本发明专利技术属于建筑被动式节能设计技术领域，公开了一种基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法，选取相应的气候数据库并提取目标城市的相关气象参数，通过自然通风潜力的计算模型计算目标城市全年时间可利用自然通风的小时数以及有效性，并根据自然通风的非稳态特性归纳出自然通风的非稳态边界条件；结合建筑动态热湿适应模型得到动态热湿范围；构建参数化设计模型；通过计算模拟分析结合通风评价指标得出动态评价结果，并优化。本发明专利技术基于Grasshopper平台的Butterfly软件，将自然通风的模拟结果直接反馈到建筑模型中，通过参数化手段实现对模型的实时调整，直接减少设计过程中反复建模的工作量。过程中反复建模的工作量。过程中反复建模的工作量。
【技术实现步骤摘要】
基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法
[0001]本专利技术属于建筑被动式节能设计
，尤其涉及一种基于气候适应性 的自然通风参数化设计与动态分析方法。
技术介绍
[0002]清华大学建筑节能研究中心2021年的研究报告指出，我国从北向南发展， 住宅全年的开窗时数逐时增加，且季节差异性变小，居民的开窗通风习惯基本 为能开就开，主要受室外天气状况影响，开窗通风习惯为生活习惯养成；经过 测试，夏季室内甲醛浓度最高，全国约有35％的住宅甲醛超过标准限值，更有 甚者，甲醛在密闭工况下显著增加了50％，而住宅中VOC
S
污染物的主要来源 是烹饪中产生的物质残留。此外，有80％的住宅机械通风甚至存在负效率的情 况，即把室外的颗粒污染物引进室内，且机械通风整体风量较小，难清洗，维 护成本较高。综合来讲，我国住宅更适用于自然通风结合空气净化器的通风模 式，而且长期处于密闭空间并不利于居民的身心健康，良好的通风习惯可以有 效地减少患病的风险。至此，自然通风目的已不仅只是降低建筑能耗，更是人 们的精神需求。
[0003]随着新版绿色建筑评价标准的发布，对绿色建筑设计阶段模拟评价的准确 度要求更高，对结合项目实际情况进行有条件评价的能力要求更强，因此基于 气候适应性的自然通风评价就显得尤为重要。
[0004]传统的绿色建筑分析软件不仅操作复杂，且对绿色建筑的知识深度要求过 多，不利于设计人员进行绿色建筑正向设计，同时模拟分析软件不能和建筑设 计软件进行搭接，工作中往往会带来重复的建模工作，而导致了目前绿色建筑 设计的滞后性。而基于grasshopper平台的butterfly这一软件，成功的将分析软 件同建筑设计软件链接起来，通过对建筑模型的实时修改直接反馈模拟结果， 同时利用grasshopper软件直接对模型进行参数化处理，直接减少设计过程中反 复建模的工作量。
[0005]同时，传统的建筑自然通风模拟是基于稳定的边界条件(风速等)进行的， 但是就自然气候条件而言，风环境并不是一个稳定的状态。而是随着地域气候、 建筑布局、建筑高度等诸多因素影响不断变化的，可见在传统的建筑自然通风 模拟和实际情况是有些许出入的；同时，传统的建筑自然通风效果的评价模型 单纯以换气次数作为评价内容，而通风效果并不能以单一的标准认定。
[0006]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0007](1)传统的绿色建筑分析软件不仅操作复杂，且对绿色建筑的知识深度要 求过多，不利于设计人员进行绿色建筑正向设计。
[0008](2)现有模拟分析软件难以和建筑设计软件进行搭接，工作中往往会带来 重复的建模工作，而导致了目前绿色建筑设计的滞后性。
[0009](3)现有的自然通风模拟分析大多基于静态的边界条件，但外界风环境是 非稳态的，动态边界条件的设定大大提高了建筑自然通风模拟的准确性；
[0010](4)传统的建筑自然通风模拟是和实际情况相违背的，传统的建筑自然通 风效果
的评价模型单纯以换气次数作为评价内容，而通风效果并不能以单一的 标准认定。
[0011]解决以上问题及缺陷的难度为：
[0012](1)如何根据气象数据以及自然通风潜力分析结果如何总结出动态边界条 件；
[0013](2)现有的软件以静态边界条件为基准进行自然通风模拟，如何整理出动 态边界条件范围进行模拟是一难题；
[0014](3)如何选择适宜的评价指标；在过往的研究中，采取的自然通风评价指 标不尽相同，对自然通风的效果进行量化，选取相应地评价指标对自然通风进 行评价；
[0015]解决以上问题及缺陷的意义为：
[0016](1)在自然通风模拟中尽量结合实际情况，以便据此进行自然通风设计；
[0017](2)对自然通风效果进行量化处理，方便设计人员在设计阶段把握自然通 风效果；
[0018](3)在之前的自然通风研究上更进一步，提出自然通风设计新思路；
[0019](4)为绿色建筑模拟软件开发提出研发新方向以及新思路。
技术实现思路
[0020]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于气候适应性的自然通风 参数化设计与动态分析方法，尤其涉及基于气候适应性的建筑自然通风参数化 设计与动态(非稳态)评价方法。
[0021]本专利技术是这样实现的，一种基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态 分析方法，所述基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法包括以 下步骤：
[0022]步骤一，根据自然通风的原理，选择自然通风潜力的计算模型；根据气候 适应性特征，选取目标城市并提取相关气象参数；选择计算时段，通过中性温 度公式估算平均风速和舒适温度；
[0023]步骤二，获取自然通风潜力的评价模型，计算目标城市建筑在适宜温度内 全年可利用自然通风的小时数以及有效性；
[0024]步骤三，根据自然通风的非稳态特性，归纳出非稳态自然通风的边界条件；
[0025]步骤四，构建动态热湿适应模型：采用相对热指标RWI(Relative Warmth Index)和热损失率HDR(Heating Deficit Rate)对室内热湿环境进行评价，通过 RWI值和HDR指标反映舒适度情况；
[0026]步骤五，通风评价指标筛选：筛选确定评价目标城市建筑自然通风效果的 评价指标；
[0027]步骤六，构建参数化设计模型：将建筑模型转化为参数化信息模型，确定 建筑模型转化的具体参量，建立参数化模型；
[0028]步骤七，计算模拟分析：进行自然通风模拟分析，设定网格密度和计算平 面以及迭代周期，并对计算结果进行可视化处理；
[0029]步骤八，动态评价结果：构建多目标评价体系，建立评价模型，确定评价 内容、评价因子以及评价方法，对建筑的自然通风效果进行评价；
[0030]步骤九，优化方案的必选与确定：通过多目标评价体系对目标方案进行评 价，对多方案数据的对比，输出目标城市建筑自然通风的最优方案。
[0031]进一步，步骤一中，所述选择计算时段，通过经验公式估算平均风速，包 括：
[0032](1)提取ChinaTMY2数据库中目标城市典型气象年数据作为分析依据；
[0033](2)通过经验公式对目标城市的平均风速进行处理，确定目标城市自然通 风潜力的的计算时段。
[0034]进一步，步骤四中，所述构建动态热湿适应模型，包括：
[0035](1)将室内热湿环境作为非稳态环境，采用相对热指标RWI和热损失率 HDR对室内热湿环境进行评价；
[0036](2)选取不同时间段计算RWI值和HDR值进行评价；其中，所述不同时 间段包括夏季、冬季和过渡季节；
[0037](3)通过RWI、HDR指标反映舒适度情况。
[0038]进一步，步骤五中，所述筛选通风评价指标，包括：
[0039](1)根据《绿色建筑评价标准》GB/T本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法，其特征在于，所述基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法包括：结合自然通风的原理，获取自然通风潜力的计算模型；根据气候适应性特征，选取目标城市并提取相关气象参数；选择计算时段，通过中性温度公式估算平均风速并得出舒适温度；获取自然通风潜力的评价模型，计算目标城市建筑在适宜温度内全年可利用自然通风的小时数以及有效性；根据自然通风的非稳态特性，归纳出非稳态自然通风的边界条件；构建动态热湿适应模型：采用相对热指标RWI(Relative Warmth Index)和热损失率HDR(Heating Deficit Rate)对室内热湿环境进行评价，通过RWI值和HDR指标反映舒适度情况；通风评价指标筛选：筛选确定评价目标城市建筑自然通风效果的评价指标；构建参数化设计模型：将建筑模型转化为参数化信息模型，确定建筑模型转化的具体参量，建立参数化模型；计算模拟分析：利用计算模拟分析软件进行自然通风模拟分析，设定网格密度和计算平面以及迭代周期，并对计算结果进行可视化处理；动态评价结果：构建多目标评价体系，建立评价模型，确定评价内容、评价因子以及评价方法，对建筑的自然通风效果进行评价；优化方案的必选与确定：通过多目标评价体系对目标方案进行评价，对多方案数据的对比，输出目标城市建筑自然通风的最优方案。2.如权利要求1所述的基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法，其特征在于，所述选择计算时段，通过经验公式估算平均风速并得出舒适温度，包括：(1)提取ChinaTMY2数据库中目标城市典型气象年数据作为分析依据；(2)通过经验公式对目标城市的平均风速进行处理，同时计算得出舒适温度，确定目标城市自然通风潜力的计算时段。3.如权利要求1所述的基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法，其特征在于，步骤四中，所述构建动态热湿适应模型，包括：(1)将室内热湿环境作为非稳态环境，采用相对热指标RWI和热损失率HDR对室内热湿环境进行评价；(2)选取不同时间段计算RWI值和HDR进行评价；其中，所述不同时间段包括夏季、冬季和过渡季节；(3)通过RWI值和HDR指标反映舒适度情况。4.如权利要求1所述的基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法，其特征在于，所述筛选通风评价指标，包括：(1)筛选出建筑自然通风相关的规范要求；(2)根据目标城市和目标建筑确定自然通风的地域性要求，筛选得到目标城市建筑的自然通风效果的指标。5.如权利要求1所述的基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法，其特征在于，所述构建参数化设计模型，包括：
(1)在Rhino建模平台中利用Grasshopper中的电池块将建筑模型转化为参数化信息模型；(2)根据参数化模型的使用目的，确定建筑模型转化的具体参量；(3)将建筑信息赋予到电池块中，建立参数化模型。6.如权利要求1所述的基于气候适应性的自然通风参数化设计与动态分析方法，其特征在于，所述计算模拟分析，包括：(1)使用基于Grasshopper平台的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张辉，韩静宜，彭超，刘玉曦，
申请(专利权)人：武昌理工学院，
类型：发明
国别省市：
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