城市微气候仿真软件ENVI-met的应用

绿色建筑2013年第5期56绿色智能GreenIntelligent城市微气候仿真软件ENVI-met的应用TheApplicationofENVI-met——aCityMicroclimateSimulationSoftware马舰1陈丹2（1.天津市房屋质量安全鉴定检测中心，天津300060；2.天津建科建筑节能环境检测有限公司，天津300161）摘要：城市微气候仿真软件ENVI-met有4大功能板块：建模板块、编程板块、计算板块、结果显示板块。通过对同一个项目分别进行FLUENT和ENVI-met建模及模拟计算，比较两个不同模拟软件的计算结果，得出结论：ENVI-met更便于建模，编程板块简单易操作，报错率较低，模拟计算结果接近实际情况，较FLUENT差别不大。关键词：城市微气候；热岛模拟；ENVI-met；板块中图分类号：TU50文献标识码：B文章编号：1674-814X(2013)05-56-03城市微气候仿真软件ENVI-met是由德国的MichaelBruse(UniversityofMainz，Germany)开发的一个免费的多功能系统软件，可以用来模拟住区室外风环境、城市热岛效应、室内自然通风等。ENVI-met一共由4个板块组成，分别为建模板块ENVI-metEddiVersion、编程模块ENVI-metConfigurationEditor、计算板块ENVI-metV3.1DefaultConfig以及结果显示板块LEONARDO3.75。1建模板块在使用ENVI-met软件的过程中，最重要的一步就是建立模型，网格尺寸的大小、网格的数量都直接影响到计算结果的准确性。首先单击，进入建模板块，单击窗口1进入参数设置界面。在此窗口可以设置模型所在地区的经度、纬度、网格尺寸、网格数量等参数(图1)。在实际模拟中遇到一个问题，需要跟大家交流一下，计算区域的高度必须大于等于建筑物最大高度的两倍。该软件提供的计算区域最大网格数是250mm×250mm×30mm。因此，我们在编辑网格尺寸的时候要注意这一点。鉴于网格数的限制，可以适当提高网格的尺寸大小。这样既能满足建筑物高度的要求，又能满足计算的要求。图1窗口1一个成熟的小区，必然包括建筑物、下垫面、绿化植物等内容，建议在建模的过程中，按照建筑物、植物、下垫面的顺序建模。这样在对下垫面建模时，会同时显示建筑物、植物的网格，可以避免在同一处网格重复建模。点击窗口2(EditBuilding/Vegetation)，定义建筑物的高度、植物的种类。在LeftMouse对应的窗口输入建筑物的高度，然后在网格区域点击鼠标左键画建筑物即可。点击LeftMouse+Shift对应的下拉键，选择植物的种类，然后点击鼠标左键+Shift按钮在网格区域画植物。值得注意的一点绿色建筑2013年第5期57GreenIntelligent绿色智能是，对于屋顶绿化的情况，可以直接在建筑物上单击鼠标左键+Shift键填充植物(图2)。图2窗口2点击窗口3(EditSoils)，在下拉键中选择下垫面的类型，比如loamyroad(土壤)、deepwater(水面)、AsphaltRoad(柏油马路)等，选择合适的下垫面后在网格区域建模(图3)。以某小区为例，建立模型，如图4、图5所示。图3窗口3图4ENVI-met模型图图5模型的三维视图2编程板块单击进入编程板块，依次选择File——Newconfiguration，进入窗口4界面。首先要修改导入模型的路径(InputfileModelArea)和输出计算结果的路径(OutputDirectory)，导入模型的路径一定要和存放模型的路径一致，路径错误后期无法进行迭代计算(图6)。图6窗口4编程板块还提供了position、soil、data等模块，单击AddSection可以添加，针对具体的模拟情况可以对模块的一些参数进行修改。3计算板块单击，选择适合所建模型的计算区域，在窗口5中，依次按照Loadmodelconfiguration(导入模型)——Testmodel(检查模型)——Runmodel(计算模型)的步骤进行迭代计算(图7)。图7窗口54查看计算结果ENVI-met软件提供LEONARDO数据后处理板块，单击，点击FILE_MEWMAP,建立新的界面，Tools——绿色建筑2013年第5期58绿色智能GreenIntelligentDataNavigator导入计算结果，见窗口6，可以查看风速、压力、温度等参数，在下拉列表中选中参数，单击Data右侧的箭头，导入相应的参数。板块提供了二维视图和三维视图，针对二维视图又给出了X-Y、X-Z、Y-Z的截面视图，单击Extract2DCut或Extract3D查看相应的计算结果(图8)。图8窗口55计算结果的比较分别用软件FLUENT和ENVI-met对同一个小区进行了热岛强度的模拟。图9～图10分别给出了小区在12:00和16:00的温度分布图。分析图中数据可知，FLUENT、ENVI-met软件模拟的小区温度分布图的趋势基本一致，温度区间相差不大。通过分析比较这两个软件的模拟结果，发现两个软件在模拟过程中各有利弊：(1)ENVI-met需要简化建筑模型。若该项目有特殊的、相对复杂的造型并且需要重点观察造型的周边温度、风速等参数时，ENVI-met不能满足要求。针对这一点FLUENT优势较明显。(2)ENVI-met系统包括诸如围护结构、下垫面、绿化植物等模块，系统自带相应材料的物性参数，省去了后期繁琐的编程步骤，降低了出错率。综上分析可知，不论是软件ENVI-met还是FLUENT，都能较准确地模拟小区的热岛、风环境等情况。两个软件的侧重点不同，在实际模拟过程中，应根据实际项目要求选择合适的软件。图912:00小区温度分布图(FLUENT)图1016:00小区温度分布图(FLUENT)收稿日期：2013-8-6作者简介：马舰，现供职于天津市房屋质量安全鉴定检测中心。作者通讯地址：天津市河西区环湖西路20号，邮编：300060