建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程一、概述

建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)輔助工具對(duì)建筑物的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬和優(yōu)化。該技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)師在項(xiàng)目初期階段預(yù)測(cè)建筑物的能耗、光照、通風(fēng)等動(dòng)態(tài)性能，從而提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文將詳細(xì)介紹建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程，包括相關(guān)軟件的選擇、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模擬設(shè)置、結(jié)果分析等關(guān)鍵步驟。

二、計(jì)算機(jī)輔助軟件的選擇

（一）通用模擬軟件

1.EnergyPlus：適用于建筑能耗模擬，能夠詳細(xì)分析建筑的熱量傳遞、通風(fēng)、照明等性能。

2.DesignBuilder：基于EnergyPlus開發(fā)，界面友好，操作簡(jiǎn)便，適合初學(xué)者使用。

3.OpenStudio：開源軟件，支持參數(shù)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化腳本，適合復(fù)雜項(xiàng)目。

（二）專用模擬軟件

1.V-Ray：結(jié)合SketchUp等建模軟件，提供高質(zhì)量的光照和渲染效果，適合可視化設(shè)計(jì)。

2.EcotectAnalysis：專注于日照、通風(fēng)等環(huán)境性能分析，操作直觀。

（三）選擇標(biāo)準(zhǔn)

1.功能匹配：根據(jù)項(xiàng)目需求選擇軟件，如能耗模擬、光照分析等。

2.易用性：優(yōu)先選擇界面友好、學(xué)習(xí)曲線平緩的軟件。

3.兼容性：確保軟件與現(xiàn)有設(shè)計(jì)工具兼容，避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。

三、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（一）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.建筑模型：導(dǎo)入CAD或BIM軟件的幾何模型，確保網(wǎng)格密度合理（建議面數(shù)在100萬以內(nèi)）。

2.材質(zhì)參數(shù)：輸入墻體、窗戶、屋頂?shù)葮?gòu)件的熱工性能參數(shù)（如導(dǎo)熱系數(shù)、反射率等）。

3.氣象數(shù)據(jù)：選擇典型氣象年數(shù)據(jù)（如美國標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)）或?qū)嶋H氣象數(shù)據(jù)。

（二）參數(shù)設(shè)置

1.時(shí)間參數(shù)：設(shè)置模擬周期（如一年），時(shí)間步長(zhǎng)建議為1小時(shí)或更小。

2.環(huán)境參數(shù)：輸入室內(nèi)外溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境條件。

四、模擬設(shè)置

（一）能耗模擬

1.設(shè)置負(fù)荷類型：包括照明、設(shè)備、人員等內(nèi)部負(fù)荷。

2.配置能源系統(tǒng)：設(shè)定供暖、制冷、供電等系統(tǒng)參數(shù)（如效率、運(yùn)行時(shí)間等）。

（二）光照模擬

1.設(shè)定太陽位置：根據(jù)地理位置和日期計(jì)算太陽軌跡。

2.分析室內(nèi)光照分布：檢查窗戶、反射面等對(duì)光照的影響。

（三）通風(fēng)模擬

1.設(shè)置風(fēng)壓差：輸入室外風(fēng)速和建筑開口尺寸，計(jì)算自然通風(fēng)效果。

2.評(píng)估空氣質(zhì)量：模擬污染物擴(kuò)散，優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計(jì)。

五、結(jié)果分析

（一）能耗結(jié)果

1.繪制能耗曲線：分析年、月、日能耗分布。

2.優(yōu)化建議：根據(jù)結(jié)果調(diào)整墻體厚度、窗戶面積等參數(shù)。

（二）光照結(jié)果

1.可視化光照分布：生成等照度圖，檢查陰影區(qū)域。

2.調(diào)整設(shè)計(jì)：增加天窗或反射板以改善光照。

（三）通風(fēng)結(jié)果

1.計(jì)算換氣次數(shù)：確保滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（如每小時(shí)換氣3-5次）。

2.優(yōu)化風(fēng)口布局：調(diào)整通風(fēng)口位置以提高效率。

六、驗(yàn)證與優(yōu)化

（一）對(duì)比實(shí)際數(shù)據(jù)

1.收集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：如能耗記錄、光照強(qiáng)度等。

2.驗(yàn)證模擬精度：計(jì)算誤差范圍（如低于10%為合格）。

（二）迭代優(yōu)化

1.調(diào)整參數(shù)：根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果修改模型或參數(shù)。

2.重復(fù)模擬：直至結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

七、總結(jié)

建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程涉及軟件選擇、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模擬設(shè)置、結(jié)果分析等多個(gè)環(huán)節(jié)。通過規(guī)范化的操作流程，設(shè)計(jì)師能夠高效地進(jìn)行性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化，提升建筑的綜合性能。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目需求靈活調(diào)整流程，確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

一、概述

建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)輔助工具對(duì)建筑物的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬和優(yōu)化。該技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)師在項(xiàng)目初期階段預(yù)測(cè)建筑物的能耗、光照、通風(fēng)等動(dòng)態(tài)性能，從而提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文將詳細(xì)介紹建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程，包括相關(guān)軟件的選擇、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模擬設(shè)置、結(jié)果分析等關(guān)鍵步驟。重點(diǎn)關(guān)注如何利用計(jì)算機(jī)工具系統(tǒng)化地進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，以實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)、更舒適的人居環(huán)境。

二、計(jì)算機(jī)輔助軟件的選擇

（一）通用模擬軟件

1.EnergyPlus：適用于建筑能耗模擬，能夠詳細(xì)分析建筑的熱量傳遞、通風(fēng)、照明、設(shè)備能耗等。其基于方程求解，精度較高，支持多種建筑組件和系統(tǒng)模型。操作上，通常需要一定的學(xué)習(xí)曲線，但其參數(shù)化和腳本功能（如使用VBScript或Python）提供了強(qiáng)大的定制能力。適用于需要深入進(jìn)行能耗分析和優(yōu)化項(xiàng)目。

2.DesignBuilder：基于EnergyPlus核心引擎開發(fā)，但提供了圖形化界面和更友好的操作體驗(yàn)，使其更易于上手。它內(nèi)置了豐富的構(gòu)件庫和參數(shù)化功能，支持快速創(chuàng)建復(fù)雜的建筑模型和運(yùn)行模擬。適合需要高效完成能耗模擬，同時(shí)對(duì)可視化結(jié)果有一定要求的用戶。

3.OpenStudio：是EnergyPlus的一個(gè)開源接口，允許用戶通過編程方式（如Ruby）或可視化界面（如OpenStudioIDE）進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化模擬。它特別適合需要大規(guī)模參數(shù)研究（如優(yōu)化設(shè)計(jì)變量）或集成到其他設(shè)計(jì)工作流中的場(chǎng)景。

（二）專用模擬軟件

1.V-Ray：雖然主要是一款渲染引擎，但常與SketchUp、Revit、Rhino等建模軟件結(jié)合使用，提供高質(zhì)量的光照和材質(zhì)渲染效果。在動(dòng)態(tài)模擬中，常用于對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，制作逼真的效果圖或動(dòng)畫，幫助設(shè)計(jì)師和客戶直觀理解設(shè)計(jì)效果。

2.EcotectAnalysis：專注于早期階段的環(huán)境性能分析，如日照路徑圖、陰影分析、自然通風(fēng)模擬、視野分析等。其操作相對(duì)直觀，適合快速評(píng)估設(shè)計(jì)概念對(duì)環(huán)境性能的影響，尤其是在建筑形態(tài)和布局階段。

3.AutodeskInsight：集成在Revit平臺(tái)中，提供基于EnergyPlus的能耗模擬功能。可以直接在BIM環(huán)境中進(jìn)行分析，利用已有的Revit模型數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程，適合在建筑信息模型（BIM）工作流中嵌入能耗分析。

（三）選擇標(biāo)準(zhǔn)

1.功能匹配：根據(jù)項(xiàng)目具體需求選擇軟件。例如，若重點(diǎn)關(guān)注全生命周期的能耗和設(shè)備性能，EnergyPlus或DesignBuilder是首選；若需快速進(jìn)行日照和通風(fēng)的初步概念分析，EcotectAnalysis可能更合適；若希望在BIM環(huán)境中直接進(jìn)行分析，AutodeskInsight值得考慮。對(duì)于最終的高質(zhì)量可視化，V-Ray等渲染工具是必要的補(bǔ)充。

2.易用性：評(píng)估團(tuán)隊(duì)成員的軟件應(yīng)用能力。初學(xué)者可能更傾向于DesignBuilder或EcotectAnalysis等界面友好的軟件。對(duì)于需要深度定制和參數(shù)化研究的任務(wù)，OpenStudio或EnergyPlus可能需要更專業(yè)的團(tuán)隊(duì)。

3.兼容性：確保所選軟件能夠?qū)牒蛯?dǎo)出常用的文件格式（如DWG,DXF,IFC,RVT,SKP等），以便與其他設(shè)計(jì)工具（如CAD、BIM軟件）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，考慮軟件之間的協(xié)同工作能力，例如是否可以將BIM模型用于能耗模擬。

4.計(jì)算資源：復(fù)雜的模擬（尤其是長(zhǎng)時(shí)間序列的能耗模擬或高精度的CFD模擬）需要較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)硬件配置。在選擇軟件前，需評(píng)估現(xiàn)有或可用的計(jì)算資源是否滿足要求。

5.成本與許可：考慮軟件的購買成本、訂閱費(fèi)用以及許可模式（如按用戶、按項(xiàng)目等），將其納入項(xiàng)目預(yù)算。開源軟件（如OpenStudio）在初始成本上可能有優(yōu)勢(shì)，但可能需要投入更多時(shí)間學(xué)習(xí)或?qū)で笊鐓^(qū)支持。

三、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（一）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.建筑模型：

幾何精度：導(dǎo)入的模型應(yīng)具有足夠的幾何細(xì)節(jié)，但避免過度精細(xì)導(dǎo)致計(jì)算量過大。通常建議建筑外殼的面數(shù)在100萬到500萬個(gè)之間，具體取決于模擬的復(fù)雜度和分析類型。過于粗糙的模型無法準(zhǔn)確反映細(xì)節(jié)性能（如窗墻比、局部遮陽效果），而過于精細(xì)的模型則顯著增加計(jì)算時(shí)間和資源需求。

構(gòu)件定義：確保模型中包含所有關(guān)鍵的建筑構(gòu)件，如墻體、屋頂、地面、窗戶、門、遮陽構(gòu)件等。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，需要手動(dòng)創(chuàng)建或使用軟件庫中的近似替代。

空間劃分：定義清晰的空間布局，包括各房間的用途、面積、高度以及內(nèi)部隔墻。這對(duì)于負(fù)荷計(jì)算和通風(fēng)模擬尤為重要。

文件格式：根據(jù)所選模擬軟件的要求，選擇合適的導(dǎo)入格式。常見的格式包括DWG/DXF（用于CAD模型）、IFC（建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)格式，可用于傳遞幾何和部分屬性）、RVT（Revit文件）、SKP（SketchUp文件）等。確保導(dǎo)入時(shí)單位設(shè)置正確。

2.材質(zhì)參數(shù)：

熱工屬性：為每個(gè)建筑構(gòu)件指定準(zhǔn)確的熱工性能參數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)包括：

導(dǎo)熱系數(shù)（λ）：衡量材料傳導(dǎo)熱量的能力（單位：W/(m·K)）。

密度（ρ）：材料單位體積的質(zhì)量（單位：kg/m3）。

比熱容（Cp）：?jiǎn)挝毁|(zhì)量材料溫度升高1攝氏度所需的熱量（單位：J/(kg·K)）。

傳熱系數(shù)（U值）或R值：衡量圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體傳熱性能的指標(biāo)。U值（單位：W/(m2·K)）是倒數(shù)形式，R值（單位：m2·K/W）表示熱阻。通常需要查閱材料手冊(cè)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫獲取。

光學(xué)屬性：對(duì)于窗戶、外飾面等，需要輸入太陽得熱系數(shù)（SHGC或GLazingU-value）、可見光反射率（Reflectance,c）等參數(shù)，這些影響光照和能耗模擬結(jié)果。

通風(fēng)參數(shù)：對(duì)于門窗，需要定義空氣滲透率（AirInfiltration），通常以每小時(shí)換氣次數(shù)（AirChangesperHour,ACH）或每平方米的空氣滲透量（單位：m3/(h·m2)）表示。

數(shù)據(jù)來源：材質(zhì)參數(shù)應(yīng)盡可能來源于權(quán)威的制造商數(shù)據(jù)表、材料數(shù)據(jù)庫（如SimScaleMaterialLibrary,ASHRAEHandbooks）或經(jīng)過實(shí)測(cè)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。使用典型值或軟件默認(rèn)值可能引入一定誤差。

3.氣象數(shù)據(jù)：

數(shù)據(jù)類型：選擇合適的氣象數(shù)據(jù)文件。最常用的是“典型氣象年”（TypicalMeteorologicalYear,TMY）數(shù)據(jù)，它是一年或多年氣候數(shù)據(jù)的代表性組合，包含逐時(shí)或逐日的氣象參數(shù)。另一種是“設(shè)計(jì)日”（DesignDay）數(shù)據(jù)，用于特定設(shè)計(jì)負(fù)荷（如供暖/制冷峰值負(fù)荷）的計(jì)算。對(duì)于需要高度精確反映當(dāng)?shù)貧夂虻捻?xiàng)目，可以使用實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)文件（如EPW格式）。

數(shù)據(jù)內(nèi)容：氣象數(shù)據(jù)通常包含以下參數(shù)的逐時(shí)或逐日記錄：

干球溫度（Dry-bulbTemperature）：空氣的冷暖程度（單位：°C）。

濕球溫度（Wet-bulbTemperature）：空氣的濕度（單位：°C）。

露點(diǎn)溫度（DewPointTemperature）：空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度（單位：°C）。

相對(duì)濕度（RelativeHumidity）：空氣中水蒸氣分壓與同溫度下飽和水蒸氣分壓之比（百分比%）。

太陽輻射：包括直接輻射（DirectNormalIrradiance,DNI）、散射輻射（DiffuseNormalIrradiance,DNI）和總輻射（GlobalHorizontalIrradiance,GHI）（單位：W/m2）。

風(fēng)速（WindSpeed）：空氣流動(dòng)的速度（單位：m/s），通常還包含風(fēng)向數(shù)據(jù)。

總云量、低云量、中云量、高云量（CloudCover）：描述天空被云覆蓋的程度（八分量級(jí)）。

數(shù)據(jù)獲?。嚎梢詮膰H或區(qū)域性的氣象數(shù)據(jù)庫下載（如NRELTMY3數(shù)據(jù)集、EPW數(shù)據(jù)庫），或通過在線服務(wù)獲取。選擇地理位置最接近的氣象站數(shù)據(jù)，以減少地域差異帶來的誤差。

（二）參數(shù)設(shè)置

1.時(shí)間參數(shù)：

模擬周期：定義模擬的時(shí)間跨度。對(duì)于能耗模擬，通常使用一個(gè)完整的“典型氣象年”（TMY）或“氣象數(shù)據(jù)年”（WeatherDataYear,WDY），以反映季節(jié)變化和全年氣候特征。對(duì)于光照模擬，可能只需要模擬特定的時(shí)間段（如工作日白天、特定節(jié)日）。通風(fēng)模擬有時(shí)也會(huì)使用較短的時(shí)間段（如典型工作日）。

時(shí)間步長(zhǎng)：定義模擬計(jì)算的精細(xì)程度。時(shí)間步長(zhǎng)越小，模擬結(jié)果越精確，但計(jì)算量也越大。常見的步長(zhǎng)選擇為1小時(shí)、2小時(shí)或6小時(shí)。對(duì)于快速變化的過程（如短時(shí)通風(fēng)），可能需要更小的時(shí)間步長(zhǎng)；對(duì)于變化緩慢的過程（如長(zhǎng)期溫度變化），較大的時(shí)間步長(zhǎng)通常足夠。

2.環(huán)境參數(shù)：

室內(nèi)負(fù)荷：輸入與建筑使用相關(guān)的內(nèi)部熱負(fù)荷。這包括：

人員負(fù)荷：根據(jù)房間人數(shù)和活動(dòng)水平估算的散熱量和散濕量（單位：W或person）。通常按每人每小時(shí)散熱量70-100W估算。

照明負(fù)荷：根據(jù)房間面積和照明功率密度（單位：W/m2）計(jì)算的電能消耗，會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部熱負(fù)荷（單位：W）。

設(shè)備負(fù)荷：辦公設(shè)備、計(jì)算機(jī)、家用電器等產(chǎn)生的熱量（單位：W）。

滲透負(fù)荷：通過門窗縫隙、墻體裂縫等非正常途徑進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣所帶走的熱量，以及伴隨進(jìn)入的潛熱量（單位：W）。

設(shè)備系統(tǒng)：定義建筑所使用的供暖、制冷、通風(fēng)和照明系統(tǒng)類型及其性能參數(shù)。

供暖系統(tǒng)：設(shè)定供暖設(shè)置溫度、供暖效率、燃料類型等。

制冷系統(tǒng)：設(shè)定制冷設(shè)置溫度、制冷效率（COP或EER）、運(yùn)行策略（如啟停控制、變負(fù)荷控制）等。

通風(fēng)系統(tǒng)：定義通風(fēng)方式（自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)）、新風(fēng)量要求（通常按每人30-60m3/h計(jì)算）、風(fēng)機(jī)效率等。

照明系統(tǒng)：定義照明控制策略（如恒定照度、daylightingcontrolwithdimming）。

四、模擬設(shè)置

（一）能耗模擬

1.設(shè)置負(fù)荷類型：

內(nèi)部負(fù)荷：詳細(xì)輸入人員、照明、設(shè)備等參數(shù)，如前所述?？筛鶕?jù)不同使用模式（如辦公、會(huì)議、零售）設(shè)置不同的負(fù)荷場(chǎng)景。

滲透負(fù)荷：定義門窗的氣密性等級(jí)（參考LEED或PassiveHouse標(biāo)準(zhǔn)中的分級(jí)），或直接輸入基于實(shí)測(cè)或標(biāo)準(zhǔn)庫的每小時(shí)換氣次數(shù)（ACH）。

2.配置能源系統(tǒng)：

供暖系統(tǒng)：選擇系統(tǒng)類型（如輻射供暖、對(duì)流供暖、熱泵），輸入供回水溫度、末端形式（如風(fēng)機(jī)盤管、地板采暖）、控制策略（如連續(xù)、間歇）。

制冷系統(tǒng)：選擇系統(tǒng)類型（如蒸氣壓縮、吸收式），輸入制冷劑類型、壓縮機(jī)效率、冷媒流量等。

通風(fēng)系統(tǒng)：選擇自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)。若為自然通風(fēng)，需定義開啟策略（如基于溫度、風(fēng)速觸發(fā)）和風(fēng)口尺寸。若為機(jī)械通風(fēng)，需定義風(fēng)機(jī)類型（如軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)）、風(fēng)量、過濾效率等。

照明系統(tǒng)：配置照明控制策略，如daylightingresponsivecontrols（根據(jù)自然光照自動(dòng)調(diào)節(jié)人工照明）、time-of-dayschedules（分時(shí)控制）、occupancysensors（占用傳感器控制）。

電力系統(tǒng)：定義供電來源（如電網(wǎng)）、電價(jià)結(jié)構(gòu)（如分時(shí)電價(jià)）、變壓器效率等。

燃?xì)庀到y(tǒng)：若使用燃?xì)夤┡驘崴?，需定義燃?xì)夤艿绤?shù)、燃?xì)庑实取?/p>

3.設(shè)定控制邏輯：定義各種設(shè)備系統(tǒng)的啟停邏輯、運(yùn)行模式切換條件等。例如，設(shè)定供暖系統(tǒng)在室內(nèi)溫度低于18°C時(shí)啟動(dòng)，高于22°C時(shí)停止；設(shè)定制冷系統(tǒng)在室內(nèi)溫度高于26°C且自然輻射強(qiáng)度低于閾值時(shí)啟動(dòng)。

（二）光照模擬

1.設(shè)定太陽位置：

地理位置：準(zhǔn)確輸入建筑所在地的經(jīng)緯度、海拔高度。

日期和時(shí)間：定義模擬的具體日期范圍或特定時(shí)刻。對(duì)于日影分析，通常需要模擬一年中的關(guān)鍵日期（如冬至、夏至、春分、秋分）。

大氣模型：選擇大氣模型（如ClearSky,Ineichen模型）來模擬大氣對(duì)太陽輻射的衰減作用。ClearSky模型假設(shè)無云天氣，Ineichen模型考慮了云層的影響，結(jié)果更接近實(shí)際。

2.分析室內(nèi)光照分布：

模擬類型：選擇具體的光照分析類型，如：

太陽路徑圖（SunPathDiagram）：顯示太陽在一天中相對(duì)于建筑的位置。

陰影分析（Shadows）：分析建筑構(gòu)件（墻體、屋頂、遮陽設(shè)施）產(chǎn)生的陰影對(duì)周圍區(qū)域（如場(chǎng)地、相鄰建筑、室內(nèi)空間）的影響。

等照度線圖（IlluminanceContours）：在平面上顯示室內(nèi)某高度處（通常是工作面）的照度分布情況，單位為勒克斯（lux）。

日照時(shí)數(shù)分析（DaylightHours）：分析室內(nèi)某個(gè)點(diǎn)或區(qū)域一年中每年獲得日照的小時(shí)數(shù)。

視線分析（ViewAnalysis）：分析從室內(nèi)特定視點(diǎn)是否能看到室外某個(gè)目標(biāo)點(diǎn)或景觀。

參數(shù)設(shè)置：根據(jù)分析類型，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如觀察高度、照度閾值、分析網(wǎng)格密度等。

（三）通風(fēng)模擬

1.設(shè)置風(fēng)壓差：

室外風(fēng)速：根據(jù)氣象數(shù)據(jù)輸入或設(shè)定典型風(fēng)速剖面（風(fēng)速隨高度的變化）。

建筑開口：定義門窗、通風(fēng)口的位置、尺寸、類型（固定、可開啟、帶百葉等）。

計(jì)算風(fēng)壓：模擬軟件會(huì)根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向、建筑幾何形狀和開口參數(shù)，計(jì)算作用在建筑表面的風(fēng)壓，以及通過開口的空氣流量（單位：m3/s）。

2.評(píng)估空氣質(zhì)量：

污染物來源：定義室內(nèi)外污染物的來源強(qiáng)度（如人員活動(dòng)、家具、設(shè)備排放的CO?、VOCs等）。

通風(fēng)策略：結(jié)合自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的設(shè)置，計(jì)算室內(nèi)空氣的混合和排出情況。

濃度分布：模擬污染物（如CO?濃度）在室內(nèi)空間的分布情況，單位為ppm（百萬分率）或mg/m3。

換氣效率：評(píng)估通風(fēng)系統(tǒng)提供的換氣次數(shù)是否滿足健康標(biāo)準(zhǔn)（如ASHRAE62.1標(biāo)準(zhǔn)建議的室內(nèi)空氣質(zhì)量要求，通常辦公室為15-20ACH）。

五、結(jié)果分析

（一）能耗結(jié)果

1.繪制能耗曲線：

總能耗：生成建筑全年的總能耗曲線（單位：kWh或GJ），并按能源類型（電、燃?xì)?、燃油等）進(jìn)行分解。

分項(xiàng)能耗：分析主要能耗構(gòu)成，如供暖能耗、制冷能耗、照明能耗、設(shè)備能耗、滲透能耗等各自的占比和絕對(duì)值。

能耗強(qiáng)度：計(jì)算單位面積或單位體積的能耗，如單位建筑面積能耗（單位：kWh/m2）、單位體積能耗（單位：GJ/m3），用于與其他建筑或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

時(shí)間分布：查看能耗在不同季節(jié)、月份、甚至逐時(shí)的時(shí)間變化規(guī)律。

2.優(yōu)化建議：根據(jù)能耗分析結(jié)果，提出針對(duì)性的設(shè)計(jì)改進(jìn)建議：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：若墻體或屋頂傳熱系數(shù)過高，建議增加保溫層厚度或使用更保溫的材料。

門窗優(yōu)化：若窗戶面積過大或玻璃熱工性能差（低SHGC或高U值），建議減小窗墻比、采用高性能窗戶（如低輻射Low-E玻璃、暖邊條）或增加外部遮陽。

系統(tǒng)效率提升：若供暖/制冷系統(tǒng)能效低（高能耗），建議更換為更高效的系統(tǒng)（如高效鍋爐、地源熱泵）或優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行策略。

照明控制改進(jìn)：若照明能耗過高，建議采用LED光源、優(yōu)化照明布局、增加自然采光利用（如天窗、采光井）并實(shí)施智能照明控制。

負(fù)荷降低：通過改善建筑朝向、增加內(nèi)部遮陽等方式減少不必要的供暖和制冷負(fù)荷。

（二）光照結(jié)果

1.可視化光照分布：

等照度線圖：生成平面等照度線圖，直觀展示室內(nèi)光照的強(qiáng)弱區(qū)域。檢查是否滿足工作區(qū)照度標(biāo)準(zhǔn)（如CIE或ANSI標(biāo)準(zhǔn)），并識(shí)別采光不足或過強(qiáng)的區(qū)域。

陰影變化：觀察一天中或一年中陰影的變化模式，評(píng)估其對(duì)室內(nèi)采光和室外場(chǎng)地的影響。

日照時(shí)數(shù)圖：分析建筑內(nèi)部關(guān)鍵區(qū)域（如南向房間）的日照時(shí)數(shù)，判斷其是否滿足植物生長(zhǎng)或活動(dòng)需求。

2.調(diào)整設(shè)計(jì)：基于光照分析結(jié)果，進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整：

優(yōu)化開窗位置和尺寸：調(diào)整窗戶的位置、大小或形狀，以獲得更均勻或更豐富的自然采光。

增加輔助采光措施：若自然采光不足，考慮增加人工照明，或設(shè)計(jì)天窗、光架、光導(dǎo)管等輔助采光系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)遮陽系統(tǒng)：若存在過強(qiáng)的眩光或過曝區(qū)域，設(shè)計(jì)有效的固定或可調(diào)遮陽構(gòu)件（如水平遮陽、垂直遮陽、活動(dòng)外遮陽）。

調(diào)整空間布局：對(duì)于強(qiáng)陰影區(qū)域，可考慮調(diào)整家具布置或改變空間功能。

（三）通風(fēng)模擬結(jié)果

1.計(jì)算換氣次數(shù)：

評(píng)估滿足程度：將模擬得到的平均或峰值換氣次數(shù)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如ASHRAE62.1）進(jìn)行比較，判斷通風(fēng)設(shè)計(jì)是否滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量要求。

分析空間差異：檢查不同房間的換氣次數(shù)是否均勻，是否存在通風(fēng)不良或過度通風(fēng)的區(qū)域。

2.優(yōu)化風(fēng)口布局：

自然通風(fēng)優(yōu)化：根據(jù)風(fēng)壓模擬結(jié)果和室內(nèi)溫度分布，調(diào)整可開啟門窗的位置和開啟模式，以引導(dǎo)冷空氣流經(jīng)需要降溫的區(qū)域，并有效排出室內(nèi)熱濕空氣。

機(jī)械通風(fēng)優(yōu)化：根據(jù)污染物濃度分布和氣流組織模擬結(jié)果，優(yōu)化送風(fēng)口和回風(fēng)口的位置、風(fēng)速和氣流方向，確保污染物有效排出，并創(chuàng)造舒適的活動(dòng)區(qū)域。例如，將送風(fēng)口設(shè)置在人員活動(dòng)區(qū)域上部，回風(fēng)口設(shè)置在下部，形成有效的上送下回氣流組織。

六、驗(yàn)證與優(yōu)化

（一）對(duì)比實(shí)際數(shù)據(jù)

1.收集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：對(duì)于已建成的建筑，可以通過安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備（如能耗計(jì)量?jī)x、環(huán)境傳感器）收集實(shí)際的能耗、溫度、濕度、CO?濃度、照度等數(shù)據(jù)。對(duì)于設(shè)計(jì)方案，若條件允許，可進(jìn)行小規(guī)模的原型測(cè)試或風(fēng)洞試驗(yàn)來獲取數(shù)據(jù)。

2.驗(yàn)證模擬精度：將模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算誤差指標(biāo)，如均方根誤差（RMSE）、平均絕對(duì)誤差（MAE）或相對(duì)誤差。設(shè)定一個(gè)可接受的誤差范圍（例如，對(duì)于能耗模擬，誤差通常希望在10%-20%以內(nèi)，具體取決于模擬目的和精度要求）。分析誤差產(chǎn)生的原因，如模型簡(jiǎn)化、參數(shù)選擇不當(dāng)、軟件假設(shè)等。

（二）迭代優(yōu)化

1.調(diào)整參數(shù)：根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，返回修改模型參數(shù)或模擬設(shè)置。例如，若能耗模擬過高，可能需要降低墻體保溫性能參數(shù)、增加遮陽系數(shù)（SHGC）或調(diào)整設(shè)備效率等。若光照模擬不足，可能需要增加窗戶面積或調(diào)整位置。

2.修改設(shè)計(jì)：根據(jù)分析結(jié)果，直接修改建筑設(shè)計(jì)方案。例如，調(diào)整建筑朝向、修改開窗設(shè)計(jì)、增加或改變遮陽構(gòu)件、優(yōu)化空間布局等。

3.重復(fù)模擬：應(yīng)用新的參數(shù)或設(shè)計(jì)方案，重新運(yùn)行模擬，再次進(jìn)行分析和驗(yàn)證。這個(gè)過程可能需要多次迭代，直至模擬結(jié)果滿足預(yù)設(shè)的性能目標(biāo)或誤差范圍。

4.多方案比較：可以設(shè)置不同的設(shè)計(jì)變量（如不同的保溫層厚度、窗戶類型、通風(fēng)策略），運(yùn)行多次模擬，比較不同方案的性能優(yōu)劣，從而支持設(shè)計(jì)決策。

七、總結(jié)

建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程是一個(gè)系統(tǒng)化的過程，涉及從軟件選擇、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模擬設(shè)置、結(jié)果分析到驗(yàn)證優(yōu)化的多個(gè)環(huán)節(jié)。通過遵循規(guī)范化的操作流程，并利用專業(yè)的計(jì)算機(jī)工具，設(shè)計(jì)師能夠高效、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和評(píng)估建筑在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的性能表現(xiàn)，特別是在能耗、光照和通風(fēng)等方面。這不僅有助于在項(xiàng)目早期發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提升建筑的可持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)性和居住舒適度，還能為項(xiàng)目的決策提供科學(xué)依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體需求和特點(diǎn)，靈活運(yùn)用不同的模擬工具和方法，并結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不斷迭代優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)。

一、概述

建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)輔助工具對(duì)建筑物的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬和優(yōu)化。該技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)師在項(xiàng)目初期階段預(yù)測(cè)建筑物的能耗、光照、通風(fēng)等動(dòng)態(tài)性能，從而提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文將詳細(xì)介紹建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程，包括相關(guān)軟件的選擇、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模擬設(shè)置、結(jié)果分析等關(guān)鍵步驟。

二、計(jì)算機(jī)輔助軟件的選擇

（一）通用模擬軟件

1.EnergyPlus：適用于建筑能耗模擬，能夠詳細(xì)分析建筑的熱量傳遞、通風(fēng)、照明等性能。

2.DesignBuilder：基于EnergyPlus開發(fā)，界面友好，操作簡(jiǎn)便，適合初學(xué)者使用。

3.OpenStudio：開源軟件，支持參數(shù)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化腳本，適合復(fù)雜項(xiàng)目。

（二）專用模擬軟件

1.V-Ray：結(jié)合SketchUp等建模軟件，提供高質(zhì)量的光照和渲染效果，適合可視化設(shè)計(jì)。

2.EcotectAnalysis：專注于日照、通風(fēng)等環(huán)境性能分析，操作直觀。

（三）選擇標(biāo)準(zhǔn)

1.功能匹配：根據(jù)項(xiàng)目需求選擇軟件，如能耗模擬、光照分析等。

2.易用性：優(yōu)先選擇界面友好、學(xué)習(xí)曲線平緩的軟件。

3.兼容性：確保軟件與現(xiàn)有設(shè)計(jì)工具兼容，避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換問題。

三、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（一）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.建筑模型：導(dǎo)入CAD或BIM軟件的幾何模型，確保網(wǎng)格密度合理（建議面數(shù)在100萬以內(nèi)）。

2.材質(zhì)參數(shù)：輸入墻體、窗戶、屋頂?shù)葮?gòu)件的熱工性能參數(shù)（如導(dǎo)熱系數(shù)、反射率等）。

3.氣象數(shù)據(jù)：選擇典型氣象年數(shù)據(jù)（如美國標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)）或?qū)嶋H氣象數(shù)據(jù)。

（二）參數(shù)設(shè)置

1.時(shí)間參數(shù)：設(shè)置模擬周期（如一年），時(shí)間步長(zhǎng)建議為1小時(shí)或更小。

2.環(huán)境參數(shù)：輸入室內(nèi)外溫度、濕度、風(fēng)速等環(huán)境條件。

四、模擬設(shè)置

（一）能耗模擬

1.設(shè)置負(fù)荷類型：包括照明、設(shè)備、人員等內(nèi)部負(fù)荷。

2.配置能源系統(tǒng)：設(shè)定供暖、制冷、供電等系統(tǒng)參數(shù)（如效率、運(yùn)行時(shí)間等）。

（二）光照模擬

1.設(shè)定太陽位置：根據(jù)地理位置和日期計(jì)算太陽軌跡。

2.分析室內(nèi)光照分布：檢查窗戶、反射面等對(duì)光照的影響。

（三）通風(fēng)模擬

1.設(shè)置風(fēng)壓差：輸入室外風(fēng)速和建筑開口尺寸，計(jì)算自然通風(fēng)效果。

2.評(píng)估空氣質(zhì)量：模擬污染物擴(kuò)散，優(yōu)化通風(fēng)設(shè)計(jì)。

五、結(jié)果分析

（一）能耗結(jié)果

1.繪制能耗曲線：分析年、月、日能耗分布。

2.優(yōu)化建議：根據(jù)結(jié)果調(diào)整墻體厚度、窗戶面積等參數(shù)。

（二）光照結(jié)果

1.可視化光照分布：生成等照度圖，檢查陰影區(qū)域。

2.調(diào)整設(shè)計(jì)：增加天窗或反射板以改善光照。

（三）通風(fēng)結(jié)果

1.計(jì)算換氣次數(shù)：確保滿足室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（如每小時(shí)換氣3-5次）。

2.優(yōu)化風(fēng)口布局：調(diào)整通風(fēng)口位置以提高效率。

六、驗(yàn)證與優(yōu)化

（一）對(duì)比實(shí)際數(shù)據(jù)

1.收集實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：如能耗記錄、光照強(qiáng)度等。

2.驗(yàn)證模擬精度：計(jì)算誤差范圍（如低于10%為合格）。

（二）迭代優(yōu)化

1.調(diào)整參數(shù)：根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果修改模型或參數(shù)。

2.重復(fù)模擬：直至結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

七、總結(jié)

建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程涉及軟件選擇、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模擬設(shè)置、結(jié)果分析等多個(gè)環(huán)節(jié)。通過規(guī)范化的操作流程，設(shè)計(jì)師能夠高效地進(jìn)行性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化，提升建筑的綜合性能。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目需求靈活調(diào)整流程，確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

一、概述

建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)是現(xiàn)代建筑領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)輔助工具對(duì)建筑物的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬和優(yōu)化。該技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)師在項(xiàng)目初期階段預(yù)測(cè)建筑物的能耗、光照、通風(fēng)等動(dòng)態(tài)性能，從而提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文將詳細(xì)介紹建筑動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)程，包括相關(guān)軟件的選擇、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、模擬設(shè)置、結(jié)果分析等關(guān)鍵步驟。重點(diǎn)關(guān)注如何利用計(jì)算機(jī)工具系統(tǒng)化地進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，以實(shí)現(xiàn)更可持續(xù)、更舒適的人居環(huán)境。

二、計(jì)算機(jī)輔助軟件的選擇

（一）通用模擬軟件

1.EnergyPlus：適用于建筑能耗模擬，能夠詳細(xì)分析建筑的熱量傳遞、通風(fēng)、照明、設(shè)備能耗等。其基于方程求解，精度較高，支持多種建筑組件和系統(tǒng)模型。操作上，通常需要一定的學(xué)習(xí)曲線，但其參數(shù)化和腳本功能（如使用VBScript或Python）提供了強(qiáng)大的定制能力。適用于需要深入進(jìn)行能耗分析和優(yōu)化項(xiàng)目。

2.DesignBuilder：基于EnergyPlus核心引擎開發(fā)，但提供了圖形化界面和更友好的操作體驗(yàn)，使其更易于上手。它內(nèi)置了豐富的構(gòu)件庫和參數(shù)化功能，支持快速創(chuàng)建復(fù)雜的建筑模型和運(yùn)行模擬。適合需要高效完成能耗模擬，同時(shí)對(duì)可視化結(jié)果有一定要求的用戶。

3.OpenStudio：是EnergyPlus的一個(gè)開源接口，允許用戶通過編程方式（如Ruby）或可視化界面（如OpenStudioIDE）進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化模擬。它特別適合需要大規(guī)模參數(shù)研究（如優(yōu)化設(shè)計(jì)變量）或集成到其他設(shè)計(jì)工作流中的場(chǎng)景。

（二）專用模擬軟件

1.V-Ray：雖然主要是一款渲染引擎，但常與SketchUp、Revit、Rhino等建模軟件結(jié)合使用，提供高質(zhì)量的光照和材質(zhì)渲染效果。在動(dòng)態(tài)模擬中，常用于對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，制作逼真的效果圖或動(dòng)畫，幫助設(shè)計(jì)師和客戶直觀理解設(shè)計(jì)效果。

2.EcotectAnalysis：專注于早期階段的環(huán)境性能分析，如日照路徑圖、陰影分析、自然通風(fēng)模擬、視野分析等。其操作相對(duì)直觀，適合快速評(píng)估設(shè)計(jì)概念對(duì)環(huán)境性能的影響，尤其是在建筑形態(tài)和布局階段。

3.AutodeskInsight：集成在Revit平臺(tái)中，提供基于EnergyPlus的能耗模擬功能?？梢灾苯釉贐IM環(huán)境中進(jìn)行分析，利用已有的Revit模型數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備流程，適合在建筑信息模型（BIM）工作流中嵌入能耗分析。

（三）選擇標(biāo)準(zhǔn)

1.功能匹配：根據(jù)項(xiàng)目具體需求選擇軟件。例如，若重點(diǎn)關(guān)注全生命周期的能耗和設(shè)備性能，EnergyPlus或DesignBuilder是首選；若需快速進(jìn)行日照和通風(fēng)的初步概念分析，EcotectAnalysis可能更合適；若希望在BIM環(huán)境中直接進(jìn)行分析，AutodeskInsight值得考慮。對(duì)于最終的高質(zhì)量可視化，V-Ray等渲染工具是必要的補(bǔ)充。

2.易用性：評(píng)估團(tuán)隊(duì)成員的軟件應(yīng)用能力。初學(xué)者可能更傾向于DesignBuilder或EcotectAnalysis等界面友好的軟件。對(duì)于需要深度定制和參數(shù)化研究的任務(wù)，OpenStudio或EnergyPlus可能需要更專業(yè)的團(tuán)隊(duì)。

3.兼容性：確保所選軟件能夠?qū)牒蛯?dǎo)出常用的文件格式（如DWG,DXF,IFC,RVT,SKP等），以便與其他設(shè)計(jì)工具（如CAD、BIM軟件）進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。同時(shí)，考慮軟件之間的協(xié)同工作能力，例如是否可以將BIM模型用于能耗模擬。

4.計(jì)算資源：復(fù)雜的模擬（尤其是長(zhǎng)時(shí)間序列的能耗模擬或高精度的CFD模擬）需要較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)硬件配置。在選擇軟件前，需評(píng)估現(xiàn)有或可用的計(jì)算資源是否滿足要求。

5.成本與許可：考慮軟件的購買成本、訂閱費(fèi)用以及許可模式（如按用戶、按項(xiàng)目等），將其納入項(xiàng)目預(yù)算。開源軟件（如OpenStudio）在初始成本上可能有優(yōu)勢(shì)，但可能需要投入更多時(shí)間學(xué)習(xí)或?qū)で笊鐓^(qū)支持。

三、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

（一）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.建筑模型：

幾何精度：導(dǎo)入的模型應(yīng)具有足夠的幾何細(xì)節(jié)，但避免過度精細(xì)導(dǎo)致計(jì)算量過大。通常建議建筑外殼的面數(shù)在100萬到500萬個(gè)之間，具體取決于模擬的復(fù)雜度和分析類型。過于粗糙的模型無法準(zhǔn)確反映細(xì)節(jié)性能（如窗墻比、局部遮陽效果），而過于精細(xì)的模型則顯著增加計(jì)算時(shí)間和資源需求。

構(gòu)件定義：確保模型中包含所有關(guān)鍵的建筑構(gòu)件，如墻體、屋頂、地面、窗戶、門、遮陽構(gòu)件等。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，需要手動(dòng)創(chuàng)建或使用軟件庫中的近似替代。

空間劃分：定義清晰的空間布局，包括各房間的用途、面積、高度以及內(nèi)部隔墻。這對(duì)于負(fù)荷計(jì)算和通風(fēng)模擬尤為重要。

文件格式：根據(jù)所選模擬軟件的要求，選擇合適的導(dǎo)入格式。常見的格式包括DWG/DXF（用于CAD模型）、IFC（建筑信息模型標(biāo)準(zhǔn)格式，可用于傳遞幾何和部分屬性）、RVT（Revit文件）、SKP（SketchUp文件）等。確保導(dǎo)入時(shí)單位設(shè)置正確。

2.材質(zhì)參數(shù)：

熱工屬性：為每個(gè)建筑構(gòu)件指定準(zhǔn)確的熱工性能參數(shù)。關(guān)鍵參數(shù)包括：

導(dǎo)熱系數(shù)（λ）：衡量材料傳導(dǎo)熱量的能力（單位：W/(m·K)）。

密度（ρ）：材料單位體積的質(zhì)量（單位：kg/m3）。

比熱容（Cp）：?jiǎn)挝毁|(zhì)量材料溫度升高1攝氏度所需的熱量（單位：J/(kg·K)）。

傳熱系數(shù)（U值）或R值：衡量圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體傳熱性能的指標(biāo)。U值（單位：W/(m2·K)）是倒數(shù)形式，R值（單位：m2·K/W）表示熱阻。通常需要查閱材料手冊(cè)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫獲取。

光學(xué)屬性：對(duì)于窗戶、外飾面等，需要輸入太陽得熱系數(shù)（SHGC或GLazingU-value）、可見光反射率（Reflectance,c）等參數(shù)，這些影響光照和能耗模擬結(jié)果。

通風(fēng)參數(shù)：對(duì)于門窗，需要定義空氣滲透率（AirInfiltration），通常以每小時(shí)換氣次數(shù)（AirChangesperHour,ACH）或每平方米的空氣滲透量（單位：m3/(h·m2)）表示。

數(shù)據(jù)來源：材質(zhì)參數(shù)應(yīng)盡可能來源于權(quán)威的制造商數(shù)據(jù)表、材料數(shù)據(jù)庫（如SimScaleMaterialLibrary,ASHRAEHandbooks）或經(jīng)過實(shí)測(cè)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。使用典型值或軟件默認(rèn)值可能引入一定誤差。

3.氣象數(shù)據(jù)：

數(shù)據(jù)類型：選擇合適的氣象數(shù)據(jù)文件。最常用的是“典型氣象年”（TypicalMeteorologicalYear,TMY）數(shù)據(jù)，它是一年或多年氣候數(shù)據(jù)的代表性組合，包含逐時(shí)或逐日的氣象參數(shù)。另一種是“設(shè)計(jì)日”（DesignDay）數(shù)據(jù)，用于特定設(shè)計(jì)負(fù)荷（如供暖/制冷峰值負(fù)荷）的計(jì)算。對(duì)于需要高度精確反映當(dāng)?shù)貧夂虻捻?xiàng)目，可以使用實(shí)測(cè)氣象數(shù)據(jù)文件（如EPW格式）。

數(shù)據(jù)內(nèi)容：氣象數(shù)據(jù)通常包含以下參數(shù)的逐時(shí)或逐日記錄：

干球溫度（Dry-bulbTemperature）：空氣的冷暖程度（單位：°C）。

濕球溫度（Wet-bulbTemperature）：空氣的濕度（單位：°C）。

露點(diǎn)溫度（DewPointTemperature）：空氣達(dá)到飽和時(shí)的溫度（單位：°C）。

相對(duì)濕度（RelativeHumidity）：空氣中水蒸氣分壓與同溫度下飽和水蒸氣分壓之比（百分比%）。

太陽輻射：包括直接輻射（DirectNormalIrradiance,DNI）、散射輻射（DiffuseNormalIrradiance,DNI）和總輻射（GlobalHorizontalIrradiance,GHI）（單位：W/m2）。

風(fēng)速（WindSpeed）：空氣流動(dòng)的速度（單位：m/s），通常還包含風(fēng)向數(shù)據(jù)。

總云量、低云量、中云量、高云量（CloudCover）：描述天空被云覆蓋的程度（八分量級(jí)）。

數(shù)據(jù)獲取：可以從國際或區(qū)域性的氣象數(shù)據(jù)庫下載（如NRELTMY3數(shù)據(jù)集、EPW數(shù)據(jù)庫），或通過在線服務(wù)獲取。選擇地理位置最接近的氣象站數(shù)據(jù)，以減少地域差異帶來的誤差。

（二）參數(shù)設(shè)置

1.時(shí)間參數(shù)：

模擬周期：定義模擬的時(shí)間跨度。對(duì)于能耗模擬，通常使用一個(gè)完整的“典型氣象年”（TMY）或“氣象數(shù)據(jù)年”（WeatherDataYear,WDY），以反映季節(jié)變化和全年氣候特征。對(duì)于光照模擬，可能只需要模擬特定的時(shí)間段（如工作日白天、特定節(jié)日）。通風(fēng)模擬有時(shí)也會(huì)使用較短的時(shí)間段（如典型工作日）。

時(shí)間步長(zhǎng)：定義模擬計(jì)算的精細(xì)程度。時(shí)間步長(zhǎng)越小，模擬結(jié)果越精確，但計(jì)算量也越大。常見的步長(zhǎng)選擇為1小時(shí)、2小時(shí)或6小時(shí)。對(duì)于快速變化的過程（如短時(shí)通風(fēng)），可能需要更小的時(shí)間步長(zhǎng)；對(duì)于變化緩慢的過程（如長(zhǎng)期溫度變化），較大的時(shí)間步長(zhǎng)通常足夠。

2.環(huán)境參數(shù)：

室內(nèi)負(fù)荷：輸入與建筑使用相關(guān)的內(nèi)部熱負(fù)荷。這包括：

人員負(fù)荷：根據(jù)房間人數(shù)和活動(dòng)水平估算的散熱量和散濕量（單位：W或person）。通常按每人每小時(shí)散熱量70-100W估算。

照明負(fù)荷：根據(jù)房間面積和照明功率密度（單位：W/m2）計(jì)算的電能消耗，會(huì)轉(zhuǎn)化為內(nèi)部熱負(fù)荷（單位：W）。

設(shè)備負(fù)荷：辦公設(shè)備、計(jì)算機(jī)、家用電器等產(chǎn)生的熱量（單位：W）。

滲透負(fù)荷：通過門窗縫隙、墻體裂縫等非正常途徑進(jìn)入室內(nèi)的冷空氣所帶走的熱量，以及伴隨進(jìn)入的潛熱量（單位：W）。

設(shè)備系統(tǒng)：定義建筑所使用的供暖、制冷、通風(fēng)和照明系統(tǒng)類型及其性能參數(shù)。

供暖系統(tǒng)：設(shè)定供暖設(shè)置溫度、供暖效率、燃料類型等。

制冷系統(tǒng)：設(shè)定制冷設(shè)置溫度、制冷效率（COP或EER）、運(yùn)行策略（如啟?？刂啤⒆冐?fù)荷控制）等。

通風(fēng)系統(tǒng)：定義通風(fēng)方式（自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)）、新風(fēng)量要求（通常按每人30-60m3/h計(jì)算）、風(fēng)機(jī)效率等。

照明系統(tǒng)：定義照明控制策略（如恒定照度、daylightingcontrolwithdimming）。

四、模擬設(shè)置

（一）能耗模擬

1.設(shè)置負(fù)荷類型：

內(nèi)部負(fù)荷：詳細(xì)輸入人員、照明、設(shè)備等參數(shù)，如前所述?？筛鶕?jù)不同使用模式（如辦公、會(huì)議、零售）設(shè)置不同的負(fù)荷場(chǎng)景。

滲透負(fù)荷：定義門窗的氣密性等級(jí)（參考LEED或PassiveHouse標(biāo)準(zhǔn)中的分級(jí)），或直接輸入基于實(shí)測(cè)或標(biāo)準(zhǔn)庫的每小時(shí)換氣次數(shù)（ACH）。

2.配置能源系統(tǒng)：

供暖系統(tǒng)：選擇系統(tǒng)類型（如輻射供暖、對(duì)流供暖、熱泵），輸入供回水溫度、末端形式（如風(fēng)機(jī)盤管、地板采暖）、控制策略（如連續(xù)、間歇）。

制冷系統(tǒng)：選擇系統(tǒng)類型（如蒸氣壓縮、吸收式），輸入制冷劑類型、壓縮機(jī)效率、冷媒流量等。

通風(fēng)系統(tǒng)：選擇自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)。若為自然通風(fēng)，需定義開啟策略（如基于溫度、風(fēng)速觸發(fā)）和風(fēng)口尺寸。若為機(jī)械通風(fēng)，需定義風(fēng)機(jī)類型（如軸流風(fēng)機(jī)、離心風(fēng)機(jī)）、風(fēng)量、過濾效率等。

照明系統(tǒng)：配置照明控制策略，如daylightingresponsivecontrols（根據(jù)自然光照自動(dòng)調(diào)節(jié)人工照明）、time-of-dayschedules（分時(shí)控制）、occupancysensors（占用傳感器控制）。

電力系統(tǒng)：定義供電來源（如電網(wǎng)）、電價(jià)結(jié)構(gòu)（如分時(shí)電價(jià)）、變壓器效率等。

燃?xì)庀到y(tǒng)：若使用燃?xì)夤┡驘崴?，需定義燃?xì)夤艿绤?shù)、燃?xì)庑实取?/p>

3.設(shè)定控制邏輯：定義各種設(shè)備系統(tǒng)的啟停邏輯、運(yùn)行模式切換條件等。例如，設(shè)定供暖系統(tǒng)在室內(nèi)溫度低于18°C時(shí)啟動(dòng)，高于22°C時(shí)停止；設(shè)定制冷系統(tǒng)在室內(nèi)溫度高于26°C且自然輻射強(qiáng)度低于閾值時(shí)啟動(dòng)。

（二）光照模擬

1.設(shè)定太陽位置：

地理位置：準(zhǔn)確輸入建筑所在地的經(jīng)緯度、海拔高度。

日期和時(shí)間：定義模擬的具體日期范圍或特定時(shí)刻。對(duì)于日影分析，通常需要模擬一年中的關(guān)鍵日期（如冬至、夏至、春分、秋分）。

大氣模型：選擇大氣模型（如ClearSky,Ineichen模型）來模擬大氣對(duì)太陽輻射的衰減作用。ClearSky模型假設(shè)無云天氣，Ineichen模型考慮了云層的影響，結(jié)果更接近實(shí)際。

2.分析室內(nèi)光照分布：

模擬類型：選擇具體的光照分析類型，如：

太陽路徑圖（SunPathDiagram）：顯示太陽在一天中相對(duì)于建筑的位置。

陰影分析（Shadows）：分析建筑構(gòu)件（墻體、屋頂、遮陽設(shè)施）產(chǎn)生的陰影對(duì)周圍區(qū)域（如場(chǎng)地、相鄰建筑、室內(nèi)空間）的影響。

等照度線圖（IlluminanceContours）：在平面上顯示室內(nèi)某高度處（通常是工作面）的照度分布情況，單位為勒克斯（lux）。

日照時(shí)數(shù)分析（DaylightHours）：分析室內(nèi)某個(gè)點(diǎn)或區(qū)域一年中每年獲得日照的小時(shí)數(shù)。

視線分析（ViewAnalysis）：分析從室內(nèi)特定視點(diǎn)是否能看到室外某個(gè)目標(biāo)點(diǎn)或景觀。

參數(shù)設(shè)置：根據(jù)分析類型，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如觀察高度、照度閾值、分析網(wǎng)格密度等。

（三）通風(fēng)模擬

1.設(shè)置風(fēng)壓差：

室外風(fēng)速：根據(jù)氣象數(shù)據(jù)輸入或設(shè)定典型風(fēng)速剖面（風(fēng)速隨高度的變化）。

建筑開口：定義門窗、通風(fēng)口的位置、尺寸、類型（固定、可開啟、帶百葉等）。

計(jì)算風(fēng)壓：模擬軟件會(huì)根據(jù)風(fēng)速、風(fēng)向、建筑幾何形狀和開口參數(shù)，計(jì)算作用在建筑表面的風(fēng)壓，以及通過開口的空氣流量（單位：m3/s）。

2.評(píng)估空氣質(zhì)量：

污染物來源：定義室內(nèi)外污染物的來源強(qiáng)度（如人員活動(dòng)、家具、設(shè)備排放的CO?、VOCs等）。

通風(fēng)策略：結(jié)合自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的設(shè)置，計(jì)算室內(nèi)空氣的混合和排出情況。

濃度分布：模擬污染物（如CO?濃度）在室內(nèi)空間的分布情況，單位為ppm（百萬分率）或mg/m3。

換氣效率：評(píng)估通風(fēng)系統(tǒng)提供的換氣次數(shù)是否滿足健康標(biāo)準(zhǔn)（如ASHRAE62.1標(biāo)準(zhǔn)建議的室內(nèi)空氣質(zhì)量要求，通常辦公室為15-20ACH）。

五、結(jié)果分析

（一）能耗結(jié)果

1.繪制能耗曲線：

總能耗：生成建筑全年的總能耗曲線（單位：kWh或GJ），并按能源類型（電、燃?xì)?、燃油等）進(jìn)行分解。

分項(xiàng)能耗：分析主要能耗構(gòu)成，如供暖能耗、制冷能耗、照明能耗、設(shè)備能耗、滲透能耗等各自的占比和絕對(duì)值。

能耗強(qiáng)度：計(jì)算單位面積或單位體積的能耗，如單位建筑面積能耗（單位：kWh/m2）、單位體積能耗（單位：GJ/m3），用于與其他建筑或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。

時(shí)間分布：查看能耗在不同季節(jié)、月份、甚至逐時(shí)的時(shí)間變化規(guī)律。

2.優(yōu)化建議：根據(jù)能耗分析結(jié)果，提出針對(duì)性的設(shè)計(jì)改進(jìn)建議：

圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化：若墻體或屋頂