[发明专利]一种耦合城市植被形态的城市建筑能耗模拟方法及系统

说明书

本发明公开了一种耦合城市植被形态的城市建筑能耗模拟方法及系统，其中方法步骤为：生成建筑、植被及地面模型；划分网格化模型；获得网格化的城市微气候数据；输出建筑微气候数据；建立植被透射率时间表；输出待模拟建筑的能耗模拟数据；对每栋建筑的能耗模拟数据进行展示。该城市建筑能耗模拟方法及系统通过将植被模型以及植被透射率带入模拟运算，从而实现城市建筑能耗模拟与城市植被形态的耦合，充分考虑了植被在改变小气候和遮挡太阳辐射两个方面对城市建筑能耗的影响；通过将微气候模拟与建筑能耗模拟集成式模拟，实现几何模型与非几何参数在各模块间的共享和传递，大大减少了人力消耗，提高了模拟运行的效率。

技术领域

本发明涉及一种城市建筑能耗模拟方法及系统，尤其是一种耦合城市植被形态的城市建筑能耗模拟方法及系统。

背景技术

城市地区占能源消费总量的67–76％，与能源消费相关的温室气体排放量为71–76％。建筑能耗占总能耗的比重约为40％。由于人口增长、经济增长和气候变化，这一数字预计会增加。要提高建筑能效，减少城市温室气体排放。城市植被是调节城市环境的重要功能系统。在过去的几十年中，大量的研究已经证实，建筑物周围的植被可以减少建筑物对冷、热的能源需求。城市植被主要通过几个过程影响建筑能耗，包括屏蔽传输到建筑表面的太阳辐射、防止空气渗入以及改变建筑周围的微气候。

虽然小范围内的树木对建筑能耗的影响已经被证实，但由于缺乏耦合城市植被的城市建筑能耗模拟方法，对于城市植被形态如何降低城市建筑能源需求及其影响程度仍然缺乏认识，更难以指导城市规划设计的实践。在现有的方法中，部分研究使用了将城市微气候模拟软件Envi-met和建筑能耗模拟软件EnergyPlus联合模拟的方式。Envi-met考虑了城市植被的遮阴、光合作用与蒸散，将其模拟结果输入EnergyPlus的气象数据，可以考虑城市植被通过改变微气候对城市建筑能耗的影响。但由于不同平台数据格式的转换繁复，模拟计算量大，尚缺乏面向城市中大量建筑自动化的数据交互工作流，将城市植被形态耦合到大尺度的城市建筑能耗的模拟中需要耗费大量的人力和时间。因此，目前此类的研究仅涉及到单栋建筑及其邻近树木，尚未被用于更大尺度的城市能耗计算中。此外，城市中植被除了通过影响城市微气候改变城市建筑能耗，通过遮挡直射到建筑表面的太阳辐射改变的建筑能耗也不容忽视。在EnergyPlus的建模中，应通过以具有透射率属性的面对植被进行建模。植被对太阳辐射的透射率受到植被的尺寸、叶面积、时间动态等因素影响，而对于如何准确获取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。

发明内容

发明目的：提供一种耦合城市植被形态的城市建筑能耗模拟方法及系统，能够实现宏观层面的城市建筑能耗模拟与城市植被形态的耦合，充分考虑植被在改变微气候和遮挡太阳辐射两个方面对城市建筑能耗的影响。

技术方案：本发明所述的耦合城市植被形态的城市建筑能耗模拟方法，包括如下步骤：

步骤1，获取基于GIS的城市几何模型，并将城市几何模型导入Grasshopper中生成各个建筑模型、植被模型以及地面模型；

步骤2，调用Dragonfly插件中的Envi-met建模模块，Envi-met建模模块包括Envi-met建筑建模模块、Envi-met植被建模模块以及Envi-met地面材质建模模块，用于分别对各个建筑模型、植被模型以及地面模型进行模型设定，再对设定后的各个建筑模型、植被模型以及地面模型进行网格划分，获得网格化城市模型，包括网格化的建筑模型、植被模型以及地面模型；

步骤3，调用Dragonfly插件中的Envi-met运行模块读取历史气象数据，并根据读取的历史气象数据以及网格化城市模型进行气候模拟获得城市微气候数据，再调用Dragonfly插件中的Envi-met结果读取模块输出网格化的城市微气候数据；

步骤4，将网格化的城市微气候数据划分为各个建筑周边的建筑微气候数据，并输出各个以建筑ID命名的建筑微气候数据；