数值仿真技术在绿色建筑设计中应用

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1、数值仿真技术在绿色建筑设计中应用摘要：本文介绍了在国外发达国家建筑设计与咨询行业广泛应用的各种计算机分析方法及在绿色建筑设计中的应用，指出绿色建筑离不开基于数值仿真的精细化分析。文章同时分析了数值仿真技术在我国应用不广的原因及解决这个问题的方法，提出我国应在绿色建筑中合理利用数值仿真技术进行优化分析与设计。关键词：绿色建筑数值仿真应用1绿色建筑需要数值仿真技术国务院《绿色建筑行动方案》提出在“十二五”期间要完成新绿色建筑10亿平方米，到2015年末，20%的城镇新建建筑达到绿色建筑标准要求［1］。这是一个雄心勃勃的目标。这个目标的实现必将对我国的绿色建筑事业，节能减排事业

2、以及我国经济，社会等各方面的可持续发展做出重大的贡献。绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源（节地、节材、节水和节能），保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和髙效的使用空间，与自然和谐共生的建筑（摘自《绿色建筑评价标准》GB/T50378［2］）o由此可见，绿色建筑设计是一项十分复杂的工作，需要综合考虑的因素很多。既要满足传统的建筑功能和要求，同时又要满足节地、节材、节水、节能、及环保的绿色新要求。一项成功的绿色建筑设计需要做到上述诸多方面，难度非常大。需要调动各方面的积极性。如何做到绿色建筑中要求的“四节一环保”呢？我们都知道，节约首先要能做到“精打细

3、算”，但如何在一个庞大而复杂的建筑系统中实现“精打细算”呢？仅靠手册中的经验公式和图表显然是不够的，绿色建筑还需要基于计算机数值仿真的精细化分析技术。本文先对广泛应用于欧美发达国家建筑行业的数值仿真技术简要的介绍，然后分析影响数值仿真技术在我国推广的因素及解决方法。2适用于绿色建筑的数值仿真技术在建筑设计行业中有一句名言"建筑设计是一项遗憾的艺术”，它的含义是建筑设计是一项非常复杂的工作，在设计的时候很难把所有问题都考虑到，但建筑建成以后再改变就很困难了。那么在设计过程中有没有办法把问题考虑得更周详一些，留下的遗憾更少一些呢？这个问题放在以前很难，但随着计算机与软件技术的

4、发展，通过科学的预测和分析，这样的遗憾应该会变得越来越少。过去建筑设计中遇到的很多难以解决的结构、能源、环境与安全方面的设计难题,如：•复杂结构分析。・建筑的动态负荷分析及全年能耗计算。・建筑物所在地的风、光、声与热环境的分析与评价。・建筑物发生火灾时的烟雾扩散及人员疏散问题。・高层、超高层建筑的电梯流量分析问题等等。现在都可以通过计算机分析的方法，使这些问题在设计阶段得到更充分的考虑，这是世界建筑设计行业在近十几年发生的巨大变化。目前在欧美国家建筑咨询设计行业常用的分析技术有：・有限元分析技术，主要解决结构的强度分析问题。可用于结构优化，以达到提高结构安全和节省建筑材料

5、的目的。・建筑能源性能分析技术，预测与优化建筑物的全年能耗。・日光与阴影模拟，预测建筑内外的日光与阴影状况,充分利用日光，节约照明用电。・CFD技术，预测与优化建筑物周围与内部的空气流动、颗粒物分布及温度分布状况。・建筑声环境与振动分析，预测建筑内外的声环境，研究降低噪音与振动的方法。・火灾与疏散分析，预测火灾发生时烟雾流动及人员疏散状况。•CGI(ComputerGeneratedImages),用于模拟装饰与灯光效果。・建筑电梯客流分析，等等。上述分析内容中，建筑能耗、日光、室内外空气流动与声环境等都是国标《绿色建筑评价标准》要求的。有些分析内容如火灾与撤离分析，电梯

6、流量分析虽然在绿色建标准中还没有明确要求，但这些分析对于大型建筑的安全性，经济性影响重大，也应该在绿色建筑设计中进行大力推广。2.1建筑动态能源性能分析技术建筑物动态能源性能模拟用于计算建筑物与外部环境间的能量传递。它通过建立建筑物的三维模型，计算太阳辐射得热、围护结构传热及暖通空调设备发（吸）热等过程，计算建筑物的全年能耗及建筑物内部温度。Hansen[3]认为要想有效改善室内环境及节约建筑能源消耗水平，就必须把建筑物及相关系统作为一个整体考虑，而不是各分系统的简单相加来处理。建筑性能仿真就是把建筑物及相关系统作为一个整体考虑的有效工具。Thomas[4]认为建筑性能动

7、态模拟是唯一能够整体比较不同设计方案节能效果的手段。可用于建筑性能分析的软件很多，Crawley[5]比较了20个主要分析软件的性能与特点，这些软件为BLAST.BSim.DeST、DOE-2.IE、ECOTECT、Ener-Win、EnergyExpress、EnergyTO、EnergyPlus.eQUEST、ESP-r、IDAICE、IES、HAP、HEED、PowerDomus.SUNREL、TAS、TRACEandTRANSYSO有兴趣的读者可以参考有关资料。英国建筑设计行业应用非常广泛的两种建筑性能分析软件为IES