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綠色建筑設(shè)計中計算機模擬的應(yīng)用論文
摘要：在現(xiàn)今的綠色建筑設(shè)計過程中，計算機模擬應(yīng)用可以有效減少設(shè)計誤差和資源浪費。不同科研設(shè)計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)計效率。文章對綠色建筑的內(nèi)容和原則進行分析后，探討了綠色建筑設(shè)計中計算機模擬的不同應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：綠色建筑設(shè)計；計算機模式；設(shè)計誤差；采光；采暖；噪音
目前，在綠色建筑設(shè)計與評價中，計算機模擬技術(shù)已經(jīng)成為強制性內(nèi)容。我國綠色建筑計算機模擬分析技術(shù)與西方發(fā)達國家相比依然很不成熟，存在著較大的差距。不同科研設(shè)計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)計效率。
1綠色建筑設(shè)計簡析
綠色建筑設(shè)計是一項系統(tǒng)性的設(shè)計工作，以下從設(shè)計基本原則、主要設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)、設(shè)計優(yōu)化方法、設(shè)計布局模式等方面出發(fā)，對于綠色建筑設(shè)計進行了分析。
1.1設(shè)計基本原則
綠色建筑設(shè)計需要遵循基本的設(shè)計原則，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)計尤為重要。設(shè)計人員在進行綠色建筑設(shè)計時需要將建筑工程本身和復(fù)雜的周圍環(huán)境相結(jié)合，綜合考慮進行設(shè)計。在這一過程中，光環(huán)境和風(fēng)環(huán)境等因素都是設(shè)計人員所需要注意并且關(guān)注的。與此同時，設(shè)計人員在設(shè)計的各個階段都應(yīng)當(dāng)密切地結(jié)合建筑的預(yù)期性能進行計算機模擬，從而能夠?qū)ㄖ阅芘c強度是否符合工程要求有明確的了解。
1.2主要設(shè)計內(nèi)容
設(shè)計人員在確定建筑工程的主要設(shè)計內(nèi)容時，應(yīng)當(dāng)合理地將先進的計算機模擬分析技術(shù)應(yīng)用進來，并且以此為基礎(chǔ)對建筑環(huán)境性能信息進行直觀和準確的反饋，進而對之前的設(shè)計方案進行更加有效的指導(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)計人員通過對建筑結(jié)構(gòu)進行計算機模擬，就可以對設(shè)計方案的室內(nèi)熱量控制起到很大的幫助。
1.3設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)
綠色建筑設(shè)計實際上對于建筑師提出了更高的設(shè)計要求。綠色建筑設(shè)計人員在設(shè)計過程中需要不斷進行計算機模擬方面知識的學(xué)習(xí)與實踐，并且在設(shè)計工作中持續(xù)地總結(jié)工作經(jīng)驗，從而更加高效地應(yīng)用好計算機模擬這一建筑設(shè)計的先進輔助技術(shù)。
1.4設(shè)計優(yōu)化方法
綠色建筑設(shè)計有著不同類型的優(yōu)化方法。設(shè)計人員在優(yōu)化設(shè)計方法時應(yīng)當(dāng)在使用計算機處理之后，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，這實際上也便于設(shè)計人員綜合對比各方面的因素，選出最為合適的綠色建筑設(shè)計方案。此外，設(shè)計人員在設(shè)計的過程中除了需要考慮到綠色建筑的實際形態(tài)及建筑的朝向等因素之外，還需要進一步將聲環(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)計布局模式
綠色建筑設(shè)計的布局模式需要以周邊建筑群的布局為基礎(chǔ)來進行。設(shè)計人員在考慮建筑布局時應(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)期標準的，在此基礎(chǔ)上通過模擬分析不同建筑布局的風(fēng)環(huán)境，從而進一步發(fā)現(xiàn)建筑布局的實際影響因素。此外，設(shè)計人員在考慮建筑布局時還應(yīng)當(dāng)更加充分地結(jié)合自身特點來進行。例如，如果建筑所處的地區(qū)比較嚴寒并有較大的季風(fēng)，那么設(shè)計人員在進行設(shè)計布局時，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)計布局模式。
2綠色建筑設(shè)計中計算機模擬的應(yīng)用
綠色建筑設(shè)計中計算機模擬的應(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)，對綠色建筑設(shè)計中計算機模擬的應(yīng)用進行分析。
2.1充分考慮外界因素
設(shè)計人員在應(yīng)用計算機模擬時，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)計出良好的建筑室內(nèi)通風(fēng)模式。此外，設(shè)計人員在充分考慮外界因素時還應(yīng)當(dāng)更加充分地結(jié)合主導(dǎo)風(fēng)向來考慮建筑朝向的選擇。例如，如果設(shè)計人員想要對于夏季建筑室內(nèi)穿堂風(fēng)進行必要的強化，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)動力，因此可以使用自由式和斜列式的模擬布局來提取數(shù)值，然后進行參數(shù)的修改與優(yōu)化。
2.2合理控制風(fēng)向夾角
計算機模擬對于設(shè)計人員合理的控制風(fēng)向夾角有著重要的意義。設(shè)計人員在合理控制風(fēng)向夾角時應(yīng)當(dāng)嚴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)計人員在合理控制風(fēng)向夾角時還應(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)計人員將控制的重點放在如何對于夏季的自然通風(fēng)進行強化。例如設(shè)計人員在建筑布局的時候可以通過選擇東西錯列式來進行模擬，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
計算機模擬的進行還可以起到優(yōu)化建筑采光模式的效果。設(shè)計人員在優(yōu)化建筑采光模式時要最大限度地擴大日光照射量。除了需要在確保南向日照最大化的同時，還應(yīng)當(dāng)模擬夏季時建筑的采光模式和日光照射條件，對天窗光漫反射進行分析，進而對于東西向的光照進行最小化的數(shù)據(jù)計算與分析。
2.4控制采暖與噪音
計算機模擬對于建筑的采暖與噪音控制有著重要的助力。設(shè)計人員在控制采暖與噪音時需要將采暖控制的重點放在冬天，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。例如在冬天的時候，大多數(shù)綠色建筑的西立面會將額外的太陽能采暖提供出來。但是需要注意的是，這種常規(guī)的冬季采暖模式實際上是非常被動的，并且這一模式在夏天的時候還會受到大量熱量侵襲的困擾，嚴重情況下會導(dǎo)致綠色建筑的使用者出現(xiàn)不同程度的眩光問題。因此設(shè)計人員在模擬建筑采暖情況時，需要對立面采暖進行必要的優(yōu)化，通過參數(shù)對比、數(shù)據(jù)分化等方式來獲得更加優(yōu)秀的采暖方式，并且有效減少采暖對于建筑夏季使用帶來的不良影響。此外，在建筑的噪音控制方面，設(shè)計人員需要將模擬的重點放到建筑周邊的交通噪音控制上，例如設(shè)計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，從而計算出建筑不同層數(shù)中收到的噪音分貝，最終通過對建筑物形體的改變，在空氣繞流的影響下模擬更加均勻的分布，有效減少噪音對于綠色建筑帶來的不利影響。
3結(jié)語
計算機模擬分析在綠色建筑設(shè)計中的應(yīng)用涉及到了光照、風(fēng)向、采暖等諸多設(shè)計領(lǐng)域，因此綠色建筑設(shè)計人員需要對于計算機模擬的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與優(yōu)越性有充分的認識，從而能夠在此基礎(chǔ)上有效地提升綠色建筑設(shè)計的實際水平。
作者:周鵬 單位:安徽省池州市城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院
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