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城市微气候仿真软件ENVI_met的应用

绿 色 智 能 Green Intelligent

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

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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

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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