基于動態采光評價的天津市養老建筑天然采光優化探討范文

論文價格:150元/篇 論文用途:碩士畢業論文 Master Thesis 編輯:vicky 點擊次數:
論文字數:55859 論文編號:sb2021083009525537124 日期:2021-09-06 來源:碩博論文網
本文僅僅針對養老的天然采光進行模擬及多目標優化,但養老建筑中其他的物理空間環境也存在一定問題,在今后的研究中可以考慮將其他的更多的建筑空間物理指標作為優化指標,實現養老建筑的室內多個物理環境的同時最優。期望隨著我國老齡化進程的推進,養老建筑在最大程度的緩解社會養老壓力的同時,能夠保證環境的逐漸提升,為老年人提供更舒適的居住環境。
 
第 1 章  緒論

1.1  研究背景及研究意義
1.1.1  研究背景
(1)人口老齡化問題嚴峻,養老建筑需求量增加
人口老齡化是指人口生育率和人均壽命延長導致的總人口中因為年輕人口數量減少、年長人口數量增加而導致的老年人口比例相應增長的動態。國際上對于老齡化社會有明確的定義,即:當一個國家或地區60歲以上老年人口占人口總數的10%,或65歲以上老年人口占人口總數的7%。根據第七次人口普查數據顯示,我國60周歲以上人口已占總人口數的18.7%,其中65周歲占總人口的比重為13.5%,老齡化程度進一步加深。《老齡藍皮書—中國老齡產業發展報告》明確提出,我國目前已經步入并進入老齡化社會的加速階段,報告對未來我國的老齡化進程進行了預測:2030年我國將成為全球老齡化最高的國家,2050年左右,我國65歲以上老年人人口比例將達到35%左右[1]。一系列的數據和現象表明,我國正處于并將長期處于老齡化社會,面臨老齡化社會的眾多問題。
隨著計劃生育一代成長逐漸成為社會的主要勞動力,以及目前二胎政策的開放,導致“一子多老,一子多小”的現象在未來將會日益嚴重,社會主要勞動力的養老壓力陡增。與傳統的居家養老相比,機構養老在此方面具有明顯的優勢。針對繁重的老齡化壓力和復雜的老齡化問題,國家開始出臺一系列的措施面對老齡化問題。在“十二五”規劃強調:  建立以居家為基礎、社區為依托、機構為支撐的養老服務體系,拓展養老服務領域,實現養老服務從基本生活照料向醫療健康、精神慰藉等方面的延伸[3]。在國家的引導下,各個地方也推出相應的政策與方針。北京市提出“9064”的養老服務模式[4],上海市提出“9073”養老格局[5]以及天津市提出的“973”養老服務體系[6]。一系列的現象和數據顯示,面對當前的老齡化現狀,養老建筑在解決老齡化問題中將會扮演重要的角色。
表 1-1 2019 年國家統計局人口數據
表 1-1 2019 年國家統計局人口數據 
...........................

1.2  國內外研究現狀
1.2.1  國外研究現狀
歐美和日本這些發達國家,在上世紀七十年代就已逐步進入老齡化社會,相較于中國,其他國家因為人口基數和相關政策問題,發達國家的老齡化進程較為緩慢[11]。目前,歐美等發達國家在應對老齡化各方面問題上已經形成了一套較為完整的體系。但因發展階段等各方面因素的差異,目前在解決我國老齡化問題上,仍需要結合我國的實情進行相應的細致化研究。
在養老建筑的天然采光研究方面,國外的研究較為全面,涉及到生理、心理等因素,且相應的標準值也較為完善,在這一領域日本和美國學者的研究成果較為豐富。Philomna .M等人研究了聲光熱環境對老年人生理和心理影響,研究發現光環境方面與老年人的生理節律、心血管疾病、睡眠障礙和心理疾病存在一定的聯系,直接影響老年人的生理和心理健康[9]。日本學者笹本康太郎研究發現,相較于其他居住空間的物理環境,光環境對老年人的精神健康的影響權重占比最大[7]。日本建筑學會在解決養老建筑的光環境問題方面具有眾多成果,對老年人居住空間舒適照度等方面進行了詳細的研究,并制定了要求和規范。在光環境標準制定方面,日本學者橫田健治針對老年人視覺特征,在1996年提出了老年居住建筑的照度推薦標準值[10]。日本照明工程學會以及美國照明工程學會(IES)均制定了符合本國國情和養老現狀的老年居住建筑照度標準,對本文的采光設計標準具有一定的參考價值[11][12]。
動態采光研究方面,隨著 Climate-Based-Daylight  Modeling(CBDM)定義的提出,國際學者由傳統的靜態采光評價轉向以地域、氣候為基礎的動態采光評價。Perez 于 1993 年提出的 Perez 天空模型成為目前動態采光研究的基礎,為各建筑的類型的動態采光提供全年典型氣候信息[13]。隨著研究的深入,國外學者和研究人員發現缺少相應的動態評價指標對建筑的天然采光進行評價,因此逐步提出了采光量(Daylight Autonomy,DA)[14]、有效照度(Useful Daylight Illuminance,UDI)[15]、年曝光量(Annual Light Exposure)[16][17]等,天然采光眩光率 DGP(Daylighting Glare Probablity)[17]。其中 DA、UDI 已經在目前的各類建筑的動態采光評價中的得到應用,ASE 也已被列為 LEED 的參評指標[19]。
.................................

第 2 章  相關概念及天津市養老建筑調研

2.1  相關概念定義及要點
2.1.1  養老建筑定義
養老建筑又稱養老設施,是為老年人提供居住、生活照料、醫療保健、文化娛樂等方面生活需求的建筑通稱[34],為老年人提供一個集中型的居住和生活場所,其類型包括養老院、老年日料中心等。養老建筑根據服務對象、內容和功能可以分為“機構型養老”、“居家型養老”和“社區型養老”,本文的研究對象主要是機構型養老建筑,其包括養老院、老年護理院等類型,特點在于可以滿足各年齡段及各自理能力等級的老年人長期居住于此,其生活配套設施齊全,是老年人集中型的居住和生活場所。
本文選擇機構型養老中的居室空間作為研究對象,居室空間作為老年人使用頻率最高的空間,其天然采光質量的好壞,與提高老年人的生活質量密切相關。此外,目前雖有學者對養老建筑居室空間進行天然采光的研究,但多集中于靜態采光的研究,本文的動態采光研究對其天然采光優化具有一定的參考彌補和參考。
2.1.2  天然采光評價指標
2.1.2.1  靜態天然采光評價指標
國內目前的大多數天然采光標準仍采用靜態采光的相關指標進行建筑光環境質量的評價,但因其局限無法滿足現實的需求。靜態采光指標大概包括采光系數、天然采光照度、天然采光均勻度以及眩光指數等。
(1)采光系數
在現階段的天然采光評價體系中,采光系數(Daylighting factor)是作為采光評價體系中使用最為廣泛的參數,其定義為“室內給定水平面上某一點由全陰天天空漫射光所產生的光照度和同一時間同一地點,在室外無遮擋水平面上由全陰天空漫射光所產生照度的比值”[35],公式為 DF=(E室內/E室外)×100%。盡管現階段采光系數是使用最為廣泛地評價指標,但是其本身也存在缺陷,例如其無法反應建筑物朝向、時間、天氣等信息,無法全面的反應真實的建筑天然采光信息。《建筑采光設計標準》中對各類建筑空間的采光系數做了明確的規定。
........................

2.2  天津市養老建筑現狀調研
2.2.1  天津市光氣候特征
我國幅員遼闊,由此造成的不僅是氣候的上的差異與氣候分區,在光氣候分區上也存在南北差異明顯,有明確的區域劃分。根據圖 2-1 中國的光氣候分區圖所示,天津市全域均屬于Ⅲ類光氣候區。天津市的光氣候主要具備以下特征:(1)天津市緯度較高,采光間距比低緯度地區較大,所以在滿足采光標準等方面難度更大。(2)冬季的太陽高度角相對于其他季節低,天然采光的入射深度更深,但日照時間短,室內光環境較差。(3)天津市全年正午太陽高度角為 27°~74°,夏至日正午最高為 74°,冬至日正午最低為 27°。
圖 2-1  中國光氣候分布圖
圖 2-1  中國光氣候分布圖 
...............................

第 3 章  天津市典型養老建筑天然采光動態模擬分析 ....................... 27
3.1 Ladybug 和 honeybee 軟件介紹 .................................... 27
3.2  運行典型養老建筑全年動態采光模擬 ....................... 29
第 4 章  基于動態采光評價的天津市養老建筑多目標優化研究 .............................. 47
4.1  優化算法理論與軟件平臺 .................................... 47
4.1.1  多目標算法理論 ...................... 47
4.1.2  多目標優化算法在建筑設計中的應用 .............................. 48
第 5 章  基于動態采光評價的天津市養老建筑設計策略 .......................................... 77
5.1  養老建筑居室空間采光設計標準推薦值 .................................. 77
5.2  建筑平面設計策略 ................................. 78

第 5 章  基于動態采光評價的天津市養老建筑設計策略

5.1  養老建筑居室空間采光設計標準推薦值
確立養老建筑的照度標準,是進行養老建筑天然采光設計的基礎。與老年人相關的照度標準和規范在《GB50340-2016  老年人居住建筑設計規范》和《JGJ450-2018  老年人照料設施建筑設計標準》中有不同的規定。前者對老年居住建筑居室空間在進行一般活動是要求為 100lx,進行閱讀等活動時要求為 200lx,后者對老年人照料設施進行一般活動是要求為 150lx,進行閱讀等活動時要求為300lx。此外對國外養老建筑或老年人居住建筑居室空間照度標準進行總結(如表 5-1),相較于國內標準,國外對照度水平要求較高。主要原因是由于國外老齡化時間較早,在養老建筑的建設和完善方面相比較我國也較早,加之人口基數和相關人口政策問題,我國目前的養老建筑照度標準無法短時間內提升至發達國家水平。
在對天津市養老建筑中的老年人進行主觀調研問卷后總結發現,相比較于100lx,200lx 時老年人在進行一般活動時的舒適度評價較高。在 400lx 時進行閱讀等精細活動時評價比 200lx 和 300lx 高,在 500lx 和 600lx 時的相較于 400lx 無明顯提升。結合國內外現有標準和推薦值,本文建議養老建筑照度標準建議一般活動為 200lx,精細活動要求照度為 400lx,在進行養老建筑居室空間天然采光設計過程中,建議以此為基礎。
表 5-1 國內外老年居住建筑室內照明設計標準的比較
表 5-1 國內外老年居住建筑室內照明設計標準的比較 
............................

第 6 章  總結與展望

6.1  總結
隨著我國老齡化程度的加深,養老建筑的設計越來越受到重視和完善。當前,養老建筑的各方面的研究正在持續的深入,相關的標準也正在制定。但目前現有的養老建筑在光環境方面仍存在較大的問題,造成此類的問題是多方面的,一方面由于對老年人的視覺特點認識不足,一方面由于相關標注及策略并不完善。
本文通過對天津市養老建筑進行調研,總結出典型建筑空間模型,針對天津市典型養老建筑模型進行動態天然采光模擬,發現典型養老建筑室內存在的自然采光問題,然后基于典型養老建筑模型,決定決策變量的閾值范圍,以動態采光評價指標作為優化指標,進行養老建筑多目標空間優化研究,主要得出以下結論:
(1)現行相關標準中,對于養老建筑的照度標準為:一般活動不低于 100lx,閱讀等精細活動不低于 200lx,但是在調研過程中現行標準值相較于 200lx 和400lx 這一標準,在舒適評價方面后者評價更高。依據現行標準和國內外研究,制定了主觀調研方案,最終提出養老建筑室內老年人進行一般活動不低于 200lx,進行精細活動不低于 400lx 的參考值。
(2)根據對天津市養老建筑的調研,總結出天津市典型養老建筑模型。
(3)與傳統的靜態采光評價相比,動態采光評價能夠更加真實、全面的反饋全年的照度情況,對天然采光的設計有更深的參考價值。
(4)基于動態采光評價指標,對天津市典型模型進行全年 8760 小時的 DA、UDI、ASE 和 DGP 動態采光指標模擬。全年的動態模擬結果顯示,天津市典型養老建筑室內天然采光照度分布不均,遠窗端照度長時間段不足,近窗端眩光問題較為嚴重,尤其是冬季時段更為嚴重。
參考文獻(略)
国色天香精品一卡二卡三卡