1、计算机数字化分析技术在绿色建筑中的应用初探摘要：简要分析和提出了绿色建筑评价标准GB/T 50378-2006中数字化分析技术的需求，并对现行绿色建筑中通行的绿色建筑数字化分析软件进行了简要的介绍，突出了各软件的优缺点以及功能。提出在建筑规划、设计阶段，采用绿色建筑数字化分析技术对建筑风环境、声环境、光环境、建筑能耗等进行量化分析，为建筑设计提供建议，有利于数字化分析技术在建筑规划设计中的应用推广。 关键词：绿色建筑；数字化；模拟；软件 中图分类号： G623.58 文献标识码： A 1. 引言 近年来， “绿色建筑”在国内的脚步已明显加快，2013 年 5月，国家住房和城乡建设部建筑节能与科
2、技司公布数据显示，截止到 2012年底，评审通过的绿色建筑项目达 742个，标识项目的建筑面积已超过 7000万平方米。随着 2013年国务院绿色建筑行动方案的发布，十二五期间，绿色建筑将呈现爆炸式的增长。按照绿色建筑评价标准GB/T 50378-2006的条款要求，在绿色建筑设计过程中，需要借助于现代的计算机数字化分析技术，对建筑设计的风环境、热环境、声环境及建筑能耗进行模拟分析，并在条件允许的情况下进行优化分析。本文将对风环境、热环境、声环境及建筑能耗应用较多的软件进行简要的分析。 2、绿色建筑评价标准对数字化分析技术的需求 通过对绿色建筑评价标准GB/T 50378-20061的分析，根
3、据其中的评价条款要求，以公共建筑为例，需要进行数字化分析的条款主要如下： 第 5.1.6条，场地环境噪声符合现行国家标准城市区域环境噪声标准GB3096 的规定。 第 5.1.7条，建筑物周围人行区风速低于 5m/s，不影响室外活动的舒适性和建筑通风。 第 5.5.11条办公、旅馆类建筑 75%以上的主要功能空间室内采光系数满足建筑采光设计标准GB 50033 的要求。 上述条款的提出，一方面是为建筑环境的量化提供方法、工具；另一方面，切实推动绿色建筑数字化分析技术在建筑中的应用和发展。 3、数字化分析的技术软件 随着计算机技术技术的发展，建筑环境相关的计算分析软件发展迅速，形成了整套的绿色建
4、筑分析技术，包括建筑室外风环境、建筑室内风环境、建筑光环境、建筑声环境等计算分析技术。对于各个建筑环境，每种建筑环境的模拟都有其代表性软件，下面将针各分析软件具体分析。3.1 室外、室内风环境模拟 在绿色建筑规划设计阶段，通常考虑建筑周边的风环境，夏季有利于自然通风，冬季保证建筑周围人行的舒适性，同时满足绿色建筑评价标准GB/T 50378-2006第 5.1.7条的要求，为量化分析室外风环境，通常采用计算流体力学分析软件，目前常用的计算流体力学软件主要有Phoenics、Fluent、Airpak 等。 Phoenics 是世界上第一套计算流体与计算传热学商业软件，几经更新，目前已经发展至
5、2012版，具有强大的计算功能，不仅能模拟建筑环境的速度场，还能模拟温度场。近年来，Phoenics 推出 FLAIR模块，该模块是英国 CHAM公司针对建筑及暖通空调专业设计的 CFD专用模块。在原有 FLAIR模块的基础上，新版本 FLAIR增加了大量 HVAC专业相关内容，具有更强的专业性，HVAC 工程师不必具备专业 CFD知识就可以运用该模块。 Fluent 是世界上应用最广的计算分析软件，在美国的市场占有率为60%，由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而 FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。目前，随着网格划分技术的发展，目前 ICEM软件能完全取代过时的 GAM
6、BIT，实现非结构网格和结构网格。由于其强大的计算功能，在胜任建筑室外风环境分析，建筑室内风环境分析、建筑室内温度场分析方面绰绰有余，因此在建筑领域也得到了较为广泛的应用。但该软件采用 icem划分网格时对使用者理论基础要求非常高，对几何模型的要求非常高，几何模型制作如果不恰当，自动生成网格往往不能满足计算质量要求，造成网格调试耗时大，尤其是同时计算速度、温度场等参数时，推高了数字化分析计算成本。 Fluent Airpak是面向工程师、建筑师和室内设计师的专业人工环境系统分析软件，可以精确地模拟所研究对象内的空气流动、传热等物理现象，以及热舒适度等问题，并依照 ISO 7730标准提供舒适度
7、、PMV、PPD 等衡量室内空气质量（IAQ）的技术指标。具有自动化的非结构化、结构化网格生成能力，支持四面体、六面体以及混合网格，因而可以在模型上生成高质量的网格，由于其求解器采用了全球最强大的CFD（计算流体动力学）求解器FLUENT，具有较好的计算效率，因此在建筑领域得到了越来越广泛的应用。但新版的 Airpak与 CAD软件的精度和兼容性存在一定问题，导入进 Airpak的文件往往存在问题，导入完成以后需要手动修改几何模型，这成为 Airpak软件一个较为突出的问题。通过上述计算流体力学分析软件的分析，可以精确分析建筑的温度场、速度场，提供速度、温度、压力、空气龄等参数，用以衡量室内、
8、外建筑风环境的优劣。 图 1、 Phoenics 软件计算室外风环境结果 图 2、Airpak 软件模拟的室内温度场 图 3、Fluent 软件计算界面 图 4、 Phoenics软件模拟室内空气龄结果 3.2 建筑声环境模拟 Cadna/A 是德国推出的一套计算噪声传播扩散规律的软件，在德国噪声环境评价中得到广泛应用，此软件不但操作简便，而且预测结果准确，通常用于建筑室外公路噪声等的预测分析，该软件提供了众多的噪声源模块，可以模拟室外绿地，地形对建筑声场的影响。在住宅小区等的噪声分析研究过程中，具有模拟速度快，可视化程度高，3D 效果展示好等特点。与建筑室内声环境对应的为 Cadna/R软件
9、，主要用于模拟室内的噪声分布状况，精确分析室内空间噪声等级，为优化建筑室内环境提供依据，尤其在医院、住院大楼等建筑设计中应用较多。 图 5、 室外声环境 3D图 图 6、 室外声环境等值线图 3.3 建筑光环境模拟 建筑光环境对于建筑节能和人们的心理需求具有重要影响，采光不好，一方面将导致人们生活生产受影响，同时采用人工照明辅助后增加了建筑能耗2。因此，必须营造良好的室内光环境。在自然采光方面，如何对建筑光环境进行良好的模 图 7 室外太阳辐射分析 拟分析，AutodeskEcotectAnalysis 软件是一款功能全面，适用于从概念设计到详细设计环节的可持续设计及分析工具，其中包含应用广泛
10、的仿真和分析功能，能够提高现有建筑和新建筑设计的性能。该软件不仅可以分析建筑周边场地的日照、太阳辐射、建筑室内自然采光、建筑房间视野进行模拟和分析。在自然采光方面，可以量化采光井、外窗、导光筒等的自然采光效果，其提供的采光模型具有计算速度快等特点，得到了越来越广泛的应用。通过建筑光环境的模拟，可调整建筑采光方案，采用采光井、外窗、导光筒等技术增强室内采光。 3.4 建筑能耗模拟 由于建筑能耗占社会总能耗比重较大，建筑节能成为重中之重，在建筑的方案设计阶段，一般采用建筑能耗模拟软件对各方案的建筑能耗进行比选。目前使用的建筑能耗模拟软件主要有有Energyplus、Equest、Dest，Ener
11、gyplus、Equest 得到了 LEED标准体系的认可，在国内使用越来越广泛。三款软件的计算内核均为 doe-2，该内核程序由美国劳伦斯伯克力国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）开发，采用反应系数法来计算建筑围护结构的传热量3。相对而言，Equest 计算软件较 Energyplus容易掌握，使用的人群也更为普遍。Equest 软件提供了多种空调系统模型，可用于风冷热泵空调系统、常规水冷式冷却塔，地源热泵空调系统，VRV 空调系统，溴化锂吸收式空调系统的建筑能耗模拟工作，计算速度快，模拟结果准确，得到了广泛的应用。 4、结论 通过对绿色建筑数字化分析软件功能、优缺点的简要介绍，在建筑设计的各个阶段，可采用进行上述的分析软件，对建筑环境进行量化分析，并进行改进，优化建筑性能。在绿色建筑的发展中，随着新技术、新材料不断出现，数字化分析用于量化新技术、新材料的设计效果，具有重要意义，也将得到长足的发展。 参考文献 中华人民共和国国家标准，绿色建筑评价标准S。GB/T 50378-2006。 李天阳，郝军，曾巍。自然采光对建筑光环境和能耗的影响分析及应用S。中南大学学报（自然科学版） ，2012，43（4） 。 何天祺，付祥钊等。供暖通风与空气调节。重庆大学出版社，2005。
