作為建筑室內(nèi)外的過渡區(qū)域，中庭空間擔(dān)負著調(diào)節(jié)和改善建筑內(nèi)部物理環(huán)境的重要任務(wù)，而通過塑造建筑形體來獲得或屏蔽太陽輻射得熱的設(shè)計手段能減少建筑物能源消耗。對適應(yīng)氣候的建筑空間形態(tài)的研究是為強化“自然做功”在氣候管理中的效率，將建筑用能“源頭減量”作為優(yōu)先原則，而非僅依賴甚至過度依賴以設(shè)備為主體的能效“末端控制”。目前，對中庭空間形態(tài)與其物理環(huán)境關(guān)聯(lián)性的研究主要集中在通風(fēng)、采光等方面，由于嚴寒地區(qū)建筑物的氣候適應(yīng)性以適寒為主，冬季保溫消耗的能源也是建筑能源消耗的主要部分，因此嚴寒地區(qū)建筑節(jié)能應(yīng)以減少冬季供暖能耗為主要途徑。中庭空間可通過透明圍護界面吸收來自太陽的輻射熱量，如何通過空間形態(tài)設(shè)計高效地加以利用是一個值得研究的問題。1、研究方法1.1研究對象及區(qū)域本研究的對象選取中小型公共建筑的中庭空間，在控制其他變量不變的前提下探究不同形態(tài)的中庭空間對周邊房間間接輻射得熱量的影響；研究區(qū)域為嚴寒地區(qū)，根據(jù)冬季時長和1月平均氣溫等指標(biāo)劃分為A,B,C3個子氣候區(qū)，為進一步探究各子氣候區(qū)研究結(jié)果的異同關(guān)系，按緯度從高到低選取IA區(qū)的呼瑪、海拉爾、伊春，其冬季時長均在8~9個月，1月平均氣溫在–28~?–22?℃之間；選取IB區(qū)的哈爾濱、牡丹江、二連浩特，其冬季時長在7~8個月，1月平均氣溫在–22~?–16?℃間；選取IC區(qū)的沈陽、呼和浩特、大同，其冬季時長在6~7個月，1月平均氣溫在–16?℃以上。1.2優(yōu)化模型構(gòu)建本研究利用正交試驗法對試驗過程進行優(yōu)化。本研究由于影響試驗結(jié)果的變量較多，且不同設(shè)計變量間組成的試驗方案數(shù)量較多，利用“正交表”可合理篩選出具有代表性的因素組合，并能直觀地分析出因素的主次關(guān)系、因素與指標(biāo)的關(guān)系及各因素的最優(yōu)組合與最不利組合。在方案的概念設(shè)計階段，中庭的熱環(huán)境與空間布局直接相關(guān)，也與其比例尺度及剖面形態(tài)關(guān)聯(lián)，故本研究選取平面布局（A）、長寬比（B）、空間高度（C）、剖面形態(tài)（D）4個設(shè)計變量。中庭在建筑中的布局方式多樣，嚴寒地區(qū)常見的布局主要有核心式、嵌入式以及邊庭式3種。考慮到平面的長寬比大于2∶1時會影響其使用功能，故以1∶1和2∶1作為上下限值選取3個梯度；由于小型公共建筑的層數(shù)多為4層以下，因此中庭空間的高度選取6?m、9?m、12?m3個水平；公共建筑中常見的中庭空間剖面形態(tài)主要有矩形、A形及V形3種形態(tài)，本次研究中以中庭空間墻面與地面之間的夾角（以下簡稱墻地夾角）作為剖面形態(tài)的量化指標(biāo)，故選取墻地夾角為60°、90°、120°3個水平。由于本次研究中有4個變量，且每個變量均有3個水平，不同變量與水平之間的組合方式達81種，致使試驗過程繁雜。為優(yōu)化試驗過程，選用L9（34）型正交表，利用正交試驗法中不同水平的組合原理，任一列中各因素出現(xiàn)的次數(shù)相等，篩選出最具有代表性的9組方案。1.3模擬方法及模型構(gòu)建在中庭空間平面尺寸為16?m×16?m的基礎(chǔ)上進行變化，將中庭面積占建筑面積的比例控制在25%左右（嵌入式與邊庭式除外），周邊房間的層高設(shè)置為3?m，平面尺寸為8?m×8?m（中庭平面長寬比為4∶3的方案除外）。模擬日期選擇各研究地區(qū)當(dāng)?shù)氐钠骄罾淙?，氣象?shù)據(jù)選取由清華大學(xué)和中國氣象臺聯(lián)合收集的1971—2003年實測氣象數(shù)據(jù)。建筑方案設(shè)計對建筑能耗影響較大的因素包括建筑朝向、房間布局、窗墻比、圍護結(jié)構(gòu)主要熱工參數(shù)等，由于本研究主要探討中庭空間不同布局形式及空間形態(tài)對周邊房間間接輻射得熱的影響，為避免其他因素對試驗結(jié)果產(chǎn)生干擾，故在研究中確保各方案朝向均為正南向，圍護結(jié)構(gòu)的構(gòu)造做法全部一致，外墻均不開窗，建筑內(nèi)部不設(shè)任何主動式設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，將中庭空間與周邊房間分別設(shè)置為2個獨立的計算區(qū)域，對周邊房間的區(qū)域間得熱（即周邊房間從中庭空間獲取的熱量）進行模擬計算，從而確定各方案的中庭空間周邊的房間在不同研究地區(qū)平均最冷日24?h內(nèi)通過中庭空間間接獲取的輻射熱量。2、模擬與計算本研究利用L9（34）正交表篩選出中庭空間各設(shè)計變量的9個方案。在分析了9個地區(qū)計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，得知中庭空間的4個設(shè)計變量在各研究地區(qū)的氣候條件下對周邊房間得熱量的影響趨勢基本一致，因此選取海拉爾市（IA區(qū)）、哈爾濱（IB區(qū)）、呼和浩特（IC區(qū)）3個地區(qū)的計算與分析結(jié)果作為論述對象。3、分析與討論通過對嚴寒地區(qū)3個子氣候代表城市各方案的模擬與計算，對各研究地區(qū)影響試驗結(jié)果的設(shè)計變量的主次進行排序，并對不同方案的優(yōu)劣關(guān)系進行評價。3個地區(qū)的極差排序均為R1＞R4＞R2＞R3，即建筑中庭空間的各設(shè)計變量對周邊房間影響的主次關(guān)系為：A（平面布局）＞D（墻地夾角）＞B（長寬比）＞C（空間高度），因此可知中庭空間的平面布局方式是對周邊房間得熱量影響最大的設(shè)計變量。在各組試驗方案中，中庭空間選擇核心式布局、平面長寬比為1∶1、空間高度為6?m、墻地夾角為45°的設(shè)計模型為最優(yōu)方案；中庭空間選擇邊庭式布局、平面長寬比為2∶1、空間高度為12?m、墻地夾角為120°的設(shè)計模型為最不利方案。在上述分析的基礎(chǔ)上，對中庭空間單一設(shè)計變量與周邊房間平均得熱量之間的關(guān)系做進一步分析。各研究地區(qū)周邊房間得熱量在中庭空間設(shè)計變量A（平面布局）影響下的變化趨勢，表明隨中庭空間平面布局以核心式、嵌入式、邊庭式的順序發(fā)生變化，周邊房間的得熱量逐漸下降。其主要是不同的布局方式與外界直接接觸的圍護結(jié)構(gòu)表面積的大小不同，核心式中庭位于建筑的內(nèi)部，只有頂部的界面與外界直接接觸；嵌入式中庭位于建筑的邊緣位置，有2個與外界直接接觸的圍護界面；邊庭式中庭位于建筑外墻交接的位置，有3個與外界直接接觸的圍護界面。3個研究地區(qū)之間也存在一定的差異，4個中庭空間設(shè)計變量對不同地區(qū)的影響程度也不盡相同。總體而言，地區(qū)所處緯度越高周邊房間得熱量越低。由此可知，嚴寒地區(qū)中庭空間的平面布局與形態(tài)設(shè)計對周邊房間得熱量的影響大小與地理緯度之間存在負相關(guān)的函數(shù)關(guān)系。4、結(jié)論基于正交試驗法形成了中庭空間不同設(shè)計變量不同水平的9種組合方案，借助Ecotect軟件模擬的手段，對嚴寒地區(qū)A，B，C3個子氣候區(qū)9個城市氣候條件下建筑中庭空間的平面布局、長寬比、空間高度以及剖面形態(tài)4個設(shè)計變量對周邊房間得熱量的影響進行計算、分析及評價。本研究得出了中庭空間各變量對周邊房間得熱量影響的主次關(guān)系，確定了不同設(shè)計變量組合中的最優(yōu)方案與最不利方案，并在此基礎(chǔ)上對比分析了周邊房間得熱在不同設(shè)計變量影響下的變化特征，對嚴寒地區(qū)中庭空間形態(tài)的節(jié)能化設(shè)計有一定的借鑒意義。本研究借助軟件模擬手段，雖利用統(tǒng)計學(xué)方法對研究過程進行了優(yōu)化，但由于缺乏實測數(shù)據(jù)，仍有一定的局限性。建筑的氣候適應(yīng)性最終要在單一空間的層面得到落實。從被忽視的氣候?qū)傩匀胧?，以合理利用自然能源為目的?/p>