随着大型地下交通枢纽建设的不断发展,完全依靠人工照明来满足采光需求的地下交通枢纽建筑形式逐渐被摈弃,取而代之的是采用如大型采光天窗等引入自然光的设计方式,以此来提高地下空间建筑光环境质量,由此可以看出人们对自然采光的关注和地下空间环境的建设达到了一个新的高度,但引入自然光的同时也带来了建筑能耗增加的隐患,如何平衡自然采光与建筑能耗,找到最佳天窗设计方案,是目前的研究重点。并且地下交通枢纽自然采光设计近年来才逐渐进入公众视野,因此关于地下交通枢纽自然采光优化设计的研究较少。针对以上问题,本文选用数值模拟方法,研究五个气候区大型地下交通枢纽能耗及采光特性和规律,得到适用于不同气候区大型地下交通枢纽的天窗优化设计方案。主要研究内容可分为以下几个方面:(1)自然采光对室内光环境的影响分析。以大型地下交通枢纽为研究对象,通过Ecotect/Radiance光环境软件模拟分析五个气候区天窗比、透光率、天窗位置及天窗分布密度对室内自然采光系数及照度的影响规律。(2)自然采光对空调、照明及建筑总能耗的影响分析。以大型地下交通枢纽为研究对象,通过能耗模拟工具De ST模拟分析五个气候区天窗热工性能对建筑能耗的影响规律。(3)基于均匀试验的采光优化设计研究。以整体能耗较小和室内光环境综合性能良好为优化目标,通过进行均匀试验模拟,基于数值实验结果构建能耗预测回归模型,从而提出不同气候区的目标优化函数Elux,最终通过对目标优化函数Elux进行求解,确定出同时满足光环境要求与节能需求、适用于不同气候区的大型地下交通枢纽的天窗优化设计方案。本文以大型地下交通枢纽为研究对象,通过研究得出:不同气候区室内参考平面的平均釆光系数及照度都随着天窗比及透光率的增大而增大,且呈现线性趋势;天窗位置对室内采光效果有所影响,为提升采光效果建议天窗位置宜设置为居中、偏南;天窗分布密度对室内参考平面平均采光系数及照度影响不大,但对采光均匀度的影响较大,随着天窗分布密度的加大,天窗分布越均匀,采光均匀度增大,因此在设置天窗时应尽量均匀分布。由于空调能耗与照明能耗的综合作用,大型地下交通枢纽建筑总能耗随不同影响因素有不同的变化趋势:随天窗比的增加先减小再增加,并呈现为二次多项式的形式,相关性较强;对于夏热冬暖、温和、夏热冬冷地区,建筑总能耗随遮阳系数的增加而增加,对于严寒、寒冷地区,建筑总能耗随遮阳系数的增加先减小后增加,均呈现为强相关的二次多项式形式;对于夏热冬暖、温和、夏热冬冷地区,建筑总能耗随透光率、传热系数的增加而减小;对于严寒、寒冷地区,建筑总能耗随透光率、传热系数的增加先减小后增大,均呈现为强相关的二次多项式形式。通过均匀试验模拟,提出基于自然采光优化的不同气候区的优化目标函数Elux的预测回归模型,并通过预测回归模型得出了不同气候区的天窗优化设计方案,并为设计人员在设计之初实现合理有效的能耗预测与分析提供参考依据。