基于光环境与节能的教学建筑优化方案设计

王彦钧　孔祥鑫　陈彦桦

摘要：随着城市化进程的不断加快，节能环保成为当前建筑发展的重要课题。如何在提高教室光环境舒适度的同时节约能源和保护环境，是当前教学建筑设计的热点。设计师在方案初期通过调整建筑布局模式与体型系数等方式，在创造空间趣味性的同时，减少可能产生的建筑能耗，在方案后期，设计师可以优化建筑设计参数，利用软件模型寻找最优的设计方案。其中外窗的设计参数对室内光环境有很大的影响，大面积的玻璃窗允许较多的光线进入室内，虽然提高了室内的视觉舒适度，但可能导致过多的热量增加或流失，从而增加建筑能耗。影响外窗性能的主要参数有窗户面积、玻璃材质和遮阳方式等。基于此，本篇文章对基于光环境与节能的教学建筑优化方案设计进行研究，以供参考。

关键词：光环境与节能;教学;建筑优化;方案设计

引言

学校是学生接受基础教育的重要场所，更是未成年人身心发育的关键环境，因此对于学校而言，不仅要通过课程学习、教学方法、教师水平等方面促进学生的发展，更要利用学校建筑的设计价值，即通过建筑光环境与节能等多方面因素推动环境对学生的教育影响，实现学校建筑设计的突破与创新。

1学校建筑发展

目前，我国学校教育在不断深化改革过程中，量变渐渐向质变转化，学校文化主要是由物质文化以及精神文化等部分构成的，文化建设逐渐成为促进学校向上发展的重要部分。而物质文化是整个学校校园文化的表层部分，其构成部分之一就是建筑文化。一所学校的建筑文化，代表着这个学校的过去和将来，最直接地体现了学校的物质文化。我国学校教育改革的一个方面是要做好教育规划，来均衡地发展教育，使越来越多的学生能够接受更为优质和多元化的教育，而学校建筑规划就是教育规划中的一个非常重要的方面。现在的中国已经进入了国家经济、社会、文化发展的关键时刻，文化是团结广大人民、凝聚所有民族的重要力量，也是体现国家竞争力的因素之一，丰富我国人民精神文化生活是当代社会不断发展的要求。校园文化也是我国文化建设的核心之一，它对学生的成长教育有直接影响，更是我国社会文化的重要组成部分。我国提出用先进发展的观念去建设社会文化，从而能够更好地增强我国的综合文化软实力，因此，各大高校也在进行响应，致力于提升学习文化建设的质量，其中，学校建筑文化作为构成部分之一，受到了越来越多的关注。

2校园建筑设计中空间的重要性

在进行学校建设的过程中，主要负责对建筑的空间组合做出考量，确保所运用的空间组合能够促使学生的学习需要得到满足。这就要求在进行中学校园建筑设计工作的过程中，相关部门与工作人员应当与时俱进，注重紧跟社会时代的发展步伐，将空间组合系统运用于中学校的建筑设中，从而在最大程度上将空间利用起来，促使空间利用效率得到提升，还可以确保所建构的环境更加适宜学生的学习，有助于学生身心的健康发展，实现学生综合素养的提升，为学生日后的学习奠定更加良好的基础。在具体的设计工作中，应当关注窗户的材质、尺寸、厚度、遮阳等内容。在进行玻璃材质选用的过程中，注重确保其厚度的适中性，科学确定透明度，这样有助于提升教室的光线效果，还可以对学生的视力起到一定的保护作用。倘若所选用的玻璃材质过薄，并且具备比较突出的透明度，在冬季，临近窗户的学生容易出现感冒问题，对学生的身体健康造成不利影响，也在一定程度上削弱了教室环境空间设计效果。在开展教室环境空间设计工作的过程中，需要高度重视室内的通风效果，通过良好的通风效果，促使教室整体空间设计的科学性得到提升，与此同时，还可以对教室内部的温度起到良好的调节作用。因此，在设计教室环境空间的过程中，可以将窗户位置的设计确定为重点内容。在进行窗户位置设计工作时，应当与教室的具体情况紧密联系起来，并对广大师生的实际需要做出系统考量，合理确定相关的门窗。在开展教室门选择的过程中，为了确保广大师生的安全，注重预留出疏散空间，该空间所容纳的人数为100人。在各间教室中，所设计门的数量应当为2个，合理控制教室门与门之间的距离，二者之间的距离应≤15m。

3基于PHPP的建筑整体能耗分析

基于PHPP的参数模拟分析。通过软件模拟调节外墙厚度，计算供暖负荷和制冷负荷的变化，数据显示，随着外墙厚度的增加，供暖负荷和制冷负荷逐渐降低，在外墙厚度达到250毫米以后，供暖负荷和制冷负荷降低量幅度下降，因此选择外墙厚度为250毫米。通过软件模拟调节地面厚度，计算供暖负荷和制冷负荷的变化，数据显示，随着地面厚度的增加，供暖负荷和制冷负荷逐渐降低，但是在地面厚度增加到100毫米之后，供暖负荷和制冷负荷降低量幅度下降，因此选择地面厚度为100毫米。通过软件模拟调节屋顶厚度，计算供暖负荷和制冷负荷的变化，数据显示，随着屋顶厚度下降，供暖负荷和制冷负荷需求下降，但是在屋顶厚度达到150毫米以后，供暖负荷和制冷负荷变化幅度下降，因此屋顶厚度选择为125毫米。通过对比供暖、制冷负荷和供暖、制冷需求的变化，在考虑经济性的前提下选取最合适的外围护结构保温层厚度。运用同样的方式模拟出外墙选择250mm厚石墨聚苯板、地面选择100mm厚挤塑聚苯板、屋顶选择125mm厚挤塑聚苯板。

4基于光环境与节能的教学建筑优化方案设计

4.1光环境优化

1）优化室内自然采光，提供高效视力环境;2）通过室外可调遮阳、内遮阳、控制灯具统一眩光評级等措施，有效减少眩光影响;3）合理选择灯具的色温与照度参数，兼顾不同时间段及功能区下人体的需求，减少对身体生物钟的干扰。以教室为例，教室采用LED护眼灯，显色指数90，色温3000K，功率因数0.9;教室课桌面的照度达到308，均匀度为0.78，防眩光指数UGR设计值14.2，满足标准的要求（UGR低于19）。

4.2绿色施工

1）水资源的节约利用。制订并实施施工节水和用水方案，监测并记录施工区、生活区的水耗数据;通过监测水资源的使用，安装小流量的设备和器具，在可能的场所重新利用雨水或施工废水等措施来减少施工期间的用水量，降低用水费用。2）节约电能。制订并实施施工节能和用能方案，监测并记录施工区、生活区的能耗通过监测利用率，安装节能灯具和设备，利用声光传感器控制照明灯具，采用节电型施工机械，合理安排施工时间等降低用电量，节约电能。3）减少材料的损耗。80%以上的钢筋采用专业化生产的成型钢筋，降低钢筋损耗;通过细致的采购，合理的现场保管，减少材料的搬运次数，减少包装，完善操作工艺，增加摊销材料的周转次数等降低材料在使用中的消耗，提高材料的使用效率。4）可回收资源的利用。在施工现场建立废物回收系统，再回收或重复利用在拆除时得到的材料，减少施工中材料的消耗量或通过销售来加企业的收入，也可降低材料运输或填埋垃圾的费用。

结束语

综上所述，对于学校建筑的建筑文化设计关键方面的分析是非常具有现实意义的一项研究，是推动教育发展以及建筑文化发展的一个重要方面。

参考文献：

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[4]闫阳.“智能镜面”在某大学教学楼中的节能应用研究[D].北方工业大学，2019.

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