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城市微气候仿真软件 ENVI-met 的应用

The Application of ENVI-met——a City Microclimate Simulation Software

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Michael Bruse(University of Mainz，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-met Eddi Version、编程模块ENVI-met Configuration Editor、计算板块ENVI-met V3.1 Default Config以及结果显示板块LEONARDO 3.75。

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(Edit Building/Vegetation)，定义建筑物的高度、植物的种类。在Left Mouse 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Left Mouse+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

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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(Edit Soils)，在下拉键中选择下垫面的类型，比如loamy road(土壤)、deep water(水面)、Asphalt Road(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 4 ENVI-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F i l e ——N e w configuration，进入窗口4界面。首先要修改导入模型的路径(Input file Model Area)和输出计算结果的路径(Output Directory)，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Add Section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 Load model configuration(导入模型)——Test model(检查模型)——Run model(计算模型)的步骤进行迭

代计算(图7)。

图 7 窗口5

4 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_MEW MAP,建立新的界面，Tools——

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Data Navigator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Extract 2D Cut或Extract 3D查看相应的计算结果(图8)。

图 8 窗口5

5 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E N V I -m e t 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 9 12:00小区温度分布图(FLUENT)

图 10 16:00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