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第七章WeatherTool绿色建筑设计初步的利器ALLEXA1、WeatherTool简介¾WeatherTool是可视化的逐时气象数据分析和转换软件。¾WeatherTool是一款商业软件，其中焓湿图和太阳分析功能为限时试用；其他的功能，如气象数据查看、转换，可以免费使用（也可以使用WeatherManager查看）。¾WeatherTool可以读取并转换TMY、TMY2、TRY、DAT等一系列常用格式的气象数据格式。1、WeatherTool简介¾在建筑设计的最初，通过使用WeatherTool分析气象数据，可以直观的认识建筑基地所处地区的气象资料；¾通过焓湿图可以了解到当地的热舒适性区域；¾通过焓湿图策略分析WeatherTool还提供各种基本被动式设计手段对热舒适的影响分析；¾通过太阳辐射分析，可以分析对比各朝向立面上的全年太阳辐射情况；¾通过太阳辐射分析还可以根据全年中过热期和欠热区的太阳辐射得热量计算本地的相对最佳建筑朝向。这功特别适合于建筑平面设计和规划设计。2、气象数据的简介¾基础气象资料统计一般包括：•大气压力•干球温度•湿球温度•蒸汽压力•相对湿度•风速•风向•云量•太阳辐射等2、气象数据的简介¾建筑性能化模拟分析时通常需要的气象数据是：气象要素空气温度干球温度日最高值干球温度日最低值干球温度平均值露点温度露点温度日最高值露点温度日最低值露点温度平均值风风速日最大值风速日平均值太阳辐射水平面总辐射平均值直射辐射日平均值在这些数据中，有些是测量得到的数据，有些数据是根据测量数据进行计算后得到的数据。2、气象数据的简介¾我国建筑气候数据研究现状z代表性的统计气象数据z随机模拟法的气象数据z标准年气象数据z典型气象年气象数据2、气象数据的简介¾我国主要的四个典型气象年气象数据•2002年，郎四维通过与美国劳伦斯·伯克利国家实验室开展技术合作，研究建立了我国26个城市的典型气象年逐时气象资料。•2004年张晴原等人出版的《中国建筑用标准气象数据库》。该数据库包含了57个主要城市的标准年气象数据、标准日气象数据以及不保证率气象数据。•2005年中国气象局气象信息中心气象资料室联合清华大学建筑技术科学系研究并开发了《中国建筑热环境分析专用气象数据集》。该数据库收集了全国270个地面气象站台1971~2003年的实测气象数据。•西安建筑科技大学与香港城市大学合作的重大国际合作项目“建筑节能的基础科学问题研究”也在对我国建筑节能用气象资料进行开发与研究。给出了中国地面194个地面站的分布。气象资料记录时间为1971~2000年，共30年的气象数据。主要气象要素包括：气温、相对湿度、湿球温度、云量、日照时数、气压、风速风向、总辐射、散射辐射等气象要素。3、WeatherTool界面介绍¾WeatherTool1.20版界面：本例中使用的是绵阳的气象数据。3、WeatherTool界面介绍¾菜单栏：¾工具栏：3、WeatherTool界面介绍¾工具栏：地理位置数据太阳辐射分析焓湿图分析风分析逐时数据分析逐周数据分析逐月数据分析3.1、太阳辐射分析¾OrthographicProjection（正投影图）这种标记采用了笛卡尔坐标系，横坐标是太阳高度角，纵坐标是太阳方位角。3.1、太阳辐射分析¾StereographicProjection（球面影图）3.1、太阳辐射分析¾TabulatedData（列表数据）3.1、太阳辐射分析¾SolarRadiation（太阳辐射量）通过标尺按钮调节方向红色区域代表过热的时间段，蓝色代表过冷的时间段。粗的黄线代表该方向太阳直射的平均值。3.1、太阳辐射分析¾BestOrientation（最佳朝向分析图）有了这张图，可以很明显的看出来建筑的哪个朝向适合利用太阳能，哪个朝向不适合利用太阳能。这对初步设计有着重要的知道作用。3.1、太阳辐射分析¾BestOrientation（最佳朝向分析图）图中，黄色部分表示最佳位置。蓝圈表示最冷的3个月各个方向太阳辐射量。红圈表示最热的3个月各个方向太阳辐射量。绿色表示全年各方向平均辐照量。3.1、太阳辐射分析¾BestOrientation（最佳朝向分析图）图中，红色箭头表示最热3个月最大辐射量的方向。蓝色箭头表示最冷3个月最大辐射量的方向。绿色箭头表示全年平均辐射量最大的方向。3.2、焓湿图的简介¾焓湿图(Psychrometric)是气象数据分析的重要手段和形式。在焓湿图上画出室内温湿度的分布,可以估算出方案概念设计的节能效果。焓湿图中的舒适区域是由空气的温度、相对湿度、气流速度和周围环境的辐射温度决定的,所以这些参数的某些组合在焓湿图中会形成大多数人认为舒适的区域,该区域就是焓湿图中的舒适区。¾Ecotect的气象数据分析模块根据某地气象数据,在焓湿图上分析不同节能方案舒适区域的变化,以选出最佳的节能设计方案。建筑方案概念设计阶段通常假定环境的辐射温度和气流速度是定值,所以利用焓湿图上的温湿度就可以分析建筑的热舒适性。更多内容请参考：、WeatherTool中的焓湿图横坐标表示干球温度，℃3.2、WeatherTool中的焓湿图纵坐标表示绝对湿度，g/kg3.2、WeatherTool中的焓湿图这条平行的斜线表示焓，kJ/kg3.2、WeatherTool中的焓湿图¾简单地说，焓是表示物质内部具有的一种能量的物理量，也就是一个表示物质状态的参数。单位是能量的单位：kJ或kJ/kg。¾我们知道，宏观表示物体所具有的能量是动能和位能。动能的大小取决于他的质量和运动速度；位能是由地球的引力产生，取决于物体的质量和离地面的距离。在物质内部，它是由大量分子组成的，分子在不停地做乱运动，具有分子运动的动能。温度越高，分子运动越激烈，分子运动的动能就越大。分子相互之间也有吸引力，分子间距离不同，相互吸引的位能也改变。这种肉眼所不能看见的物质内部具有的能量叫“热力学能”。物质由液态变为气态，是这种能量增大的体现。对于流体(液体、气体)，当在缓慢流动时，虽然宏观运动的动能很小，但是，后面的流体必须为反抗前面的流体的压力做功，才能往前流动。自行车胎打气就是一个做功使气体流入轮胎的过程。根据能量转换定律，这个推进功将转变成流体携带的能量，叫做流动能，它与推进的压力有关，等于压力P与体积V的乘积pV。在流动的流体内部，除了热力学能U之外，还有这部分流动能。为了方便，将这两部分能量之和，称为“焓”，用符号H(对单位量流体用h)表示。即焓=热力学能+流动能H=U+pV或h=p+pv3.2、WeatherTool中的焓湿图这条斜率不同的斜线表示湿球温度，℃3.2、WeatherTool中的焓湿图弧线表示相对湿度，%3.2、WeatherTool中的焓湿图纵坐标表示蒸汽压力，Pa3.2、WeatherTool中的焓湿图该斜线表示空气容重，m3/kg3.2、WeatherTool中的焓湿图黄色区域为热舒适区间。蓝色的深浅表示逐日频率。关于舒适区间如何确定，建筑设计与气候的关系，详细内容请参见：、WeatherTool中的焓湿图潮湿冷干燥干热湿热3.2、WeatherTool中的焓湿图WeatherTool自动标出来的舒适区域和不舒适区域。3.2、WeatherTool中的焓湿图蓝线表示每月最小值和最大值3.2、WeatherTool中的焓湿图蓝色区域表示逐日的频率3.2、WeatherTool中的焓湿图图中从上到下、从左到右，依次是增强围护结构蓄热能力、夜间通风、被动式太阳能、自然通风、直接蒸发降温、间接蒸发降温等技术措施对于建筑热舒适的影响。黄色柱表示没有采用相关技术的热舒适度百分比，红色是采用技术后的热舒适百分比。3.2、WeatherTool中的焓湿图使用六中技术后在焓湿图上表示出来的舒适范围。通过以上两张图，可以很明显的看到，绵阳地区比较有效果的技术手段是自然通风、夜间通风和增强围护结构蓄热能力。而被动式太阳能的技术却作用很小。这是符合实际情况的。因为绵阳处于四川省，太阳辐射强度小、湿度大。通风可以很大程度的改善室内热舒适度，而太阳能的利用效率就比较低。3.2、WeatherTool中的焓湿图主动式降温措施的分析主动式策略主要设计的是设备层面的问题，虽然其与建筑设计的关系不如被动式策略那么密切，但在方案设计过程中也是需要注意的。3.3、WindAnalysis在这个图中，表示出了风频（颜色深浅）、风向（圆坐标）、风速（纵坐标）。3.3、WindAnalysis在这个图中，表示出12月的风频（颜色深浅）、风向（圆坐标）、风速（纵坐标）。3.3、WindAnalysis这四张图，从左到右、从上到下依次表示，风频，温度，湿度，降雨量（一般建筑用气象数据没有这个数据）。3.4、HourlyData这张图中，标示出了除风频之外的全部气象数据。可视化的数据，比枯燥的数据表格要清晰、直观和美观。3.4、HourlyData逐时干球温度分析：在图中可以看到绵阳冬季基本在0度以上，12、1月温度最低；7月底8月初温度最高。3.4、HourlyData逐时湿球温度分析。3.4、HourlyData逐时相对湿度分析：在图中可以看到绵阳全年相对湿度都很大，因此设计时需要考虑到通风防湿的措施。3.4、HourlyData逐时直射辐射分析：在图中可以看到黄线比较稀疏绵阳阴天或者雨天比较多，特别是秋冬季节。这对利用太阳能十分不利。3.4、HourlyData逐时散射辐射分析：在图中可以看到绵阳的散射辐射夏季多、冬季少更是明显。3.4、HourlyData通过这个步骤，可以手动输入和调整气象数据。3.5、WeeklyData通过3维坐标系可以标示出各个气象数据每周的情况。X轴标示周数，Y轴标示小时，Z轴标示温度。可以通过调节左边的下拉菜单，观察其他气象数据。3.5、WeeklyData点击左边面板中的ShowAll来显示各个气象数据每周的情况。3.5、MonthlyData点击左边面板中的各个选项可以看到相应的数据。由于比较容易理解就不多说了。