计算机模拟仿真在建筑中的应用
摘要：当前建筑工程发展迅速，建筑规模也在迅速增长，在建筑设计阶段需要进行各系统的选择和设计，计算机模拟仿真可以对所需参数进行先行计算，得到结果可以指导设计，极大节约时间和防止设计后效果不理想。本文通过介绍和对比计算机模拟在建筑设计中的应用情况，尤其是模拟室内热环境、全年动态负荷和能耗的相关软件和其主要计算原理。旨在对不同的软件和方法进行对比后，对建筑模拟在不同方向，提供软件的选择和建议。
关键词：模拟仿真；建筑负荷；建筑能耗；室内热环境
Application of computer simulation in architecture
Abstract: At present, the rapid development of architectural engineering, the scale of the building is also growing rapidly, in the architectural design stage needs to carry out the selection and design of the system, the computer simulation can be used to calculate the required parameters in advance, the results can guide the design, greatly save time and prevent the design effect is not ideal. This paper introduces and compares the application of computer simulation in architectural design, especially the software related to the thermal environment in the simulation room, the annual dynamic load and energy consumption, and its main calculation principles. The aim is to compare different software and methods, and to provide software choices and suggestions for architectural simulation in different directions.
Key words: Simulation; Building load; Building energy consumption; Indoor thermal environment.
模拟室内负荷的相关软件及应用
在20世纪70年代，美国在建筑性能模拟方面率先取得进展，美国相继开发了两个著名的建筑热性能模拟程序BLAST和DOE，90年代中后期又在BLAST和DOE的基础上开发了新型的有关建筑性能模拟的软件EnergyPlus。欧洲也同时设计了ESP-r软件，中国清华大学开发了DeST，日本也开发了HASP。
不同的建筑性能模拟软件除了在软件结构和功能上有所不同外，主要差异在于求解房间不透明围护结构动态热过程的计算方法选择上。常用的负荷计算方法有反应系数法、谐波反应法、有限差分法和状态空间法。DOE软件主要利用反映系数法，其基于拉氏变换，得到反映不透明围护结构的结构热特性反映系数，并求解围护结构内外表面温度和热流。谐波反应法将边界条件转化为周期正弦波函数，从而将偏微分方程变为常微分方程，并直接得到解析解，由于其有局限性，使用的软件较少。ESP-r主要使用有限差分法，通过空间和时间上的离散，将偏微分方程转化为线性方程。EnergyPlus和DeST主要利用状态空间法，该方法将时间连续处理，空间离散化。[1]
除此以外，还有些负荷模拟的简化工具，通过建立节点网络模型，例如LTMethod，其主要用于设计阶段的建筑负荷模拟，该软件不考虑建筑内部具体结构设计，将建筑分为被动区和主动区，进行负荷模拟。此外，Leon开发了MITdesignadvisor，这款软件可以对单面墙进行简单的计算，不是很常用。[2]
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