本文是一篇建筑学论文，文章以济南地区高校教学建筑为研究对象，对50栋教学建筑进行调研分析，并结合规范标准建立平面类型最多的两类高校教学建筑的典型模型。
第1章绪论
1.1研究背景
1.1.1我国建筑能耗现状及趋势
近年来，全球能源治理体系发生了深刻变化，尤其是在全球新冠疫情和俄乌战争的双重影响下，全球能源需求和供应出现大幅震荡，给未来全球能源格局带来诸多不确定性[1]。工业革命后，人类社会进入加速发展阶段，全球能源消耗呈逐年增长趋势，而随之带来的就是频发的环境问题和能源问题，于是人们越来越关注绿色、节能、健康等话题。根据国际能源署IEA的调查显示，2020年全球建筑领域的建筑运行能耗和建造能耗共占全球能耗的36%，建筑能耗是全球能源消耗的重要部分[2]。
2020年9月，我国在联合国大会宣布二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。而现阶段我国能源需求还在不断增加，碳排放还处于上升阶段，尚未达到峰值，全社会的节能减排工作变得刻不容缓。作为能耗三大主体之一的建筑能耗，仍旧是节能减排的重点研究对象，根据《中国建筑节能年度发展研究报告2022》的统计结果显示，2020年我国建筑领域能耗占社会总能耗的32%，略低于全球36%的平均水平，其中建筑运行能耗占社会总能耗的21%，低于全球30%的平均水平[2]，但是当前我国仍旧处于城镇化建设时期，建筑领域的能耗还会随着建设量的增加而持续增长。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
20世纪70年代，全球爆发能源危机，学校建筑作为公共建筑的重要组成部分，学校的能耗和生态问题开始得到关注与重视。1994年，国际环境教育基金会提出了“生态学校计划”（Eco-Schools），该计划倡导以生态学校为平台提升青少年学生的可持续发展意识[4]，其主要针对的是以青少年为主的中小学校。同年，美国华盛顿大学也提出了针对高校的绿色大学先导计划，促进了高校的绿色理念发展和可持续校园建设[5]。2007年，全球可持续校园联盟(International Sustainable Campus Network)在瑞士成立，进一步推动了高校对于可持续发展的研究[6]。随着理念的不断完善和技术的革新，各国都出台了对于绿色校园的评价标准，其中较为著名的有美国的STARS和英国的BREEAM Education[6]。各国的评价标准虽有不同，但节能和环保一定是评价标准的核心内容。
2004年，Gomez-Amo J L等探究了太阳能光伏技术为西班牙某大学的照明系统供能的可行性，以期减少大学在照明领域的能耗，同时还计算该校光伏技术的资金投入回报期[7]。
2015年，Odunfa K M等以尼日利亚某大学的三栋教学建筑建筑为研究对象，分析南北和东西朝向下的建筑热负荷，确定了在当地气候条件下，南北朝向能够确保最大的通风和自然采光，是建筑能效的最佳选择[8]。
2015年，Ascione F等以意大利一栋具有历史价值的高校教学建筑为研究对象，通过实测得到基础模型，然后对其能耗进行模拟并与实际能耗进行校准，最后利用校准后的能耗模型评估一系列的节能改造策略并选择最佳的策略组合[9]。
2016年，Tan B等以土耳其某大学为研究对象，从建筑、工程、财务和运营等多方面来研究提高建筑能源的使用效率，以期通过推动商业模式的节能技术服务来减少建筑能耗和碳排放[10]。
第2章高校教学建筑特征与能耗分析
2.1济南地区建筑气候特征
2.1.1我国建筑气候分区
我国幅员辽阔，地理环境多样，各个地区的气候差异较大，不同地区的建筑应对气候又有不同的要求，在建筑设计时尤其要注意不同的气候对于建筑的影响，因此我们必须深入了解建筑和气候之间的联系，做到建筑适应气候条件进而利用气候条件。目前我国关于建筑与气候的规范标准有两个，《建筑气候区划标准》和《民用建筑热工设计规范》，前者主要是用于提供建筑所处地区的气候参数作为建筑设计的气候依据，后者主要是为应对不同地区的气候条件而规范建筑的设计要求。
《建筑气候区划标准》GB50178-93[33]根据平均气温、平均相对湿度和年降水量等气候参数，把我国划分为7个一级气候区和20个二级气候区，如图2.1所示。其中，一级区的主要划分指标是1月平均气温、7月平均气温以及7月平均相对湿度。二级区是在一级区的基础上通过能够反映差异性的气象参数继续细分，主要划分的气象指标有1月平均气温、7月平均气温、7月平均气温日较差、最大风速、年降水量等。根据建筑气候区划，济南地区属于ⅡA建筑气候区。
《民用建筑热工设计规范》GB50176-2016[34]根据最冷月的平均温度、最热月的平均温度、日均温度≤5℃的天数、日平均温度≥25℃的天数、26℃为基准的空调度日数、18℃为基准的采暖度日数等，把我国划分为5个一级热工分区和11个二级热工分区。其中5个一级区最为常用，即严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区，如图2.2所示。此外该规范对于不同的气候区提出了不同的设计要求，为建筑设计提供参考。根据热工设计区划，济南市位于寒冷B区（2B），建筑既要满足冬季的保温防寒，又要考虑夏季隔热，兼顾通风和遮阳设计。
2.2高校教学建筑特征与能耗构成
2.2.1高校教学建筑功能类型
随着我国高等教育事业的不断发展，高校教学建筑作为教育事业的物质载体，建筑所包含的功能也在不断发展变化。按照教学建筑的功能分类，可以分为公共教学楼、院系学院楼、实验教学楼和综合教学楼等。
公共教学楼，主要功能是为师生提供教学上课的场所，服务于全校师生，教室的种类多，面积大，使用频率最高，教室在整个教学楼功能房间的占比较高。一般多用于公共课程的教学，教室在除上课时间外常作为自习室使用。
院系学院楼，主要功能是为学院工作人员及老师提供办公场所，以及为学院学生提供上专业课程的教室。因此办公室和小型教室较多，另外还需设置实验室或工作室供学院科研办公使用，也有各类根据学科要求设置特定的功能房间。
实验教学楼，主要为科研项目和实验教学提供场所，包括教室、办公室和实验室等。建筑设计需要针对不同实验室的要求进行结构荷载、采光和通风等方面的特殊处理。
综合教学楼，是指集教学、科研、实验、办公、会议、文化活动等多种功能于一体的大型教学楼，以此来满足使用者多样的需求，具有空间整合、资源共享、功能多样、体量巨大的特点[36]。功能的多样性解决了师生换课时间紧张的问题，丰富的公共空间为师生提供休息、交流的场所，创造轻松愉快的学习氛围。
第3章 济南地区高校教学建筑调研分析与典型模型建立 ................ 25
3.1 济南地区高校教学建筑抽样调查 .................... 25
3.1.1 研究样本选取 .................................... 25
3.1.2 实地调研内容 ........................ 26
第4章 济南地区高校教学建筑能耗模拟与节能设计策略 ................ 51
4.1 能耗模拟流程及实验方法 ...................... 51
4.1.1 能耗模拟流程 ........................... 51
4.1.2 实验方法 ............................ 52
第5章 济南地区高校教学建筑节能优化设计实例研究 .................. 110
5.1 案例概况及现状分析 .................... 110
5.1.1 案例概况 ...................... 110
5.1.2 围护结构分析 .......................... 112
第5章济南地区高校教学建筑节能优化设计实例研究
5.1案例概况及现状分析
5.1.1案例概况
山东大学中心校区理综楼位于该校区的西南角，靠近校区南门，建筑北侧是学术交流中心，西侧是一系列实验楼，南侧是山大鲁能科技大厦，东侧是逸夫信息楼。理综楼为U字型平面，东侧信息楼为工字型平面，均为半围合型平面，两者相互咬合的关系在地块中围合出适宜的庭院空间。理综楼建于2002年，为6层框架结构，正南朝向，建筑东西面宽67.6m，南北进深60.2m，建筑总面积为14618.68m2，主要用于学校的公共教学服务。
第6章结论与展望
6.1结论
截至2023年，济南的大学本科教育和专科教育在山东省的占比达到了37.1%和21.6%，如此庞大的高校存量，将导致巨大的能源消耗，因此进行高校教学建筑的节能设计研究具有重要意义。文章以济南地区高校教学建筑为研究对象，对50栋教学建筑进行调研分析，并结合规范标准建立平面类型最多的两类高校教学建筑的典型模型。通过GH平台的Honeybee和Ladybug插件，分析建筑形态参数和结构热工参数对建筑能耗的影响，并从制冷、采暖、照明三类分项能耗分析参数对能耗影响的差异性，提出的高校教学建筑节能设计策略。然后通过对正交试验的回归分析，得到多元回归方程，确定了设计参数与能耗之间定量关系以及对能耗的影响权重。最后，以现有的高校教学建筑为例，在建筑形态和围护结构两方面进行优化方案研究，并在围护结构方面引入经济效益分析，通过能耗对比得出优化方案能有效降低建筑能耗，验证节能设计策略的可行性，并为今后教学建筑的节能设计提供借鉴和研究思路。
具体研究如下：
（1）建立济南地区高校教学建筑的典型形态数据组和典型模型
对济南18个高校校区的50栋教学建筑进行实地调研，分析统计济南地区高校教学建筑的形态特征，确定典型形态数据组。结合调研和规范标准筛选出表征建筑能耗的设计参数，并建立济南地区高校教学建筑的典型模型
