基于储能与热调节的生态建筑热缓冲空间设计研究

Thermal buffer space is the transitional space between main building space and outdoor environment, with the role of regulating the internal thermal environment of building. Based on the two key elements of buffer space: thermal storage capacity and thermal regulation speed,this subject study the interaction of buffer space with indoor space and outside environment, to find the relation between the factors,with methods of experiment study and computer simulation.Theoretical model will be built to describe the function of thermal buffer space in buildings. Based on that we will do quantitative analysis on design strategy of buffer space, and extracting design strategies with the two key elements above. The purpose of this research is to establish the theory of building thermal buffer space and its design pattern language, which are easy to grasp and apply for architects.

建筑热缓冲空间是位于建筑主体空间与室外环境间的过渡层，能够起到调节建筑内部热环境的作用。本课题基于热缓冲空间的储能性能以及热调节率两个要素，运用实验研究与计算机模拟研究相结合的方法，分析热缓冲空间与建筑室内和室外热环境之间的相互作用，理清各个影响因素间的关系，建立理论模型来描述空间的气候缓冲功能；在此基础上，对热缓冲空间的设计策略进行量化评价，提炼出基于储能与热调节的建筑热缓冲空间设计模式。本研究旨在建立在建筑设计实践中易于掌握和应用的建筑热缓冲空间理论及设计策略体系。

建筑热缓冲空间是位于建筑主要使用空间与室外环境之间的过渡空间，可作为气候调节的容器，用来调节主要功能空间的热环境，实现建筑内部微气候与室外气候之间的缓冲过渡。本课题研究抓住热缓冲空间的两个共性因素——蓄热能力和换热速率调节，分析热缓冲空间与建筑室内和室外热环境之间的相互作用，建立了理论模型；研究中用数学模型论证了热缓冲空间的传热过程，针对简化的热缓冲空间物理模型，搭建了两个小实验房用于实测对比，并运用计算机模拟的方法对结论进行了验证和拓展。基于热缓冲空间的理论框架，研究中探讨了热缓冲空间可用的多种蓄热形式，以及调节换热速率的方法，对这些策略的应用效果进行了分析；研究中以历届SD太阳能十项全能竞赛的参赛作品为例，对各建筑作品中的热缓冲空间设计策略进行评价，在此基础上对热缓冲空间进行分类描述，分为中庭式、包围式、外廊式和辅助空间式4个类别，并对各种类别热缓冲空间的蓄热、遮阳、通风、采光等设计策略进行了探讨。研究探讨了热缓冲空间技术在建筑中的实际应用，分析了大量的建筑设计案例，包括历届SD竞赛中的零能耗建筑作品、福建传统民居中庭院和檐廊等不同形式的热缓冲空间，以及对高层住宅中的内天井和内庭院等空间形式；并将热缓冲空间的理念应用于绿色建筑实践中，设计建造了“Sunny Inside”和“Nature Between”等建筑案例。