[發明專利]一種耦合城市植被形態的城市建筑能耗模擬方法及系統

有效

• 申請號: 202110487144.4
• 申請日: 2021-05-04
• 公開（公告）號: CN113343421B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 朱思潔;石邢;李艷霞;王超;嚴羽
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F16/29;G06Q50/26
• 代理公司: 南京北辰聯和知識產權代理有限公司 32350
• 代理人: 于忠洲

本發明公開了一種耦合城市植被形態的城市建筑能耗模擬方法及系統，其中方法步驟為：生成建筑、植被及地面模型；劃分網格化模型；獲得網格化的城市微氣候數據；輸出建筑微氣候數據；建立植被透射率時間表；輸出待模擬建筑的能耗模擬數據；對每棟建筑的能耗模擬數據進行展示。該城市建筑能耗模擬方法及系統通過將植被模型以及植被透射率帶入模擬運算，從而實現城市建筑能耗模擬與城市植被形態的耦合，充分考慮了植被在改變小氣候和遮擋太陽輻射兩個方面對城市建筑能耗的影響；通過將微氣候模擬與建筑能耗模擬集成式模擬，實現幾何模型與非幾何參數在各模塊間的共享和傳遞，大大減少了人力消耗，提高了模擬運行的效率。

技術領域

本發明涉及一種城市建筑能耗模擬方法及系統，尤其是一種耦合城市植被形態的城市建筑能耗模擬方法及系統。

背景技術

城市地區占能源消費總量的67–76％，與能源消費相關的溫室氣體排放量為71–76％。建筑能耗占總能耗的比重約為40％。由于人口增長、經濟增長和氣候變化，這一數字預計會增加。要提高建筑能效，減少城市溫室氣體排放。城市植被是調節城市環境的重要功能系統。在過去的幾十年中，大量的研究已經證實，建筑物周圍的植被可以減少建筑物對冷、熱的能源需求。城市植被主要通過幾個過程影響建筑能耗，包括屏蔽傳輸到建筑表面的太陽輻射、防止空氣滲入以及改變建筑周圍的微氣候。

雖然小范圍內的樹木對建筑能耗的影響已經被證實，但由于缺乏耦合城市植被的城市建筑能耗模擬方法，對于城市植被形態如何降低城市建筑能源需求及其影響程度仍然缺乏認識，更難以指導城市規劃設計的實踐。在現有的方法中，部分研究使用了將城市微氣候模擬軟件Envi-met和建筑能耗模擬軟件EnergyPlus聯合模擬的方式。Envi-met考慮了城市植被的遮陰、光合作用與蒸散，將其模擬結果輸入EnergyPlus的氣象數據，可以考慮城市植被通過改變微氣候對城市建筑能耗的影響。但由于不同平臺數據格式的轉換繁復，模擬計算量大，尚缺乏面向城市中大量建筑自動化的數據交互工作流，將城市植被形態耦合到大尺度的城市建筑能耗的模擬中需要耗費大量的人力和時間。因此，目前此類的研究僅涉及到單棟建筑及其鄰近樹木，尚未被用于更大尺度的城市能耗計算中。此外，城市中植被除了通過影響城市微氣候改變城市建筑能耗，通過遮擋直射到建筑表面的太陽輻射改變的建筑能耗也不容忽視。在EnergyPlus的建模中，應通過以具有透射率屬性的面對植被進行建模。植被對太陽輻射的透射率受到植被的尺寸、葉面積、時間動態等因素影響，而對于如何準確獲取EnergyPlus植被建模中植被在不同日期的透射率，尚未有研究提出可行的方法。

發明內容

發明目的：提供一種耦合城市植被形態的城市建筑能耗模擬方法及系統，能夠實現宏觀層面的城市建筑能耗模擬與城市植被形態的耦合，充分考慮植被在改變微氣候和遮擋太陽輻射兩個方面對城市建筑能耗的影響。

技術方案：本發明所述的耦合城市植被形態的城市建筑能耗模擬方法，包括如下步驟：

步驟1，獲取基于GIS的城市幾何模型，并將城市幾何模型導入Grasshopper中生成各個建筑模型、植被模型以及地面模型；

步驟2，調用Dragonfly插件中的Envi-met建模模塊，Envi-met建模模塊包括Envi-met建筑建模模塊、Envi-met植被建模模塊以及Envi-met地面材質建模模塊，用于分別對各個建筑模型、植被模型以及地面模型進行模型設定，再對設定后的各個建筑模型、植被模型以及地面模型進行網格劃分，獲得網格化城市模型，包括網格化的建筑模型、植被模型以及地面模型；

步驟3，調用Dragonfly插件中的Envi-met運行模塊讀取歷史氣象數據，并根據讀取的歷史氣象數據以及網格化城市模型進行氣候模擬獲得城市微氣候數據，再調用Dragonfly插件中的Envi-met結果讀取模塊輸出網格化的城市微氣候數據；

步驟4，將網格化的城市微氣候數據劃分為各個建筑周邊的建筑微氣候數據，并輸出各個以建筑ID命名的建筑微氣候數據；