基于使用者行为的湿热地区幼教建筑室内热环境动态评价及应用反馈方法研究

The refinement of green building design and management is one of the primary considerations in the sustainable development strategies in China. There is a practical but not fully studied problem for pre-school buildings in the hot and humid region - the mismatch between indoor thermal environment and occupant behaviors (i.e., personal activities of children and environmental behaviors of teachers). To address this problem, this project proposes a research concept: developing a dynamic quantitative evaluation method for the indoor thermal environment in pre-school buildings in the hot and humid region of China, aiming at providing guidance for building design and management. The main content consists of the following three stages: (1) This study builds a thermal comfort prediction model for children based on the deep neural network algorithm. The model is used to investigate the quantitative relationship between the indoor thermal comfort, personal activities of children, environmental behaviors of teachers and other relevant parameters. (2) Based on the data from the field study, this study establishes a dynamic quantitative evaluation method for the indoor thermal environmental quality of pre-school buildings. The evaluation results illustrate the annual fluctuations and distributions of the indoor thermal environmental quality and thermal comfort. Moreover, this study investigates the method to transform the evaluation results into specific optimization targets for further application. (3) The appropriate optimization methods are developed for the optimization of building design and the optimization of environmental behaviors, respectively. This study aims to improve the current evaluation method for indoor thermal environmental quality and provide quantitative guidance for building design and management.

本课题立足于我国可持续发展战略中绿色建筑精细化设计与管理的总要求，针对湿热地区幼教建筑所面对复杂使用者行为（环境调节行为及幼儿个体活动行为）与建筑室内热环境匹配度问题，以指导建筑设计与环境调控行为为目的，提出构架一套针对幼教建筑的全年动态热环境评价以及应用反馈方法。研究内容包括：（1）引入深度神经网络算法，建立幼儿热舒适预测模型，探讨幼儿个体活动行为、环境调控行为及其他因素与室内热舒适的定量映射关系。（2）基于监测数据及幼儿热舒适预测，构建可全面反映室内热环境及舒适度变化与分布规律的热环境动态评价方法，并通过对评价结果的分析及信息提取，将抽象评价结果转化为进一步优化应用中所需的具体优化目标。（3）分别针对环境调控行为优化及建筑设计优化给出各自适宜优化方法。本研究旨在完善和充实幼教建筑热环境评价方法体系，并为精细化建筑设计及管理提供量化指导依据。

本研究依照申请书的计划安排，在三年的研究期间内，先后完成了以下研究工作：(1) 湿热地区幼儿热感觉与热舒适评价模型构建：面对幼儿个体活动行为及新陈代谢的特殊性，不适宜使用经典PMV模型这一问题。本研究以实测及访谈数据为基础，将幼儿热舒适理论与幼儿保健学科相结合分析，依托幼儿友好型问卷，探索湿热地区幼儿热环境感知，建立了幼儿热环境评价模型。(2) 基于使用者行为的幼教建筑空间与热环境关联性研究： 根据幼儿独特的使用行为特征，以及幼教建筑环境行为特征，本研究通过现场考察、园方管理者及教师进行访谈、幼儿访谈以及热环境实测实验等方式从使用后评价的角度出发，探讨了幼儿园在运营过程中幼儿行为与幼儿园空间及其热环境的关联关系，并通过环境与行为评估，对幼儿园空间与环境设计方法提出建议。(3) 基于幼儿舒适度的湿热地区幼教建筑设计及调控模式优化策略：本研究使用幼儿热环境评价方法，选取热地区典型幼儿园，通过现场调研、实测实验以及计算机模拟等方法，对湿热地区幼儿园热环境调控模式及其组合方式进行研究，讨论了最适宜环境热舒适的幼儿园活动空间使用方式及环境调节模式。同时结合幼儿行为特征与成长需求，对绿色健康导向下的幼教建筑设计提出建议，为幼教建筑精细化设计提供参考。.(4) 教育建筑热环境关联建筑要素设计优化：将热环境评价结果落实于环境优化设计，对湿热地区教育建筑的建筑构件、建筑立面进行精细化优化设计，这些优化结果不仅可以提高湿热地区幼儿园热环境，节约建筑能耗，同时，类似的设计方法还可以为湿热地区其它类型公共建筑改善热环境提供参考，具有更广泛的推广价值。