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綠色建筑設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用論文
摘要：在現(xiàn)今的綠色建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)模擬應(yīng)用可以有效減少設(shè)計(jì)誤差和資源浪費(fèi)。不同科研設(shè)計(jì)單位大多選擇的是差異化的模擬方法和方案，降低了綠色建筑的設(shè)計(jì)效率。文章對(duì)綠色建筑的內(nèi)容和原則進(jìn)行分析后，探討了綠色建筑設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)模擬的不同應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：綠色建筑設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)模式；設(shè)計(jì)誤差；采光；采暖；噪音
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。我國(guó)綠色建筑計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比依然很不成熟，存在著較大的差距。不同科研設(shè)計(jì)單位大多選擇的是差異化的模擬方法和方案，降低了綠色建筑的設(shè)計(jì)效率。
1綠色建筑設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析
綠色建筑設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)工作，以下從設(shè)計(jì)基本原則、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)、設(shè)計(jì)優(yōu)化方法、設(shè)計(jì)布局模式等方面出發(fā)，對(duì)于綠色建筑設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。
1.1設(shè)計(jì)基本原則
綠色建筑設(shè)計(jì)需要遵循基本的設(shè)計(jì)原則，隨著能源資源的日趨緊張，環(huán)保與節(jié)能備受關(guān)注，綠色建筑設(shè)計(jì)尤為重要。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行綠色建筑設(shè)計(jì)時(shí)需要將建筑工程本身和復(fù)雜的周圍環(huán)境相結(jié)合，綜合考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這一過(guò)程中，光環(huán)境和風(fēng)環(huán)境等因素都是設(shè)計(jì)人員所需要注意并且關(guān)注的。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段都應(yīng)當(dāng)密切地結(jié)合建筑的預(yù)期性能進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，從而能夠?qū)ㄖ阅芘c強(qiáng)度是否符合工程要求有明確的了解。
1.2主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
設(shè)計(jì)人員在確定建筑工程的主要設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理地將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬分析技術(shù)應(yīng)用進(jìn)來(lái)，并且以此為基礎(chǔ)對(duì)建筑環(huán)境性能信息進(jìn)行直觀和準(zhǔn)確的反饋，進(jìn)而對(duì)之前的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行更加有效的指導(dǎo)與優(yōu)化。例如夏季，建筑的地面熱量可以通過(guò)自然風(fēng)帶走，而室內(nèi)熱量則可以利用穿堂風(fēng)帶走，因此設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，就可以對(duì)設(shè)計(jì)方案的室內(nèi)熱量控制起到很大的幫助。
1.3設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)
綠色建筑設(shè)計(jì)實(shí)際上對(duì)于建筑師提出了更高的設(shè)計(jì)要求。綠色建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要不斷進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬方面知識(shí)的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，并且在設(shè)計(jì)工作中持續(xù)地總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)，從而更加高效地應(yīng)用好計(jì)算機(jī)模擬這一建筑設(shè)計(jì)的先進(jìn)輔助技術(shù)。
1.4設(shè)計(jì)優(yōu)化方法
綠色建筑設(shè)計(jì)有著不同類型的優(yōu)化方法。設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化設(shè)計(jì)方法時(shí)應(yīng)當(dāng)在使用計(jì)算機(jī)處理之后，適當(dāng)?shù)剌o以人工處理，從而確保模擬結(jié)果具有更高的精確度，這實(shí)際上也便于設(shè)計(jì)人員綜合對(duì)比各方面的因素，選出最為合適的綠色建筑設(shè)計(jì)方案。此外，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中除了需要考慮到綠色建筑的實(shí)際形態(tài)及建筑的朝向等因素之外，還需要進(jìn)一步將聲環(huán)境、光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境等影響建筑使用情況的因素納入考慮范圍，以此為基礎(chǔ)確定的優(yōu)化方向則是盡量地與本地區(qū)夏季的主導(dǎo)風(fēng)向垂直設(shè)置建筑的縱軸，然后將正南方或者偏南風(fēng)向作為建筑的主要朝向，從而取得較好的優(yōu)化效果。
1.5設(shè)計(jì)布局模式
綠色建筑設(shè)計(jì)的布局模式需要以周邊建筑群的布局為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員在考慮建筑布局時(shí)應(yīng)當(dāng)從不同的建筑布局中選出節(jié)能環(huán)保要求最符合工程預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)的，在此基礎(chǔ)上通過(guò)模擬分析不同建筑布局的風(fēng)環(huán)境，從而進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)建筑布局的實(shí)際影響因素。此外，設(shè)計(jì)人員在考慮建筑布局時(shí)還應(yīng)當(dāng)更加充分地結(jié)合自身特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行。例如，如果建筑所處的地區(qū)比較嚴(yán)寒并有較大的季風(fēng)，那么設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)布局時(shí)，應(yīng)當(dāng)將防風(fēng)因素放在最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)中，這就意味著錯(cuò)列式或周邊式的建筑布局能起到良好的防風(fēng)效果，因此可以作為優(yōu)先選擇的設(shè)計(jì)布局模式。
2綠色建筑設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用
綠色建筑設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用需要從不同方面著手，以下從充分考慮外界因素、合理控制風(fēng)向夾角、優(yōu)化建筑采光模式、控制采暖與噪音等方面出發(fā)，對(duì)綠色建筑設(shè)計(jì)中計(jì)算機(jī)模擬的應(yīng)用進(jìn)行分析。
2.1充分考慮外界因素
設(shè)計(jì)人員在應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬時(shí)，應(yīng)充分考慮周邊的環(huán)境因素，了解主導(dǎo)風(fēng)向?qū)τ诮ㄖa(chǎn)生的重要影響，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出良好的建筑室內(nèi)通風(fēng)模式。此外，設(shè)計(jì)人員在充分考慮外界因素時(shí)還應(yīng)當(dāng)更加充分地結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向來(lái)考慮建筑朝向的選擇。例如，如果設(shè)計(jì)人員想要對(duì)于夏季建筑室內(nèi)穿堂風(fēng)進(jìn)行必要的強(qiáng)化，則可以選擇將建筑物迎風(fēng)面面積適當(dāng)增大，從而能夠在此基礎(chǔ)上獲得更好的自然通風(fēng)動(dòng)力，因此可以使用自由式和斜列式的模擬布局來(lái)提取數(shù)值，然后進(jìn)行參數(shù)的修改與優(yōu)化。
2.2合理控制風(fēng)向夾角
計(jì)算機(jī)模擬對(duì)于設(shè)計(jì)人員合理的控制風(fēng)向夾角有著重要的意義。設(shè)計(jì)人員在合理控制風(fēng)向夾角時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格地控制建筑物朝向和夏季主導(dǎo)風(fēng)向的夾角，這也是保證冬季的采暖熱損耗得到有效控制的首要前提之一。此外，設(shè)計(jì)人員在合理控制風(fēng)向夾角時(shí)還應(yīng)當(dāng)考慮到部分建筑東西立面只有很低的日照入射角度，因此很難控制光照，這就需要設(shè)計(jì)人員將控制的重點(diǎn)放在如何對(duì)于夏季的自然通風(fēng)進(jìn)行強(qiáng)化。例如設(shè)計(jì)人員在建筑布局的時(shí)候可以通過(guò)選擇東西錯(cuò)列式來(lái)進(jìn)行模擬，如果模擬的效果并不理想，則可以使用斜列式以及點(diǎn)狀自由式重新模擬，直到獲得理想的風(fēng)向夾角。
2.3優(yōu)化建筑采光模式
計(jì)算機(jī)模擬的進(jìn)行還可以起到優(yōu)化建筑采光模式的效果。設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化建筑采光模式時(shí)要最大限度地?cái)U(kuò)大日光照射量。除了需要在確保南向日照最大化的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)模擬夏季時(shí)建筑的采光模式和日光照射條件，對(duì)天窗光漫反射進(jìn)行分析，進(jìn)而對(duì)于東西向的光照進(jìn)行最小化的數(shù)據(jù)計(jì)算與分析。
2.4控制采暖與噪音
計(jì)算機(jī)模擬對(duì)于建筑的采暖與噪音控制有著重要的助力。設(shè)計(jì)人員在控制采暖與噪音時(shí)需要將采暖控制的重點(diǎn)放在冬天，因此模擬的條件與參數(shù)也需要符合冬季的氣候、溫度情況。例如在冬天的時(shí)候，大多數(shù)綠色建筑的西立面會(huì)將額外的太陽(yáng)能采暖提供出來(lái)。但是需要注意的是，這種常規(guī)的冬季采暖模式實(shí)際上是非常被動(dòng)的，并且這一模式在夏天的時(shí)候還會(huì)受到大量熱量侵襲的困擾，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致綠色建筑的使用者出現(xiàn)不同程度的眩光問(wèn)題。因此設(shè)計(jì)人員在模擬建筑采暖情況時(shí)，需要對(duì)立面采暖進(jìn)行必要的優(yōu)化，通過(guò)參數(shù)對(duì)比、數(shù)據(jù)分化等方式來(lái)獲得更加優(yōu)秀的采暖方式，并且有效減少采暖對(duì)于建筑夏季使用帶來(lái)的不良影響。此外，在建筑的噪音控制方面，設(shè)計(jì)人員需要將模擬的重點(diǎn)放到建筑周邊的交通噪音控制上，例如設(shè)計(jì)人員可以模擬綠色建筑周邊的車流量和工作日人流量等情況，從而計(jì)算出建筑不同層數(shù)中收到的噪音分貝，最終通過(guò)對(duì)建筑物形體的改變，在空氣繞流的影響下模擬更加均勻的分布，有效減少噪音對(duì)于綠色建筑帶來(lái)的不利影響。
3結(jié)語(yǔ)
計(jì)算機(jī)模擬分析在綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用涉及到了光照、風(fēng)向、采暖等諸多設(shè)計(jì)領(lǐng)域，因此綠色建筑設(shè)計(jì)人員需要對(duì)于計(jì)算機(jī)模擬的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與優(yōu)越性有充分的認(rèn)識(shí)，從而能夠在此基礎(chǔ)上有效地提升綠色建筑設(shè)計(jì)的實(shí)際水平。
作者:周鵬 單位:安徽省池州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院
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