趋势，可为进一步试验指明方向。进一步地，步骤44中，在最佳热舒适方案上增加维护结构策略，模拟得到最佳组合的步骤具体包括：步骤441、根据案例确定围护结构基本类型；步骤442、建立模型以及软件模拟；步骤443、对模拟结果进行对比分析得出最佳组合。本发明与现有技术相比，具有如下优点和效果：(1)提出一种基于热舒适评价指标指导建筑设计策略的基本方法。由于过去并未对运动人群的热舒适标准做系统的分析与总结，部分建筑依照的热舒适标准也是基于静止或低强度工作人群作为参考指标，然而有研究表明，处于运动状态下的人体对外界环境刺激的敏感程度较静止状态下的人体要低，因此当人处于运动状态时，人体对于外部环境的热舒适评价指标范围将扩大。所以传统的热舒适参考标准并不能准确的评价非静止状态人群对外界环境的热舒适感受，因此在进行体育类或厂房类的大空间建筑设计时，这种基于热舒适评价指标指导建筑设计策略的基本方法将在被动层面提升建筑室内的舒适情况。而这种基本方法仅作为一种基本模式和基本策略，当运用到其他类型的建筑设计或针对不同使用人群时，亦可以用这种基本方法得出具有针对性的热舒适评价指标并指导建筑设计，真正做到以人为本，以其中使用人群的感受为基础，这也将是建筑设计的核心，对建筑设计具有重要的指导意义。(2)较以往的大空间建筑设计对地域性具有更强的针对性，完全结合当地地理气候环境作为设计的基础，最大化的利用建筑所在地的自然资源。(3)较以往的大空间建筑设计对使用人群具有更强的针对性，完全以主要使用人群主观感受为基础，针对主要使用人群设计出最优的室内环境方案，真正做到以人为本。附图说明图1为本发明实施例的流程示意图。图2为本发明实施例的广州地区训练馆建筑热舒适评价散点图。图3为图2添加二次多项式趋势线并显示公式示意图。图4为本发明实施例的模型平面检测点分布示意图。图5为本发明实施例运动热舒适结果分析表及热舒适结果趋势图。图6为本发明实施例的建模模型。图7为本发明实施所设置测量点示意图。图8为本发明实施例的屋面及其材料特性图表。图9为本发明实施例的外墙及其材料特性图表。图10为本发明实施例的初始模型参数特性图表。图11为本发明实施例的模型建立图表。图12为本发明实施例最佳热舒适方案上增加维护结构的模拟图表。图13为本发明实施对模拟结果计算的SET值分布图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。本实施例中，选取的模拟软件是CFD软件中的Airpak软件，在Airpak软件中建立实验模型，进行网格化处理，以广州地区全年气象数据为边界条件，进行热环境的模拟，即以广州地区的篮球训练馆建筑为设计对象，设篮球训练状态下人体的新陈代谢率为5.0met，服装热阻为0.26clo。广州地区位于北纬23.2度，西经113.4度，根据广州地区气象数据分析可知，夏季最不利点在七八两月，平均最高温的气象数据为33℃，湿度选择广州地区夏季全晴天情况下的平均相对湿度，取值50％。模拟的风环境以广州城市梯度风参数为基础进行计算，具体表达式为：其中：z1、u1分别为参考高度和参考高度处的风速，根据广州地区气象参数，分别选取10m和1.8m/s作为参考值；z、u分别为流域中某高度及该高度所对应的平均风速，风向正南向。如图1所示，一种有利于大空间建筑室内热舒适的建模方法，包括如下步骤：步骤S1、利用场地实测与问卷调查确定针对该建筑类型的热舒适评价指标；步骤S2、确定模拟模型的各项参数；步骤S3、根据建设要求建立初始模型和对比模型，进行软件模拟；步骤S4、分析模拟结果，得出最佳热舒适方案。具体而言，步骤1中，所述利用场地实测与问卷调查确定针对该建筑类型的热舒适评价指标的步骤具体包括：步骤11、搜集建筑建成所在地的气象数据，选取全年最热、最冷及过度季三个时间节点作为场地实测及问卷调查时间，测量时应选取当地的典型性天气条件，每个时间节点测量时间不少于2天，每个测量日的测量时间是9:00～18:00。本实施中所选择的时间为广州地区夏季、过度季和冬季，具体时间为2015年8月、10月和2016年1月，每月选取4天具有典型代表该月气候的测试日进行测试，分别对应于夏季最热时段，冬季最冷时段以及过度季时段，力求综合全面地分析被测建筑在全年各个时段的物理数据以及使用者感受；步骤12、选取建筑建成所在地若干相同类型建筑作为场地实测及问卷调查地点，本实施中选取广州地区三种不同基本形体(开敞式、半开敞式、封闭式)的篮球训练馆建筑，分别为：(1)伟伦体育场(开敞式)伟伦体育场属于开敞式类型。场地平面尺寸约为32m×53m，南北朝向，室内并排放置了三个标准篮球训练场地；球场净高约为10米。该馆的东、南、北面采用完全开敞，没有任何实体墙面进行阻挡；西面为三层办公用房。建筑屋面采用金属屋面结构，以重檐形式形成约2米的高侧通风口，下层出檐宽度约为1.5米；(2)华工体育场(半开敞式)华工体育场属于半开敞式类型。体育场位于华南理工大学五山校区的西湖西侧，与潇江路、西湖南路、东莞庄一横路相邻。体育场面朝东北向，并排放置了六个标准篮球训练场地；篮球场层高7.8m，平面尺寸约为32m×94m。该馆的东北面采用开敞，其余三个面均为半开敞形式的设计策略，在东北面外设有宽约6米的深远挑檐；建筑上层还有其他运动场馆及办公用房；(3)体校体育馆(封闭式)体校体育馆属于封闭式类型。体育馆位于天河区长兴路，2010年是广州亚运会的训练场馆。体育馆结构总高度20.4m，场地平面尺寸为60m×75m，场地四周设有约3000人观众席；体育馆四个侧界面均为实墙，仅在南面开有4个2m×3m的高侧窗；顶界面设有12个水平采光天窗，单个天窗尺寸约为2m×10m。步骤13、确定该建筑类型的主要使用人群作为问卷调查对象，本实施中所选择的调查对象均为正在进行篮球运动的人群，对象包括专业篮球运动员、各年龄层次的学生、老师、公司员工以及其他社会人士，其余非篮球运动及休息人员并不在此次问卷调查的范围之内，以此来确保问卷结果的适用性；步骤14、利用将场地实测计算得出标准等效温度SET，并与问卷调查得分结果汇总建立散点图，通过求解散点图趋势线方程得到该类建筑的热舒适评价指标。具体而言，步骤1中，所述场地实测的对象是影响人体热舒适的四个环境指标以及两个人体指标，环境指标分别为：空气温度、空气湿度、平均辐射温度及气流速度；人体指标分别为：新陈代谢率及服装热阻；场地实测的方法是将仪器测量点均匀布置在场地内，所选仪器为黑球温度计和热线风速仪：黑球温度计采用的是台湾衡欣AZ-8778，用于测量室内平均辐射ts。通过RS23与PC机联机进行分析，测量结果取运动场地中心点测量值，所述的台湾衡欣AZ-8778参数及量程为：黑球大小：直径75mm，空气温度：0～50℃(32～122℉)，准确度：±0.8℃，温度：(TG)：0～80.0℃(32～176℉)准确度：±1℃(室内)±1.5℃(室外)。型热线风速仪型号为TES-1341，用于测量室内空气温度ta，空气相对湿度φ与空气流速var。仪器的量程和系统精度完全可以满足测试需求，测量结果根据运动场地布点图计算，所述的热线风速仪参数及量程为：风速：0.1～30.0m/s，精确度：±3％，相对湿度：10～95％RH，精确度：±3％，温度：-10～60℃，精确度：±0.5℃。为保证建筑室内四个方向外界面内表面附近以及场地中部有测量点的布置，本实施所设置测量点如图7所示。测量点的设置根据《建筑热环境测试方法标准》规定，测量仪器距离地面1.1m的位置，即站立时人体手臂及胸口的位置，以便真实反应运动人群在运动过程中所感受到的物理环境因素。测量频率为10分钟记录一次，每小时数据求平均值；问卷调查的方法是与场地实测同时进行，每小时发放5～10份问卷，并根据问卷结果得分情况求得其每小时平均得分数。问卷样式如表1所示。表1具体而言，步骤14中，所述标准等效温度是将人体的热损失方程归纳为两个简单的具有相同形式的公式为根据，一部分是无蒸发的或称为显热损失，它是由辐射和对流产生的；另一部分是蒸发热损失。下面的分析导出了两个总放热系数，一个计算显热损失，另一个计算蒸发热损失：(1)有效显热放热系数h′有效显热放热系数h′确定了从温度为Tsk的皮肤表面到计算温度为T0的环境的热流量：R+C＝h′(Tsk+T0)，计算温度是空气温度与平均辐射温度的平均值，权系数分别为对流放热系数和辐射放热系数：T0＝(hrTr+hcTa)/(hr+hc)，综合放热系数是：h＝hr+hc，辐射放热系数通常是线性系数，feff＝0.72。对流放热系数对于强迫对流取：hc＝8.6v0.53，对于静止的空气，则有：hc＝1.16(M-50)0.39，人体自身活动所引起的相对空气流速同样被考虑在内。hc的最低限取为hc＝3W/㎡·K。上述三个hc分别代表三个情况，选取其最大值进行后续的计算。在分析中所用到的有效衣服热阻Iclo(单位clo)与平时的真正的衣服热阻间的关系为：Iclo＝Iclo-(fcl-1)/(0.155fclh)，衣服的热效率用Fclo计量，Fclo＝1/(1+0.155hIclo)，这个公式是从皮肤传到环境的总显热量用有效显热放热系数h′表示R+C＝h′(Tsk-Tc)，式中h′＝hFclo；(2)有效蒸发放热系数he′皮肤表面的蒸发热损失Esk(W/㎡)是感觉不到的扩散损失Eis(W/㎡)与热调节排汗热损失Esw(W/㎡)之和：Esk＝Eis+Esw，如果人体完全湿了，这时产生的蒸发热损失为最大蒸发热损失EmaxEmax＝LRhcfpcl(pssk-pa)，LR是刘易斯关系11.65/Pa(10-2K/Pa),pssk是皮肤温度下的饱和水蒸气分压力，pa是周围空气中的是实际水蒸气分压力。fpcl是渗透效率系数，对于正常的组织，其值由下式确定fpcl＝1/(1+0.143hcIclo)，皮肤的湿润度w为：w＝Esk/Emax，在不产生排汗调节热损失的温度下，Esk＝Eis＝0.06Emax总的排汗损失可以写为：Esk＝whe′(pssk-pa)，式中he′＝LRhcfpcl；(3)热平衡方程皮肤表面由辐射，对流和蒸发引起的热损失Hsk等于新陈代谢产生的自由能减去呼吸热损失，再减去做外功以及人体蓄热量：Hsk＝M-Eres-Cres-W-S，皮肤表面的换热等于显热和潜热损失之和：Hsk＝h′(Tsk-T0)+whe′(pssk-pa)，这个方程改写后可以表示在温湿图中pa-pssk＝-h′(whe′)[T0-(Tsk-Hsk/h′)]，温湿图用温度做横坐标，用水蒸气分压力作纵坐标，因此方程是一条有负斜率h′/(whe′)的直线，并通过点(Tsk-Hsk/h′,pssk)。这条直线对应于一个恒定的生理和感觉效应，也就是一条等标准有效温度线。标准环境中的水蒸气分压力为0.5pssk(102pa)，这里pssk是标准有效温度下的饱和水蒸气分压力；其热损失方程为Hsk＝hs′(Tsk-SET)+whes′(pssk-0.5psset)，hs′和hes′是标准环境中的两个综合放热系数。这个方程是标准有效温度SET的分析定义，并可用来计算SET。将场地实测数据带入上述公式可以得到各个测量点的SET值。具体而言，步骤14中，所述将标准等效温度SET与问卷调查得分结果汇总建立散点图，通过求解散点图趋势线方程得到该类建筑的热舒适评价指标的步骤具体包括：步骤141、将每小时场地实测结果平均值求得的标准等效温度SET作为横坐标，将将每小时问卷调查结果得分平均值作为纵坐标，利用EXCEL表格建立散点图，通过不同季节的场地实测及近2000份的问卷得到的广州地区训练馆建筑热舒适评价散点图如图2所示；步骤142、利用EXCEL表格为散点图添加二次多项式趋势线并显示二次多项式方程，得到方程为y＝0.00734862x2-0.3909465x+5.43503914，如图3所示；步骤143、利用Gagge等人建立的标准有效温度与热舒适评价表(表2)可知：表2即当Y小于0.5时的SET定义为舒适区间，将Y值处于0.5至1之间时定义为稍不舒适区间，当Y处于1至2之间时为不舒适区间，当Y大于2时为极不舒适区间，将Y＝0.5、Y＝1与Y＝2分别带入到二次多项式抛物线方程，可得到对应的X即SET值，根据上表的划分区间即可得到该类建筑的热舒适评价指标；将Y＝0.5、Y＝1与Y＝2分别带入到二项式抛物线方程可得：当Y＝0.5时，X1＝20.6，X2＝32.6；当Y＝1时，X1＝16.4，X2＝36.8；当Y＝2时，X1＝11.1，X2＝42.1。即当SET值在(18.7，28)区间时，篮球运动状态下的人体感受舒适；当SET值在(15.45，18.7)与(28，31.24)区间时，人体感受为稍不舒适；当SET值在(11.36，15.45)与(31.24，35.34)区间时，人体感受为不舒适；当SET值在小于11.36或大于35.34时，人体感受为极不舒适，由此可得表3：表3同时根据方程，当SET＝26.6时Y取得最小值，因此将SET＝26.6时定义为最佳运动热舒适。具体而言，步骤2中，所述模拟参数具体包括：(1)地理数据：当地的经、纬度，以广州为例，取值为北纬23.2度，西经113.4度；所处时区，以广州为例，取值为东8区等；(2)气象数据：全年最高气温与最低气温以及过度季时的日平均气温，以广州为例，取值为8月1日14:00，气温33°；全年相对湿度走势数据，取值为50％；全年风玫瑰图等，取值为正南向；(3)环境数据：当地的城市梯度风等，以广州城市梯度风参数为基础进行计算，具体表达式为：其中：z1、u1分别为参考高度和参考高度处的风速，根据广州地区气象参数，分别选取10m和1.8m/s作为参考值；z、u分别为流域中某高度及该高度所对应的平均风速；(4)默认材料：顶界面、侧界面材料，以EcotectAnalysis材料库为基础，如图8、图9所示。(5)离散参数，各控制方程残差收敛标准如表4所示。表4在数值传热学中，迎风格式的引入是为了克服由于网格Pe数小于0而导致数值解出现震荡，各个离散参数的设置如表5所示。表5(6)监测点设置等，在模型平面上均匀的布置了25个监测点，取距离地面1.1米高度，具体布置如图4所示，布置点的布置按照一定的规律编号，结果导出时可以直观的看出室内各个区域的模拟情况，各监测点编号与区域关系如表6所示，方便笔者进行统计与分析。表6具体而言，步骤3中，所述的根据建设要求建立初始模型和对比模型，进行软件模拟的步骤具体包括：步骤31、根据建设要求确定大空间建筑平面尺寸及建筑高度，根据实测对象建筑形体模式建立初始模型，尺寸L×W×H取值为34m×38m×10m，窗地比约为20％，具体如图10所示；步骤32、将初始模型不同因素分解，分解成屋面坡度、出檐深度、窗墙比、建筑高度等若干因素，在合理的范围内为每个因素选择3-4个变化水平，如表7所示；表7屋檐坡度出檐深度窗墙比建筑高度15°3m20％(封闭式)10m210°6m50％(半室外)12m315°9m80％(开敞式)14m步骤33、利用正交表对不同因素及不同水平进行组合，并根据因素的组合建立模型；一般的正交表记为：Ln(mk)，其中n是表的行数，也就是要安排试验的次数；k是表的列数，表示因素的个数；m是各因素的水平数。常见的正交表有L4(23)、L8(27)、L9(34)、L16(45)等，本实施选取L9(34)正交表，模型建立如图11所示；具体而言，步骤4中，所述的分析模拟结果，得出最佳热舒适方案的步骤具体包括：步骤41、根据步骤2对Airpak软件各项模拟参数进行设置，包括地理数据(当地的经、纬度，所处时区等)、时间数据(模拟的具体日期，选取全年最热、最冷以及过度季时期)、气象数据(模拟日期的最高气温与最低气温、湿度、环境的风速以及风向等)、环境数据(当地的城市梯度风等)、默认材料(顶界面、侧界面材料)、离散参数、监测点设置等。并对各个模型进行模拟；步骤42、模拟得出各监测点的空气温度、空气湿度、平均辐射温度及气流速度数据，并计算SET值，计算结果表8所示；表8点模型0模型1模型2模型3模型4模型5模型6模型7模型8模型9133.7833.6833.3633.3633.3733.3333.3733.1233.3033.48233.6833.5433.4933.2133.1333.1633.3932.8733.4633.66333.7833.6333.4833.2533.1333.2033.5032.8833.0633.68433.5933.4733.4633.1733.0633.1433.3632.8033.4033.64533.5033.3933.3333.3433.1733.2333.3332.9033.0933.46633.5433.4433.3233.3933.3933.4433.3533.1333.3933.49733.5533.3733.2733.3833.3933.4333.2933.3933.3233.46833.5933.3533.2733.3533.3633.4133.3133.3833.3733.44933.4533.3033.2933.3233.2733.3533.2533.3333.2733.461033.6533.4933.4033.4433.4033.4933.3733.4833.4033.681133.7333.5933.4333.5133.3233.4933.4133.5033.4333.611233.7333.5333.4333.5133.4433.4733.4233.4933.4033.691333.7633.4233.3333.3833.3933.3733.3133.5033.2633.511434.0233.5133.3333.4333.7333.4933.3833.6033.4233.471533.8433.5233.3433.4633.6133.5333.3533.7433.3833.481633.8833.6633.3933.4433.7933.5633.4033.5533.5333.521733.7633.6433.4933.4733.6333.4933.4233.2833.4533.701833.7233.7433.4833.4833.6433.5333.5533.3433.6633.731933.7033.5833.4533.4133.5733.4533.3733.2133.3833.692033.7533.5833.3733.4233.5533.5033.4133.4733.4333.642133.8533.5633.3533.3933.5133.4733.4233.4533.5033.592233.8633.6633.3933.4233.5733.4833.4833.4733.5333.622333.9733.5733.4033.4633.5833.4933.4833.4833.5233.632433.7933.5933.4233.4633.6133.5233.4533.5133.4733.672533.6633.7033.4033.4633.6233.5133.4733.4933.5333.68平均值33.7233.5433.3933.4033.4533.4233.3933.3333.4033.59步骤43、利用极差分析法判断各因素影响程度排序以及绘制因素与指标趋势图，得到最佳热舒适方案；步骤44、在最佳热舒适方案上增加维护结构策略，模拟得到最佳组合。具体而言，步骤43中，所述的极差分析法的步骤具体包括：步骤431、计算Kjm值、kjm值与Rj值，计算结果表9所示：表9其中Kjm为第j列因素m水平所对应的试验指标和，kjm为Kjm平均值。由kjm大小可以判断第j列因素优水平和优组合；Rj为第j列因素的极差，反映了第j列因素水平波动时，试验指标的变动幅度。Rj越大，说明该因素对试验指标的影响越大。根据Rj大小，可以判断因素的主次顺序。(1)计算Ki值。Ki为某一影响因素同一水平计算结果之和。以第一列因素A(屋顶坡度)为例：K1＝33.54+33.39+33.40＝100.32，K2＝33.45+33.42+33.39＝100.27，K3＝33.33+33.40+33.59＝100.32；同理可求得因素B(挑檐宽度)、因素C(窗墙比)、因素D(建筑高度)各自的Ki值。(2)计算各因素同一水平的平均值ki。以因素A为例：k1＝K1/3＝33.44，k2＝K2/3＝33.42，k3＝K3/3＝33.44，同理可求得因素B、C、D各自的ki值。(3)计算极差R。R表示某一因素不同水平之间的变化幅度。R＝Max(ki)-Min(ki)，以因素A为例：R＝k1-k2＝0.02，同理可求得因素B、C、D各自的R值。步骤432、判断优组合、主次因素及优水平根据正交设计的特性，对A1、A2、A3来说，三组试验的试验条件是完全一样的(综合可比性)，可进行直接比较。如果因素A对试验指标无影响时，那么kA1、kA2、kA3应该相等，但如果kA1、kA2、kA3不相等，说明A因素的水平变动对试验结果有影响。因此，根据kA1、kA2、kA3的大小可以判断A1、A2、A3对试验指标的影响大小。同理，也可判断因素B、C、D不同水平对试验结果的影响。判断出每个因素的最优水平之后即可得到本次试验的优组合方案，如表10所示：表10步骤433、绘制因素与指标趋势图，以各因素水平为横坐标，试验指标的平均值(kjm)为纵坐标，绘制因素与指标趋势图。由因素与指标趋势图可以更直观地看出试验指标随着因素水平的变化而变化的趋势，可为进一步试验指明方向，得到运动热舒适结果分析表及热舒适结果趋势图(见图5)。具体而言，步骤44中，在最佳热舒适方案上增加维护结构策略，模拟得到最佳组合的步骤具体包括：步骤441、根据案例确定围护结构基本类型，分为顶界面和侧界面：(1)顶界面：1.跌落式天窗；2.通风屋面；3.种植屋面。(2)侧界面：1.综合式遮阳；2.遮阳百叶。步骤442、建立模型以及软件模拟，如图12所示：其中种植屋面的构造如表11所示：表11步骤443、对模拟结果计算SET进行对比分析得出最佳组合，见图13和表12：表12点模型10模型11模型12模型13模型14模型15133.2333.0332.8732.9932.9033.25232.9532.5633.2332.7132.9533.25333.0032.5833.2432.7533.0133.24432.9432.5533.2232.7032.9633.24533.1532.9832.8632.8932.8833.22633.3633.2633.2233.1133.2233.24733.3633.2333.2133.1133.2233.24833.3533.2133.2033.1033.1933.23933.3133.1933.1533.0733.1433.181033.4233.2433.2033.1833.2033.251133.4333.2433.2133.1933.2232.941233.4633.2533.2033.2233.2233.061333.3533.2033.1633.1133.1633.191433.4433.2433.2233.1933.2333.261533.4733.2833.2433.2233.2633.271633.4833.3233.2433.2433.2633.291733.2732.9233.2333.0333.3033.271833.3332.9533.2333.0933.2933.261933.2632.9233.2333.0233.2833.272033.4033.2433.2233.1533.2733.282133.3833.2233.2133.1433.2333.302233.4133.2233.2233.1733.2533.302333.4433.2333.2233.2033.2633.302433.4533.2533.2233.2033.2933.282533.4233.2333.2233.1833.2833.28平均值33.3233.1033.1933.0833.1833.23由此可知，对不同围护结构策略进行模拟，其中增加种植屋面后得到的效果最佳，由此得到了广州地区最佳运动热舒适的训练馆建筑设计策略为屋顶坡度10°，挑檐宽度6m，窗墙比80％，建筑高度12m并增加种植屋面，模型如图6所示。本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3