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在实验中，用来衡量实验效果的质量指标(如室内空气温度、湿度、污染物浓度等)称为实验指标，可以是单一指标，也可以是多个指标。实验指标按其性质分，可分为定性实验指标和定量实验指标两类，通常研究定量实验指标。
影响实验指标的要素或原因称为因素，因素在实验中所取的状态称为水平，如建筑墙体材料导热系数对墙体的隔热性能有影响，导热系数就是因素，材料不同其导热系数不同，不同的导热系数为因素水平，因素水平的变化可以引起实验指标的变化，实验设计的目的就是找出影响实验指标值的诸因素。不同实验的指标值和影响指标值的因素是不同的，为了达到实验目的，选定某些因素，使其在一定范围变化，从而考察其对指标的影响。如何组织实验，才能以最小的代价获得最多的信息，这就是实验设计的任务，同时还包括如何处理实验数据。归纳起来，实验设计包括 3 个方面的内容:
①工况选择——因素与水平选取。
②误差控制——实验方案的制订。
③数据处理——分析实验结果。
实验设计的 4 个基本原则：对照原则、实验条件一致性原则、随机原则和重复性原则。
总体而言，在实验设计中应遵守的基本原则有:
①必须能够使实验再现，凡是不能重复的实验，不能算是成功的实验，偶然的结果，往往不能说明任何问题。
②先进行整体实验，再进行分步实验，并按步骤排除各种可能性，这样，可以在初始阶段时就明确所考虑的假说是否正确、技术路线是否可取等，因而使实验少走弯路。
③做实验时，必须在技术上采取谨慎的态度，对于每个细节都必须高度重视，精益求精。尽量孤立因素和固定条件。