计算机模拟分析在绿色建筑设计中的应用

刘百韬

（中国市政工程华北设计研究院有限公司 天津 300074）

前言

目前，在绿色建筑设计与评价中，计算机模拟技术已经成为强制性内容。虽然经过了近些年的发展，但是绿色建筑计算机模拟分析技术依然很不成熟，与西方发达国家相比，存在着较大的差距和问题，不同科研设计单位选择的也是差异化的模拟方法和方案，这样绿色建筑的设计效率就会得到降低。

1 绿色建筑设计的原则和内容

能源资源日趋紧张和环境问题的日益严重，促使人们开始重视绿色建筑的设计。具体来讲，需要充分结合建筑工程本身情况和复杂的周围环境，来进行绿色建筑设计。因为绿色建筑设计需要综合考虑各个方面的因素，比如光环境、风环境等，那么为了更加科学合理的进行设计，就可以将先进的计算机性能模拟技术应用进来，以此来计算那些复杂的数据，并且进行实时的动态模拟。在进行绿色建筑设计的过程中，需要不断的反馈信息，有着大量循环的过程，在设计的各个阶段，都需要结合于建筑性能的模拟来进行。在绿色建筑设计的方案阶段，就需要将先进的计算机模拟分析技术应用进来，以此来对建筑环境性能信息进行直观和准确的反馈，对方案设计进行有效的指导，从而更好的进行绿色建筑设计。

2 绿色建筑设计对建筑师提出了更高的要求

随着时代的发展和科学技术的不断革新，特别是电子计算机的逐渐普及，先进的计算机技术已经被广泛应用于各行各业之中，在绿色建筑设计中应用计算机模拟分析技术，可以让绿色建筑设计更加的科学和合理。那么对于建筑师来讲，是一个巨大的挑战，对建筑师提出了更高的要求。建筑师需要不断的努力和学习，总结工作经验，积极应用先进的技术，将自身的创造力有机的结合起这些先进的技术工具，提高建筑产品的质量。同时，相关的工作人员还需要大力研究，对建筑性能模拟工具进行创新和开发，使其符合我国的基本国情，符合建筑师的使用习惯。

3 设计优化方法

绿色建筑计算计算机模拟技术服务于绿色建筑的设计优化工作，经过计算机处理之后，需要人工处理这些模拟结果，综合对比各方面的因素，选出最为合适的绿色建筑方案。在设计的过程中，除了要考虑建筑形态以及朝向等因素之外，还需要将声环境、光环境以及风环境等充分纳入考虑范围。具体来讲，需要从这些方面来努力：

（1）朝向优化：绿色建筑的朝向需要充分结合当地主导风向和周围道路等因素来进行，还需要依据房间内部的使用要求，同时将太阳日照和辐射充分纳入考虑范围，我国因为南风、偏南风以及东南风是大部分地区的主导风向，那么为了保证房间的自然通风，就需要尽量与本地区夏季的主导风向垂直设置建筑的纵轴。一般将正南方或者偏南风向作为建筑的主要朝向，这是从日照的角度上考虑的；并且通过实践研究表明，通过朝向优化，还可以提高房间的自然采光程度，对于舒适度的提高很有帮助，节能要求也可以实现。

（2）建筑群布局优化：在不同的气候区域内，需要选择不同的建筑布局。通过模拟分析不同建筑布局的风环境，发现建筑布局容易影响到绿色建筑的风环境特性，因此，不同季风区的建筑在对布局进行选择时，需要充分结合自身特点来进行。如果建筑所处的地区比较的严寒，有较大季风，那么最为重要的一个问题就是防风，通过合理布局，来对风的阻碍进行加大，对建筑内部风速进行降低，因此，一般将错列式或周边式布局应用在严寒地区。如果采用的是错列式布局，那么为了获得更好的正面风阻挡效果，最好采用东西错列布局。而要想更好的阻挡侧面风，就可以采用南北错列的方式。如果建筑所在地区夏季较热，冬季较为温暖，那么需要重点考虑的就是如何对夏季的自然通风进行强化，这样在夏季的时候，地面热量就可以通过大自然的风来带走，而室内热量则可以利用穿堂的风来带走，因此，对于这样的建筑群，内部通透是必须要保持的，保证前后的风压是不同的，有着较大的差距。如果是正面夏季风，那么为了更好的引风，就可以采用自由式和斜列式，南北错列式也是不错的选择；而如果夏季风是侧面吹来的，在建筑布局的时候，就可以选择东西错列式。如果建筑所处的地区是温和季风区，那么冬季就不需要进行防风工作，夏季只要可以保证有适当的通风。那么在建筑布局的时候，就可以采用斜列式以及点状自由式，这两种布局方式在通风能力以及形成穿堂风能力方面都比较的强。

（3）要考虑外界因素对设计的影响：在绿色建筑设计中采用计算机模拟分析技术，还需要考虑其他的一些外界因素，主要包括这些方面的内容，在风因素方面，要知道，主导风向会对建筑产生很大的影响，不仅会对夏季建筑室内的自然通风产生影响，还会对冬季建筑室内采暖损耗产生影响，那么就需要充分结合主导风向来考虑建筑朝向的选择。要想对夏季建筑室内穿堂风进行强化，就可以将建筑物迎风面面积适当的增大，这样自然通风动力才可以得到提高，同时，还需要严格控制建筑物朝向和夏季主导风向的夹角，保证其在45℃以内。而要想对冬季的采暖热损耗进行降低，在对建筑朝向进行选择时，冬季主导风向是必须要避开的。在光因素方面：建筑物获取自然光的照射量，会在很大程度上受到选取的朝向的影响，要想最大限度的扩大日光照射量，在规划设计阶段就需要从这些方面来努力，南向日照最大化，在夏季的时候，最理想的立面就是南面，难面具备的太阳能是最多的，具备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满足的。对北向的采光进行优化，虽然在白天时候，只有很少的太阳光会照射到建筑北面，但是可以对天窗的光进行漫反射。对东西向的光照进行最小化，因为建筑东西立面只有很低的日照入射角度，那么就难以有效的控制射过来的光照。并且这些方位的光照量都是半天的，这样日光就有着较高的变化性。虽然在冬天的时候，西立面会将额外的太阳能采暖提供出来，这种采暖是被动式的，并且到了夏天的时候，会侵袭过来大热量，人们还会出现眩光问题。

在声因素方面，交通噪声是城市噪声的主要来源，那么位于街道两侧的建筑，如果旁边有较大的噪声污染，要将降低噪声，就可以对建筑物的形体进行改变。在空气绕流的影响下，建筑背风面只有很小的风俗，并且均匀分布，空气绕流风通常不会在过大程度上影响到人在背风区域的各种活动。虽然迎风面也是均匀分布着高风压，并且较高，但是有着较小的区域，这样为了对建筑外门窗的冷风渗透量进行减少，就可以保证建筑前后的风压差维持在一个合理水平。

4 结语

通过上文的叙述分析我们可以得知，绿色建筑设计并不是一项简单的工作，它需要综合考虑各个方面的因素，比如光因素、声因素以及风因素等，结合当地的具体情况，来对建筑朝向以及布局等进行优化，选择最符合当地情况的设计方案，将环保节能的要求充分体现出来，提高人们的居住舒适度。

[1]张津奕，刘军，刘祖玲，曹宇．绿色建筑的探究与实践——天津市建筑设计院科技档案楼设计．建筑学报，2011（3）：99～102.

[2]丁 勇．英国绿色建筑见闻[J].照明工程学报，2007（4）：105～108.

[3]周志宇，金虹，康健．交通噪声影响下的沿街建筑形态模拟与优化设计研究[J]．建筑科学，2011（10）：30～35.