計(jì)算機(jī)模擬分析在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉百韜

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究院有限公司 天津 300074）

前言

目前，在綠色建筑設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)中，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)已經(jīng)成為強(qiáng)制性內(nèi)容。雖然經(jīng)過(guò)了近些年的發(fā)展，但是綠色建筑計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)依然很不成熟，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，存在著較大的差距和問(wèn)題，不同科研設(shè)計(jì)單位選擇的也是差異化的模擬方法和方案，這樣綠色建筑的設(shè)計(jì)效率就會(huì)得到降低。

1 綠色建筑設(shè)計(jì)的原則和內(nèi)容

能源資源日趨緊張和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，促使人們開(kāi)始重視綠色建筑的設(shè)計(jì)。具體來(lái)講，需要充分結(jié)合建筑工程本身情況和復(fù)雜的周圍環(huán)境，來(lái)進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)。因?yàn)榫G色建筑設(shè)計(jì)需要綜合考慮各個(gè)方面的因素，比如光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境等，那么為了更加科學(xué)合理的進(jìn)行設(shè)計(jì)，就可以將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)性能模擬技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來(lái)，以此來(lái)計(jì)算那些復(fù)雜的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)模擬。在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要不斷的反饋信息，有著大量循環(huán)的過(guò)程，在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，都需要結(jié)合于建筑性能的模擬來(lái)進(jìn)行。在綠色建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就需要將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來(lái)，以此來(lái)對(duì)建筑環(huán)境性能信息進(jìn)行直觀和準(zhǔn)確的反饋，對(duì)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的指導(dǎo)，從而更好的進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)。

2 綠色建筑設(shè)計(jì)對(duì)建筑師提出了更高的要求

隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷革新，特別是電子計(jì)算機(jī)的逐漸普及，先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)之中，在綠色建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)，可以讓綠色建筑設(shè)計(jì)更加的科學(xué)和合理。那么對(duì)于建筑師來(lái)講，是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，對(duì)建筑師提出了更高的要求。建筑師需要不斷的努力和學(xué)習(xí)，總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，積極應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)，將自身的創(chuàng)造力有機(jī)的結(jié)合起這些先進(jìn)的技術(shù)工具，提高建筑產(chǎn)品的質(zhì)量。同時(shí)，相關(guān)的工作人員還需要大力研究，對(duì)建筑性能模擬工具進(jìn)行創(chuàng)新和開(kāi)發(fā)，使其符合我國(guó)的基本國(guó)情，符合建筑師的使用習(xí)慣。

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

綠色建筑計(jì)算計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)服務(wù)于綠色建筑的設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理之后，需要人工處理這些模擬結(jié)果，綜合對(duì)比各方面的因素，選出最為合適的綠色建筑方案。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，除了要考慮建筑形態(tài)以及朝向等因素之外，還需要將聲環(huán)境、光環(huán)境以及風(fēng)環(huán)境等充分納入考慮范圍。具體來(lái)講，需要從這些方面來(lái)努力：

（1）朝向優(yōu)化：綠色建筑的朝向需要充分結(jié)合當(dāng)?shù)刂鲗?dǎo)風(fēng)向和周圍道路等因素來(lái)進(jìn)行，還需要依據(jù)房間內(nèi)部的使用要求，同時(shí)將太陽(yáng)日照和輻射充分納入考慮范圍，我國(guó)因?yàn)槟巷L(fēng)、偏南風(fēng)以及東南風(fēng)是大部分地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向，那么為了保證房間的自然通風(fēng)，就需要盡量與本地區(qū)夏季的主導(dǎo)風(fēng)向垂直設(shè)置建筑的縱軸。一般將正南方或者偏南風(fēng)向作為建筑的主要朝向，這是從日照的角度上考慮的；并且通過(guò)實(shí)踐研究表明，通過(guò)朝向優(yōu)化，還可以提高房間的自然采光程度，對(duì)于舒適度的提高很有幫助，節(jié)能要求也可以實(shí)現(xiàn)。

（2）建筑群布局優(yōu)化：在不同的氣候區(qū)域內(nèi)，需要選擇不同的建筑布局。通過(guò)模擬分析不同建筑布局的風(fēng)環(huán)境，發(fā)現(xiàn)建筑布局容易影響到綠色建筑的風(fēng)環(huán)境特性，因此，不同季風(fēng)區(qū)的建筑在對(duì)布局進(jìn)行選擇時(shí)，需要充分結(jié)合自身特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。如果建筑所處的地區(qū)比較的嚴(yán)寒，有較大季風(fēng)，那么最為重要的一個(gè)問(wèn)題就是防風(fēng)，通過(guò)合理布局，來(lái)對(duì)風(fēng)的阻礙進(jìn)行加大，對(duì)建筑內(nèi)部風(fēng)速進(jìn)行降低，因此，一般將錯(cuò)列式或周邊式布局應(yīng)用在嚴(yán)寒地區(qū)。如果采用的是錯(cuò)列式布局，那么為了獲得更好的正面風(fēng)阻擋效果，最好采用東西錯(cuò)列布局。而要想更好的阻擋側(cè)面風(fēng)，就可以采用南北錯(cuò)列的方式。如果建筑所在地區(qū)夏季較熱，冬季較為溫暖，那么需要重點(diǎn)考慮的就是如何對(duì)夏季的自然通風(fēng)進(jìn)行強(qiáng)化，這樣在夏季的時(shí)候，地面熱量就可以通過(guò)大自然的風(fēng)來(lái)帶走，而室內(nèi)熱量則可以利用穿堂的風(fēng)來(lái)帶走，因此，對(duì)于這樣的建筑群，內(nèi)部通透是必須要保持的，保證前后的風(fēng)壓是不同的，有著較大的差距。如果是正面夏季風(fēng)，那么為了更好的引風(fēng)，就可以采用自由式和斜列式，南北錯(cuò)列式也是不錯(cuò)的選擇；而如果夏季風(fēng)是側(cè)面吹來(lái)的，在建筑布局的時(shí)候，就可以選擇東西錯(cuò)列式。如果建筑所處的地區(qū)是溫和季風(fēng)區(qū)，那么冬季就不需要進(jìn)行防風(fēng)工作，夏季只要可以保證有適當(dāng)?shù)耐L(fēng)。那么在建筑布局的時(shí)候，就可以采用斜列式以及點(diǎn)狀自由式，這兩種布局方式在通風(fēng)能力以及形成穿堂風(fēng)能力方面都比較的強(qiáng)。

（3）要考慮外界因素對(duì)設(shè)計(jì)的影響：在綠色建筑設(shè)計(jì)中采用計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)，還需要考慮其他的一些外界因素，主要包括這些方面的內(nèi)容，在風(fēng)因素方面，要知道，主導(dǎo)風(fēng)向會(huì)對(duì)建筑產(chǎn)生很大的影響，不僅會(huì)對(duì)夏季建筑室內(nèi)的自然通風(fēng)產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)冬季建筑室內(nèi)采暖損耗產(chǎn)生影響，那么就需要充分結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向來(lái)考慮建筑朝向的選擇。要想對(duì)夏季建筑室內(nèi)穿堂風(fēng)進(jìn)行強(qiáng)化，就可以將建筑物迎風(fēng)面面積適當(dāng)?shù)脑龃螅@樣自然通風(fēng)動(dòng)力才可以得到提高，同時(shí)，還需要嚴(yán)格控制建筑物朝向和夏季主導(dǎo)風(fēng)向的夾角，保證其在45℃以內(nèi)。而要想對(duì)冬季的采暖熱損耗進(jìn)行降低，在對(duì)建筑朝向進(jìn)行選擇時(shí)，冬季主導(dǎo)風(fēng)向是必須要避開(kāi)的。在光因素方面：建筑物獲取自然光的照射量，會(huì)在很大程度上受到選取的朝向的影響，要想最大限度的擴(kuò)大日光照射量，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就需要從這些方面來(lái)努力，南向日照最大化，在夏季的時(shí)候，最理想的立面就是南面，難面具備的太陽(yáng)能是最多的，具備的日光照射是最大的；如果自然光只可以照射到建筑的一面，那么南部的照射要求是最先得到滿足的。對(duì)北向的采光進(jìn)行優(yōu)化，雖然在白天時(shí)候，只有很少的太陽(yáng)光會(huì)照射到建筑北面，但是可以對(duì)天窗的光進(jìn)行漫反射。對(duì)東西向的光照進(jìn)行最小化，因?yàn)榻ㄖ|西立面只有很低的日照入射角度，那么就難以有效的控制射過(guò)來(lái)的光照。并且這些方位的光照量都是半天的，這樣日光就有著較高的變化性。雖然在冬天的時(shí)候，西立面會(huì)將額外的太陽(yáng)能采暖提供出來(lái)，這種采暖是被動(dòng)式的，并且到了夏天的時(shí)候，會(huì)侵襲過(guò)來(lái)大熱量，人們還會(huì)出現(xiàn)眩光問(wèn)題。

在聲因素方面，交通噪聲是城市噪聲的主要來(lái)源，那么位于街道兩側(cè)的建筑，如果旁邊有較大的噪聲污染，要將降低噪聲，就可以對(duì)建筑物的形體進(jìn)行改變。在空氣繞流的影響下，建筑背風(fēng)面只有很小的風(fēng)俗，并且均勻分布，空氣繞流風(fēng)通常不會(huì)在過(guò)大程度上影響到人在背風(fēng)區(qū)域的各種活動(dòng)。雖然迎風(fēng)面也是均勻分布著高風(fēng)壓，并且較高，但是有著較小的區(qū)域，這樣為了對(duì)建筑外門窗的冷風(fēng)滲透量進(jìn)行減少，就可以保證建筑前后的風(fēng)壓差維持在一個(gè)合理水平。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的敘述分析我們可以得知，綠色建筑設(shè)計(jì)并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，它需要綜合考慮各個(gè)方面的因素，比如光因素、聲因素以及風(fēng)因素等，結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況，來(lái)對(duì)建筑朝向以及布局等進(jìn)行優(yōu)化，選擇最符合當(dāng)?shù)厍闆r的設(shè)計(jì)方案，將環(huán)保節(jié)能的要求充分體現(xiàn)出來(lái)，提高人們的居住舒適度。

[1]張津奕，劉軍，劉祖玲，曹宇．綠色建筑的探究與實(shí)踐——天津市建筑設(shè)計(jì)院科技檔案樓設(shè)計(jì)．建筑學(xué)報(bào)，2011（3）：99～102.

[2]丁 勇．英國(guó)綠色建筑見(jiàn)聞[J].照明工程學(xué)報(bào)，2007（4）：105～108.

[3]周志宇，金虹，康?。煌ㄔ肼曈绊懴碌难亟纸ㄖ螒B(tài)模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]．建筑科學(xué)，2011（10）：30～35.