[摘要] 本文是一篇建筑论文，本文通过对北京中青旅大厦在夏季及过渡季接，在
本文是一篇建筑论文，本文通过对北京中青旅大厦在夏季及过渡季接，在空调、外遮阳、通风天窗开启或关闭等多种条件下，对中庭天窗处的风速、中庭内的温度进行实测，研究建筑中庭天窗和遮阳对建筑热环境的改善作用和影响。
第1章 绪论
1.1 课题来源及研究背景和意义
1.1.1 课题来源
本课题来自中国建筑科学研究院应用基金项目《绿色建筑常用被动措施的技术性能研究》（项目编号：20120118641010070）。
1.1.2 课题的研究背景
20 世纪，人们经历了社会的快速发展、城市空间的巨大变化以及生活方式的现代化转变，人们给自己建造起了现代化的、更加坚固、明亮、舒适及使用方便的建筑。到 21 世纪，人们不得不面对城市化快速发展带来的全球性资源短缺和环境恶化等问题，可持续发展和低碳生活成为人们的共识和时代的主旋律.
建筑界也开始对现有的建筑思维模式进行反思，在建筑行业中推广贯彻符合可持续发展的“绿色建筑”理念，最大程度地开发利用自然能源，减少不可再生能源的消耗，成为一种必然趋势[2]。同时，结合我国现有的经济发展水平及人民生活水平，依靠被动技术降低建筑物的能耗需求，营造更加舒适健康的室内环境，往往用较小的投资就能达到更好的绿色效果[3]。
建筑中庭作为建筑中的公共空间，在办公、科研、商业等公共建筑中的应用越来越多，建筑中庭在促进室内自然通风、改善室内天然采光、提升室内热环境质量等方面，具有非常好的效果，基于此功能特性，建筑中庭不仅是体现建筑特色的技术手段，也是绿色建筑中的重要技术策略[4]。
建筑中庭通常具有高度大、容积大、透明部分多等特点，建筑中庭往往具有大面积的玻璃天窗和玻璃外墙，建筑中庭中人员活动区域主要集中在中庭底部，其上部中空部分是人员无法活动的区域。建筑中庭对室内热环境改善可以起到的主要作用来自于温室效应和烟囱效应[5-7]。
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1.2 国内外研究现
建筑中庭是与主体建筑相连的一个大的封闭空间，其高度相对较大并且至少有一面是玻璃幕墙或玻璃天窗[19]。国外首次设置建筑中庭是在 1967 年，在亚特兰大的海特摄政旅馆设置了建筑中庭，此后，世界各地建筑均开始采用建筑中庭的设计[20]。建筑中庭的特点是多层通高、容积大，并普遍具有大面积的玻璃天窗或者玻璃幕墙。
1.2.1 国外研究现状
目前，国外针对建筑中庭自然通风的研究应用主要是从理论、实验方法、模拟研究等方面，研究建筑中庭自然通风改善室内舒适性、自然通风策略、自然通风潜力等。目前，国外对建筑中庭的研究主要集中在以下两方面：一是利用建筑中庭形成的自然通风改善室内空气品质[21]；二是利用建筑中庭的自然通风改善夏季或过渡季的热舒适性问题，减少空调运行时间[22]。
在建筑节能方面，Abdelsalam Aldawoud 通过计算机模拟分析，得出结论是中庭由于大面积与室外空气接触，所以中庭的尺寸直接影响建筑能耗[23]。此 能 耗 损 失 主 要 来 自 于 围 护 结 构 传 热 损 失 和 玻 璃 的 太 阳 辐 射 影 响 。 Itai Danielski 等人通过对比分析设置中庭和无中庭的建筑能耗，得出结论是对于北欧气候，多层居住建筑设有中庭对于节能有显着的效果，但应注意不影响采光的同时避免过多的太阳辐射，天窗应设置可调节遮阳[24]。
在中庭自然通风方面，国外的理论研究和实践案例均很多，各种计算机模拟技术发展也相对成熟。例如美国辉瑞中心、德国柏林国会大厦改造工程、荷兰森林与自然研究所、德国法兰克福商业银行等建筑，这些建筑均有一个整体的节能设计理念，同时采用多种自然通风手段或机械辅助自然通风方法，并且不是单一运用自然通风技术，而是综合通风、遮阳、采光等几方面的多种技术措施形成集成设计手段，并在设计阶段反复利用计算机仿真模拟，对方案的构思和预案进行验证和选择，才能实现中庭的有效自然通风，并能根据季节的不同而调整通风策略和方法，真正降低建筑能耗[25-28]。Leila Moosavi 等人对马来西亚的一栋低能耗办公楼建筑的中庭进行了测试和模拟分析，得出结论是自然通风可以有效降低室内温度，中庭用于形成烟囱效应的通风开口非常重要[29]。此外，Malgorzata Krol 通过计算模拟研究发现，从自然排烟的角度不建议将取风口设置在中庭的迎风角落处[30]。
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第2章 建筑中庭温度的测试对象及测试方法
2.1 测试对象
本文选取的研究对象为北京中青旅大厦（以下简称“大厦”）。大厦位于东城区东直门内大街和东二环路交叉路口西南角，用地东临东二环、南至 B5 区地块、西临东二环西辅路、北临 B3 区地块。大厦总用地面积 8800.5m2，总建筑面积 65126m2，容积率 4.94%，绿化率 30.6%。建筑地上 20 层，地下 3 层，建筑高度 75m，标准层面积约 2500~2600 m2，标准层层高 3.6m。中青旅大厦实景如图 2-1 所示，其建筑平面如图 2-2、图 2-3 所示。
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2.2 测试方法
本课题通过对中青旅大厦东西中庭的各层空气温度进行逐时测量，对通风状态下通风天窗出风口的风速和空气温度进行逐时测量，并选取其中典型天气的记录数据，对不同工况日的数据进行分析和对比研究，从而掌握大厦利用中庭天窗和外遮阳对中庭内热环境作用的实际效果。
2.2.1 测试仪器选择
为避免对大厦的正常运营产生过大干扰，测试选取了自记式温度记录器。其 产 品 特 点 是 外 观 小 巧 ， 安 装 简 单 。 温 度 量 程 -50.00~120.00 ℃ ， 分 辨 率0.01℃，测量精度±0.2℃。可以对温度记录器的记录数据间隔、记录方式、开始记录时间进行配置，一枚电池可持续记录 3 个月以上，USB 接口方便将数据导入电脑。
屋顶天窗风速的测试采用热线式风速仪, 组合了热线及热敏电阻，可对环境风速、空气温度进行自动记录。低风速下也可快速准确测量。风速量程 0.00 ~ 40.00m/s，风速分辨率 0.01m/s，测量精度±（3%+0.03 m/s）；温度量程 0.0 ~ 70.0℃，分辨率 0. 1℃，测量精度±0.8℃。仪器可快速响应自动记录 20000 笔数据。有外接电源，USB 接口方便将数据导入电脑。
2.2.2 测点布置
建筑中庭主要测试不同高度处温度情况，分别从 1 层~20 层均布置温度测点，由于大厦运行要求不影响办公人员工作，测点需尽量隐蔽布置，同时测点位置避免太阳辐射及空调送风的影响。首层温度测点布置在大厦中庭内中央位置，放置在接待前台距地 1.4m 高度处，位置如图 2-8 所示。2 层~20 层分别在东、西中庭各层的南侧平台吊顶位置布置温度测点，测点距地约为 3.5m.
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3.1 工况一（关闭天窗、开遮阳、有空调）测试数据及分析......................... 17
3.2 工况二（关闭天窗、关遮阳、有空调）测试数据及分析......................... 19
3.3 工况三（关闭天窗、开遮阳、无空调）测试数据及分析......................... 21
第 4 章 基于天窗与外遮阳的中庭运行策略研究 ............................. 34
4.1 天窗启闭对中庭温度的影响分析 .......................................... 34
4.1.1 无遮阳时天窗启闭对中庭温度的影响分析 ............................. 34
4.1.2 有遮阳时天窗启闭对中庭温度的影响分析 ........................... 37
第4章 基于天窗与外遮阳的中庭运行策略研究
4.1 天窗启闭对中庭温度的影响分析
对于外窗开闭的影响效果分析，测试工况主要在过渡季节，室外温度较适宜，所以建筑未开启空调系统。本节主要分析在关闭空调、不采用遮阳时，天窗开启和关闭状态室内热环境情况。
4.1.1 无遮阳时天窗启闭对中庭温度的影响分析
在无空调、无外遮阳情况下，比较开、关天窗时室内热环境情况，室外环境参数及室内温度比较情况如表 4-1、表 4-2 所示。
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结论
本文通过对北京中青旅大厦在夏季及过渡季接，在空调、外遮阳、通风天窗开启或关闭等多种条件下，对中庭天窗处的风速、中庭内的温度进行实测，研究建筑中庭天窗和遮阳对建筑热环境的改善作用和影响。 通过对研究对象各工况的测试数据的分析研究，得出结论如下：
（1）中庭内温度与建筑高度成正比，中庭内建筑 2/3 高度以下温度梯度较小，2/3 高度以上温度梯度较大，关闭天窗、不开外遮阳、无空调时，顶层与底层温差最大可达 9℃，下午时由于西晒影响，西侧中庭温度比东中庭平均高 1.5℃。开启中庭天窗可有效排出中庭内热空气，有利于中庭内温度降低，建筑中庭内室内、外温差可减小到 0~6℃，尤其对西侧中庭的通风效果改善效果更为明显。
（2）开启天窗外遮阳更有利于中庭的降温，从而改善中庭周围的舒适度；开启天窗外遮阳时可以较好地控制建筑各层的室内温度，使用遮阳时底层室内外温差约为 2.5℃~5℃，顶层温差约为 0℃~4℃，采用遮阳时的室内热环境改善效果较好。开启天窗同时开启外遮阳，对降低中庭内温度的作用最为明显。
（3）夏季时，应开启中庭天窗，上午 9:00~11:00 时应开启东侧中庭外遮阳，11:00 后应开启西侧中庭外遮阳，为更好的降低中庭内的温度同时考虑节能，可仅开启建筑 2/3 高度以上的空调系统。建筑中庭的最高温度比室外最高温度出现的时间要延迟 2~3 个小时，为了获得舒适的室内温度，可提前 2 小时开启空调系统。
参考文献(略)
