聊聊绿建模拟中的一些常用软件与个人心得

吃瓜看热闹

不知不觉已经毕业3年了。。。时间过得真快╮(￣▽￣)╭。记得毕业后的第一份工作是一家绿建公司，因为在学校期间的课题是关于模拟仿真的，对这块也挺感兴趣，因此便找了跟绿色建筑模拟相关的工作方向。想起那段时间初出茅庐，学的也比较勤快，掌握了一些模拟仿真软件。最近恰好闲来无事，就把所学习到的内容与知识整理了一下，跟大家分享一二。
       绿色建筑在我国的发展也经历了不短的时间，现行的国标规范是《绿色建筑评价标准GB-T 50378-2019》，已经替换了14年的那个版本。在该规范及对应的评价细则中，有明文规定要求对绿色建筑设计阶段中的一些建筑环境内容进行模拟、仿真、计算，以分析与预测该建筑的实际使用性能。这些建筑环境涵盖的范围比较广，包括：风、光、声、热、能耗、气流组织、日照、视野等内容。那么模拟所做的工作，便是针对不同条目，进行建模、设置参数、模拟、结果分析等，以了解这些建筑性能是否达到了规范中的期望值，进而给出相应的分数值，为最后的绿色建筑星级评价提供可靠的依据。这篇文章，我主要是想依次对这些规范要求进行模拟的建筑环境内容，他们所常用的一些仿真软件，进行一下简单的介绍，并且给出个人的一些看法与建议。
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       在模拟开始前，我们应搜集建筑的相关信息，包括建筑项目概况（业态、单体or建筑群、用地/占地面积、层高等）、CAD平面图纸、相关标准（国标、地标、行标等）以及甲方提供的其他资料。
（1）风环境
         风环境分为室外风与室内风。室外风主要模拟冬夏季的室外风速与风压情况，而室内风主要探究气流畅通与空气龄等问题。风环境应该是最基本的模拟之一。常用的软件包括：
      Phoenics：一款风环境模拟领域很常用且易上手的软件，可采用SU建模导入建筑模型。采用软件设置边界条件（场地风速、风向、梯度等）、网格划分（1.5m以下加密）、设置迭代次数与残差等，最后输出各种速度、压力云图等。该软件对网格质量比较高，若网格数量偏低，会在结果图中出现“漏洞”。
      Fluent：不多说，计算流体力学中的商业软件名气最大的。许多CFD软件皆是基于Fluent为内核。如果你熟悉Fluent，掌握流场模拟的方法与步骤，则很容易学会其他的软件。
（2）光环境
        光环境包括室内采光、室内眩光甚至还有日照时数等。室内采光即模拟在全阴天条件下，在窗体尺寸及玻璃材料条件下，室内是否可以达到规定的采光系数。而眩光是关于夏季是否会对室内人员造成强烈的光眩感引起不适。日照则涉及大寒日/冬至日时，底层房间是否满足日照小时数的要求。最常用的软件是：
      Ecotect：建筑光环境模拟的权威软件。依据CAD图纸（亦可SU建模导入）搭建建筑模型，设置玻璃材料与室内装饰材料（反射率）等，同样需要网格划分，最后输出采光系统分析结果。用以日照时数模拟中，依据建筑所在地的经纬度，调节时间轴至模拟日，最后输出日照小时数云图。
      Radiance：相当于是Ecotect的一个插件，两种相结合可模拟室内眩光效果，输出眩光值。
（3）声环境
      声环境包括建筑物周边的室外声环境与室内构件隔声与噪声模拟。室外声环境是搭建建筑周边的声源（大小，距离），模拟经声源传递到建筑中后，人们所接受的音量是否低于标准规范中的白天夜间限值。室内声环境应该模拟的是建筑材料的隔声性能是否达到预期。最常用的软件有：
    CadNA：声环境模拟中图形化交互好的一款软件，依次搭建建筑模型，设置声源、屏障等，便可输出以音量大小数值的渐变云图（平面与立面），直观清晰明了。
    Soundplan：可用以模拟构件隔声。
（4）热环境
       热环境其实应该与风环境一同描述。相当于是在室外风场的基础上，增加了太阳辐射对建筑（群）的影响。热岛效应也是经常所提及的内容之一，通过分析建筑周围的热环境，进而可以的配置植被，是绿色建筑对建筑用地的考量之一。最常用的软件包括：
      Phoenics：09版本无太阳辐射模拟，应该是在2011版本之上可用。在风环境参数设置的基础上，添加太阳辐射模型，还需设置建筑墙体的辐射吸收系数等，输出以温度分布为主的云图，进而分析该建筑周边何处存在温度剧增区等。
      sc-STREAM：是一款界面很美观、操作逻辑清晰的软件。
（5）能耗
        绿建标准中的能耗模拟主要是关于暖通空调系统，毕竟HVAC能耗在建筑物中的比例最大（60%以上）。能耗模拟是一个很热门且复杂的课题，通常的模拟分析目的是探究所使用的空调设备可达到的节能率。该课题也是值得深入研究的方向之一。常用的软件是：
      DeST：清华大学研发的软件，使用广泛，也很适用于科研。采用CAD界面的方式建模，模拟过程逻辑也很清晰：1、建筑建模 2、设置项目所在地及建筑房间分区 3、设置围护结构热工性能参数 4、设置负荷内扰（人员、灯光、设备、时间表） 5、设定室内采暖空调温度 6、设置冷热源形式 7、设置水系统及末端形式 8、输出报表。
      eQuest：很流行的一款能耗模拟软件。在前期的建筑建模方面比较容易上手，到DD模式下添加空调系统（冷热源、动力水泵、末端AHU/FCU）时，个人觉得有点复杂。能够输出的结果分析报表种类很多。还有个缺点就是单位全采用的是英制，需进行换算。
      Energyplus：说到能耗模拟，不得不提E+，一款名气很大的软件。可惜软件界面不友好。目前可通过与Sketchup进行交互，完成模拟。
      Designbuilder：一款图形交互化很强的软件。跟上述软件一样，先完成建筑模型的搭建（窗墙比、围护结构材料），其次设置内扰，再次添加所采用的空调设备，最后输出模拟报告。
（6）气流组织
       气流组织是暖通领域的一个重要内容。绿建标准中要求所使用的空调系统，能够为室内人员营造一个舒适的环境（冬夏季适宜的室内温度与风速）。最常用的软件是：
      Airpak：室内机械通风，空气调节等模拟最有名的软件之一。模型搭建很方便，软件帮助中提供了一些典型案例以便用户熟悉流程。房间空间中可布置送回风口，设置相应的送风速度、角度、温度；进而进行网格划分，加密等；最后是控制方程的选取与残差设置。输出的结果界面很美观，包括速度、温度云图，甚至PMV-PPD图、空气龄等。
      fluent：不必多说。
     Star-CCM+：可采用SU建模，结合网格划分、修补等，一系列模拟参数与边界条件的设置后，输出模拟结果。结果图的展示十分美观。
（7）可视度分析
        可视度所指的是建筑中视觉最不利房间，在人眼高度是否可以同时看到天空与地面。也说绿色建筑为室内人员所考虑的一个要点。通常3D建筑软件中的Sketchup使用较多，同时该软件也是建筑建模的最常用软件之一。
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      值得一提的是，以上的模拟项目，国产软件中的PKPM、绿建斯维尔、鸿业软件都有成套的集合模拟软件，涵盖了上述的所有模拟。交互式强，一次建模可以完成多个不同的模拟。网络都有很多的教程和视频，供大家学习。
      在模拟完成之后，是依据模拟结果，撰写分析报告。对照绿建标准里相应的条目，进行评分，为后续的星级评价提供依据。我个人关于绿建模拟的步骤与流程总结如下图所示：



绿色建筑模拟的步骤与流程

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      事实上，绿色建筑的模拟是一项繁琐的工作，可能一个细节、一个微小的参数设置错误，便为导致模拟结果的异常。因此，需要从事模拟的人员，保持耐心，不断学习。总结个人在模拟工作中遇到的一些困难与不懂之处，学会寻找解决办法与请教他人。日积月累，方可熟能生巧。
      以上是自己所学习与了解的一些关于绿建模拟的仿真软件，以及个人的一些心得体会。可能存在一些比较主观与偏颇的看法，欢迎大家来与我探讨交流。转载请注明。后续会继续添加进一步的补充。码字不易，如果觉得对自己有帮助的小伙伴们，请点个赞呗~，谢谢~~！   \^o^/

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2020.7.16   更新内容
做了一下整理，把各个绿建模拟项目的模拟结果图片，更新至个人的微信公众号，链接在下方。感兴趣的话，大家可以去看看！^_^

丛茗之境

前辈，您好，我是一名建筑技术方向（西建）的准研究生，本科建筑学。冒昧问下前辈毕业之后做绿建相关工作的收入、发展前景怎么样？以及读研期间有没有什么建议、注意事项之类的....

杨中华

请问下有EP8.6.0的Windowsx86版本吗

沐易楊

研一新生，方向：超低能耗。路过

侑墨

你好，我想问一下，在做phoenics室内模拟的时候，可以通过变换墙体的材料来得到不同的室内温度、风速等数据吗

帮你煲鱼头汤

我想应该可以吧。软件里有设置材料的选项，再设置好室外温度。应该能模拟出不同的室内环境参数分布。

全洪生

好的，是不是用phoenics做室内用的比较少[捂脸]

乐途林

你好，我手里边有phoenics室内通风模拟的教程，这个教程后处理的结果就会包含室内热环境的结果吗？求教[害羞][害羞]

叶露雅

原来做室内气流组织用的比较多的是Airpak

水煮大西瓜

您好，想请教您一个问题，airpak计算完成后怎么导出生产的云图？有airpak的交流群吗