绿色建筑计算机模拟分析

计算机模拟分析有强大的3D处理能力和计算能力，它是绿色建筑设计的主要工具，利用它能解决难以解决的复杂问题。基于此，文章从风环境的角度对绿色建筑设计中的计算机模拟方法进行了分析。

在绿色建筑设计的过程中，通过计算机模拟分析软件对其进行风环境的模拟，可以有效提高建筑设计的效率。下面仅从风环境模拟的角度，对其进行分析。

一、模拟软件

据相关文献资料显示，计算流体力学是产生于第二次世界大战前后，在20世纪60年代逐渐形成了一门独立的学科，主要是通过图像显示和计算机数值计算对包含有热传导和流体流动等相关物理现象的系统进行分析。目前市场上比较主流的CFD软件主要有Fluent、CFX、Phoenics、Star-CD、Airpak等设计软件，英国公司研发的是Phoenics、CFX和Star-CD，美国公司研发的Fluent和Airpak。

Fluent物理模型丰富，广泛的应用于石油天然气、汽车设计、涡轮机设计、航空航天和建筑设计等行业，主要是因为有强大的前后处理功能和先进的数值方法。Fluent作为全球最大的商用CFD软件，可以有效解决热传递、流体等模拟分析。Star-CD是全球第一款采用完全非结构化网格生成技术研究复杂流体的商用软件包，通过模拟典型流体运动，输出数值，在汽车动力、风能、化学反应等众多领域有着较为广泛的应用。

二、气象资料

我国疆土辽阔，从南到北分布着热带、亚热带、暖温带、温带、寒带五个温度带，受太阳辐射、纬度、地形等多方面因素的影响，各个气候带的气温和降水差异很大。因此，在绿色建筑设计的过程中，需要考虑当地的气候条件，暖通空调设计虽然缺少主导风向等风环境模拟的必要资料,但所用的室外气象参数有室外计算温度和冬季室外平均风速等参数。计算机设计方法及理论确定最优的建筑方案，而模拟分析贯穿整个绿色建筑设计中，例如在初步设计阶段需要降噪、开窗位置、遮阳形式、窗形式、局部凹凸措施等方面的处理，选用合理的构造形式进行初步确定,施工图设计过程中需要对绿色建筑的能耗进行量化。

三、室外风环境

（一）模型抽象

模型的抽象过程是分析过程，根据建筑的环境特性,提取主要因素进行分析，确立模拟的思路。包括两个方面的内容，一方面是指模拟温度条件、风速、风向和压力；另一方面则是指根据建筑物周围的环境，对其进行建模分析，根据不同的建筑制定不同的模拟方案。

（二）模型建立

建筑的形态各种各样，无论建筑规模的大小都需要有建模过程，绿色建筑的建模过程与普通建筑设计存在一定的差距，绿色建筑模型是根据建筑立面、建筑平面图以及规划图来确定的。风环境模拟软件计算过程是一个复杂的运算过程,模型的精度会对运行速度有着直接的影响，若精度过细，计算量会增加，运算的速度就会降低。若模型的精度过于简单，则会影响到计算的结果，建筑周围的气体流线等会减弱，风环境模拟的真实度降低。因此，为了有效确保风环境模拟的真实性和计算的效率，在绿色建筑实际模拟过程中，常常可以将对流场影响比较小的部分给忽略，例如凹凸尺度小的挑檐、线脚和窗台等。

模型简化的程度会因为模拟问题的不同而不同，例如在建筑物数量比较多且建筑的形体比较复杂的情况下，就可以将低矮树木、挑檐和部分体量小的建筑、小尺寸的阳台等可在建模过程中忽略。气象参数是风环境模拟分析过程中比较重要的资料，风环境模拟分析结果的准确性受气象参数的直接影响。气象参数的选择一般根据地方的历年统计数据和当地气象部门的数据进行，此外，还可以在《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中查找相关统计数据。如果某地区没有详细的气象数据，那么本地气象资料就根据附近地区的气象数据进行修正使用。

（三）计算设置

模型建立并设置好边界条件后,进入计算设置的阶段。网格类型可根据实际情况选取多种网格单元，也可采用六面体、四面体、四棱体、楔形等网格单元。对于流场变化剧烈的地方,要对网格进行细分。设置湍流模型，根据流动的特点进行不同情况的风环境模拟。

四、室内风环境

（一）模型抽象

通风的边界条件多种多样，进出风口一般可以设置为与压力边界条件相差0Pa。壁面边界设置受建筑的日照和空调区域的影响，根据相关工程的实际情况，对中庭壁面的吸热量或散热量估算出来然后进行比较。

（二）模型建立

对于穿堂风的模拟，模型常以场地通风的形式存在，在模型中需要建立相同的尺寸和比例。对于初始条件下的参数要填写准确，需要结合现场的风环境对其进行室内环境的设置，建模的时候还要注意风通道的位置，也要注意局部的建模，只有充分的考虑各项参数，才能确保模型建立的准确。

五、总结

计算机模拟分析的应用范围很广，其在绿色建筑设计中的应用还涉及光和声等领域，通过计算机模拟建筑的采光、风、声环境，从而做出更加科学合理的建筑构造设计。