計算機模擬分析在綠色建筑設計中的應用

劉百韜

（中國市政工程華北設計研究院有限公司 天津 300074）

前言

目前，在綠色建筑設計與評價中，計算機模擬技術已經成為強制性內容。雖然經過了近些年的發展，但是綠色建筑計算機模擬分析技術依然很不成熟，與西方發達國家相比，存在著較大的差距和問題，不同科研設計單位選擇的也是差異化的模擬方法和方案，這樣綠色建筑的設計效率就會得到降低。

1 綠色建筑設計的原則和內容

能源資源日趨緊張和環境問題的日益嚴重，促使人們開始重視綠色建筑的設計。具體來講，需要充分結合建筑工程本身情況和復雜的周圍環境，來進行綠色建筑設計。因為綠色建筑設計需要綜合考慮各個方面的因素，比如光環境、風環境等，那么為了更加科學合理的進行設計，就可以將先進的計算機性能模擬技術應用進來，以此來計算那些復雜的數據，并且進行實時的動態模擬。在進行綠色建筑設計的過程中，需要不斷的反饋信息，有著大量循環的過程，在設計的各個階段，都需要結合于建筑性能的模擬來進行。在綠色建筑設計的方案階段，就需要將先進的計算機模擬分析技術應用進來，以此來對建筑環境性能信息進行直觀和準確的反饋，對方案設計進行有效的指導，從而更好的進行綠色建筑設計。

2 綠色建筑設計對建筑師提出了更高的要求

隨著時代的發展和科學技術的不斷革新，特別是電子計算機的逐漸普及，先進的計算機技術已經被廣泛應用于各行各業之中，在綠色建筑設計中應用計算機模擬分析技術，可以讓綠色建筑設計更加的科學和合理。那么對于建筑師來講，是一個巨大的挑戰，對建筑師提出了更高的要求。建筑師需要不斷的努力和學習，總結工作經驗，積極應用先進的技術，將自身的創造力有機的結合起這些先進的技術工具，提高建筑產品的質量。同時，相關的工作人員還需要大力研究，對建筑性能模擬工具進行創新和開發，使其符合我國的基本國情，符合建筑師的使用習慣。

3 設計優化方法

綠色建筑計算計算機模擬技術服務于綠色建筑的設計優化工作，經過計算機處理之后，需要人工處理這些模擬結果，綜合對比各方面的因素，選出最為合適的綠色建筑方案。在設計的過程中，除了要考慮建筑形態以及朝向等因素之外，還需要將聲環境、光環境以及風環境等充分納入考慮范圍。具體來講，需要從這些方面來努力：

（1）朝向優化：綠色建筑的朝向需要充分結合當地主導風向和周圍道路等因素來進行，還需要依據房間內部的使用要求，同時將太陽日照和輻射充分納入考慮范圍，我國因為南風、偏南風以及東南風是大部分地區的主導風向，那么為了保證房間的自然通風，就需要盡量與本地區夏季的主導風向垂直設置建筑的縱軸。一般將正南方或者偏南風向作為建筑的主要朝向，這是從日照的角度上考慮的；并且通過實踐研究表明，通過朝向優化，還可以提高房間的自然采光程度，對于舒適度的提高很有幫助，節能要求也可以實現。

（2）建筑群布局優化：在不同的氣候區域內，需要選擇不同的建筑布局。通過模擬分析不同建筑布局的風環境，發現建筑布局容易影響到綠色建筑的風環境特性，因此，不同季風區的建筑在對布局進行選擇時，需要充分結合自身特點來進行。如果建筑所處的地區比較的嚴寒，有較大季風，那么最為重要的一個問題就是防風，通過合理布局，來對風的阻礙進行加大，對建筑內部風速進行降低，因此，一般將錯列式或周邊式布局應用在嚴寒地區。如果采用的是錯列式布局，那么為了獲得更好的正面風阻擋效果，最好采用東西錯列布局。而要想更好的阻擋側面風，就可以采用南北錯列的方式。如果建筑所在地區夏季較熱，冬季較為溫暖，那么需要重點考慮的就是如何對夏季的自然通風進行強化，這樣在夏季的時候，地面熱量就可以通過大自然的風來帶走，而室內熱量則可以利用穿堂的風來帶走，因此，對于這樣的建筑群，內部通透是必須要保持的，保證前后的風壓是不同的，有著較大的差距。如果是正面夏季風，那么為了更好的引風，就可以采用自由式和斜列式，南北錯列式也是不錯的選擇；而如果夏季風是側面吹來的，在建筑布局的時候，就可以選擇東西錯列式。如果建筑所處的地區是溫和季風區，那么冬季就不需要進行防風工作，夏季只要可以保證有適當的通風。那么在建筑布局的時候，就可以采用斜列式以及點狀自由式，這兩種布局方式在通風能力以及形成穿堂風能力方面都比較的強。

（3）要考慮外界因素對設計的影響：在綠色建筑設計中采用計算機模擬分析技術，還需要考慮其他的一些外界因素，主要包括這些方面的內容，在風因素方面，要知道，主導風向會對建筑產生很大的影響，不僅會對夏季建筑室內的自然通風產生影響，還會對冬季建筑室內采暖損耗產生影響，那么就需要充分結合主導風向來考慮建筑朝向的選擇。要想對夏季建筑室內穿堂風進行強化，就可以將建筑物迎風面面積適當的增大，這樣自然通風動力才可以得到提高，同時，還需要嚴格控制建筑物朝向和夏季主導風向的夾角，保證其在45℃以內。而要想對冬季的采暖熱損耗進行降低，在對建筑朝向進行選擇時，冬季主導風向是必須要避開的。在光因素方面：建筑物獲取自然光的照射量，會在很大程度上受到選取的朝向的影響，要想最大限度的擴大日光照射量，在規劃設計階段就需要從這些方面來努力，南向日照最大化，在夏季的時候，最理想的立面就是南面，難面具備的太陽能是最多的，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。對北向的采光進行優化，雖然在白天時候，只有很少的太陽光會照射到建筑北面，但是可以對天窗的光進行漫反射。對東西向的光照進行最小化，因為建筑東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來的光照。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。雖然在冬天的時候，西立面會將額外的太陽能采暖提供出來，這種采暖是被動式的，并且到了夏天的時候，會侵襲過來大熱量，人們還會出現眩光問題。

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

4 結語

通過上文的敘述分析我們可以得知，綠色建筑設計并不是一項簡單的工作，它需要綜合考慮各個方面的因素，比如光因素、聲因素以及風因素等，結合當地的具體情況，來對建筑朝向以及布局等進行優化，選擇最符合當地情況的設計方案，將環保節能的要求充分體現出來，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踐——天津市建筑設計院科技檔案樓設計．建筑學報，2011（3）：99～102.

[2]丁 勇．英國綠色建筑見聞[J].照明工程學報，2007（4）：105～108.

[3]周志宇，金虹，康健．交通噪聲影響下的沿街建筑形態模擬與優化設計研究[J]．建筑科學，2011（10）：30～35.