Green Building I 氣候分析
關於綠色建築的重要性無需多言，但對我來說，我認為其中應當包含著更深的意義，並不能僅僅用「綠色建築」這四個字概括，它可能包含著一種古老的生活方式的復興、對通常建築的意義的反叛 …… 但下面單說當前我們理解的綠色建築。
要在設計中考慮可持續的方面，前提條件就需要知道項目當地的氣候狀況，重要的是了解當地氣候的特點並由此確定可持續設計的重點。本文介紹的就是如何獲取氣候數據以及如何進行分析。關於氣象數據的來源、格式以及正確性可以參考上一篇文章 ：
三上居士：建築能耗模擬——氣象數據
一、我們應當獲取哪些信息
關於可持續設計，我們主要需要兩個方面的信息，一和能耗相關，一和人體相關。
先看和人體相關的部分。根據 wiki 英文版 sense 詞條下的描述，我們熟知的5大感覺有：視覺、聽覺、味覺、嗅覺、觸覺。其他感覺有：平衡和速度感、溫度、肌肉運動知覺（Proprioception）、疼痛感以及其他內在感覺（Other Internal Sense）。還有一些不依賴於特定器官的感覺：時間感、主觀意識（Agency）、熟悉感（Familiarity）
Sense - Wikipedia
其中傳統的5大感覺中還包含著更細緻的分類，僅僅從環境作用於身體（Body）的舒適度來考察，可以做出如下分類：
從數據上來說，上述的四個方面各有各的舒適範圍，但這個範圍事實上受到很多因素的影響，不僅僅是外界的物理變化、人的活動、穿衣量，還包括人的主觀感受還有心境，因此舒適區的邊界其實並非那麼明晰。
關於能耗方面，建築主要通過太陽輻射和內部的活動獲得能量（熱量），通過與空氣的熱交換散失能量，因此需要的信息就是太陽輻射、雲量、日照時數、風速、風頻等等。
二、我們能獲得哪些信息以及數據準確性
對於氣候分析，所使用的軟體可以是 Ecotect 中的 Weather Tool、Climatre Consultant 或者是Autodesk Vasari（暫時沒用過，不知道具體），當然也有很多在線網站能提供場地的氣象信息，比如天氣預報網站，以及 http://andrewmarsh.com/ 這個網站中的 Software 下一系列有意思的小工具。如果僅僅分析氣候狀況的話沒有模型也並沒有關係，如果場地環境較為複雜的話最好還是需要簡單的三維模型，能轉化成DXF格式導入 Ecotect 即可。
我們從簡到難逐項解說
1-1、基本氣象信息-天氣預報網站
https://www.worldweatheronline.com/基本的氣象信息可以在這個天氣預報網站中找到，不得不說國外的網站非常良心，在這個網站下不僅能看到某個具體城市的天氣預報，還能以圖表的形式直接獲得城市的歷史氣象信息。它所支持的信息如下：
這裡的天氣數據完全夠用，更重要的是，在這裡你可以直接下載到 PNG、JPEG等格式的高質量圖。可以顯示6個月、1年和2009-2017年的整體圖表（YTD指的是從1月開始的圖）
還有城市的氣候簡介，可以用於分析主要的氣候特點，以下是南京：
Nanjing has a humid subtropical climate and has quite a high level of rainfall. Nanjing experiences four distinct seasons though it also experiences a rainy season during June and July when the summer is at its height and the temperatures are at their hottest. Nanjing is one of the three furnace cities that sits on the banks of the Yangtze River, called furnace because of the extremely high temperatures that the city experiences during the summer months.
那麼問題就來了，這麼好的一個網站，它所用的氣象信息來源於何處？
遺憾的是我在網站上沒有找到關於氣象數據來源的說明，我也曾給他們發過郵件，但是沒有收到回復。從網站上招募私人氣象站的鏈接上猜想，應該也是以實際氣象站的觀測數據為基礎。在每個城市的地圖上有相應的 Icon，猜想應當就是實際氣象站的位置，比如點擊右下角就可以看到南京孝陵衛的天氣。在做設計的時候還是建議標明這個數據來源的問題，並和 Energyplus 中的氣象信息做個對比。
當然了，我在上一篇文章中說過，Energyplus 中中國的氣象的數據來源於2003年，這個網站的信息從2009年開始，所以對不上是正常的……需要朋友們自行判斷。
從這兒獲得的信息的唯一的弊端就是無法直接導入 Ecotect 或者 Revit 進行下一步的操作，如果因為項目的精細程度而不得不這麼做的話，那麼一個可行的辦法是在該網站上找到文本格式的天氣信息並手動輸入 Ecotect 的 Weather Tool（或者是 Openstudio 中？抱歉我忘了這部分是怎麼做的，有機會找到教程補上）
在強調一下，在這兒推薦這個網站的原因是它足夠好用，但是對於數據來源和進一步的使用上還是有一些不便之處，因此提醒做研究的同行們要謹慎，但對於設計來說這些數據應該足夠。
從這個網站的這些圖表中，我們完全能夠了解場地的氣象信息，並因此明確設計的重點和目標。以南京為例，需要處理的就是夏熱冬冷、雨熱同期、特定時間降雨量大且持續時間長等問題。
1-2、基本氣象信息-Ecotect 以及 Climate Consultant
Ecotect 下的 Weather Tool 可以比較清晰的呈現輸入的氣象數據，當然啦，離美觀還有一定的距離。Climate Consultant 也比較類似，圖會稍微好看一點點，真的只是一點點……
以下是 Weather Tool 所能提供的數據清單，來源於一篇文章 作者 Richie
日軌分析 最佳朝向與熱輻射 - 氣象數據分析 - caDesign設計 - Powered by Discuz!
Ecotect 的一個好處是能在其中進行一定的氣候分析，比較重要是一下三項：最佳朝向、焓濕圖、被動策略分析。其中還有一些基本數據比如土壤溫度、風向和風的溫濕度、直接太陽輻射、間接太陽輻射等等。
首先說說 焓濕圖，這其實是一種很直觀的表現氣候舒適度和被動策略有效程度的圖表。在 Ecotect 中，橫坐標是溫度℃，縱坐標是空氣含濕量 g/kg （1kg空氣含有水的質量），圖中的曲線是等濕線，由下往上從0-100%，具體的信息可以參見知乎文章 作者 木又寸
木又寸：巧析焓濕圖，半小時看懂，裝B一輩子。
Ecotect 中的黃色線代表「舒適區」，而藍色的色塊代表著該地的天氣信息，我們可以看到藍色幾乎全部偏在左上方，因此該地的氣候特點就是濕度高，溫度低，陰冷為主。並且從圖中可以看到，被動太陽能得熱並不能將舒適區擴大到覆蓋主要區域，因此作用不是很大。但在下面圖中所示這個地區，被動策略則能有效提高舒適度。
其次說一說 最佳朝向。從 Weather Tool 的 Solar Position 中可以查到太陽軌跡和太陽輻射量，並由此計算出最佳朝向，但其中存在著不少問題。Weather Tool Help 中寫明了最熱和最冷時段的設置，要麼自動是6.7.8/12.1.2這幾個月份，要麼手動調整，並沒有基於某個特定的標準，而計算最佳朝向卻是依照這兩個時段的劃分，因此這一部分如果設置不正確的話會導致一定程度的偏差。以南京為例，我將最冷和最熱的時段對調（最冷6.7.8，最熱12.1.2），得出的結論大不相同。
Use these buttons to specify the hottest and coldest months of the year. The top row with the red dots represent the hottest months whilst the bottom row with the blue dots represents the coldest. These are the periods over which incident solar radiation values are compared to determine the optimum orientation.
When you initially load in weather data, WeaTool automatically determines the hottest and coldest 3 months. You can set this period to be as long or short as you want, although the summer and winter seasons are recommended. No month can belong to both groups and each period must be contiguous. This is why you may sometimes notice that multiple buttons depress to prevent you creating a gap.
另外這部分的計算是基於太陽輻射直接進行數值計算的，並不涉及其他方面（動態？）
ecotect中的氣象工具表格怎麼看?
在這個回答中可以看到這部分的問題，當然我對這部分沒有什麼研究，在 Help 里也沒有解釋計算的過程和結果。當然從經驗角度來說，南京地區肯定是南偏東的朝向會更好，所以這部分分析大概只能用作參考，具體朝向如何可能還是要按照這個回答中的來，需要簡單的建模分析一下了。
關於太陽輻射，Climate Consultant 有一張圖表相對比較實用，通過這張圖就可以知道哪幾個月的哪些時段是過熱或者輻射量不足的。
最後是 被動策略分析。在焓濕圖截面下右鍵可以選擇 Passive Design Analysis，勾選相應的被動策略就可以在結果中看出這種被動措施的效果，黃色是採用前的舒適度（%），紅色是採用了之後。
但是同樣在 Weather Tool Help 中我還是沒有找到這樣的分析是基於什麼樣的模型，模型的朝向、被動策略要求的系統的狀態也都沒有提及，所以我對最後的結果還是存疑，不過作為參考倒應該是夠用的了，結果和焓濕圖中顯示的被動策略的舒適區曲線應當是一致的。
1-3、基本氣象信息-網頁小工具
Andrews Blog這個網站中的 Software 下一系列有意思的小工具可以給我們提供很直觀的氣象數據。第一個是三位的氣象數據，和 Ecotect 中的一樣，就是好看了一點。第二個是天空遮蓋度，小圓裡面可以看到在某一視點中周邊建築的遮擋，支持導入 obj 文件。第三個是根據窗戶大小變化的房間照度變化。第四個是三位的太陽路徑。最後一個是二維的太陽路徑，圖表不錯可以直接用。剩下的三個關係不大，有興趣的朋友可以自己試著玩玩。
1-4、熱環境舒適度測試-網頁小工具
CBE Thermal Comfort Tool for ASHRAE-55
這是一個基於多個標準的熱舒適度的圖表，在左邊可以輸入當前的氣象信息，在圖表上就會顯示舒適的區域（藍色）和當前的狀況（紅圈），在上方可以選擇不同的標準並比較，只對判斷在不在舒適區比較有用吧。
2-1、遮擋與陰影
這部分以下的內容需要建立一個簡單的模型，通常是項目前期的場地模型。可以直接在 Ecotect 中建模，也可以在 SU 或者 Revit 中建完通過三維的 DXF 文件導入。
首先是 環境遮擋分析，模型如下，右下角那個大方塊塊是需要分析的建築，選擇高層的某一個面，選擇 Calculate 下的 Sun-Path Diagram，選擇 Calculate Shading 就可以看到周邊建築對建築這個面的遮擋。黑色部分是這個面不能照到光的時間（因為在西側），灰色部分是其他建築的遮擋，以百分比表示（因為這個項目在赤道，所以會受到北邊建築的影響）
2-2、直接太陽輻射 Incident Solar Radiation
當夏季太陽輻射過強的時候，有必要對非透明圍護材料（牆、屋頂等）進行遮陽，比如南方比較普遍的雙層屋面。在 Ecotect 中我們可以對幾個不同的面進行太陽輻射分析（可以是簡單的體塊，畢竟每個面上的太陽輻射是一樣的），由此我們可以確定哪些面需要對非透明維護材料進行遮陽，哪些面不能太通透，哪些面不需要對玻璃遮陽等等。
選中模型中的一個面之後，在 Calculate 中 Solar Exposure 下可以進行計算，輸入參數如下 摘自《Autodesk Ecotect Analysis2010 綠色建築分析應用》P139
在該書的第137頁，作者列出了相應的標準，低於250和高於600，遺憾的是沒有給出這個標準的出處，甚是遺憾。Anyway，做設計延用這兩個大致的值應該可以吧，希望知情和有興趣的朋友探索一下。
三、總結
以上是我們可以通過簡單的操作得到的實用的氣候分析，對於方案前期來說並不費多大的功夫，但對於方案的深化則有著不小的幫助。可持續建築或者說綠色建築的意義不用我多說，每本書上都洋洋洒洒幾大段來描述，既是節能減排又是生態文明，但我總覺得這其實是建築一個非常基本的方面。
建築的初衷就是建造免受自然和他人侵擾的庇護所，所以與環境的關係一開始就是建築的目的之一。我認為我們今天重新回歸建築的基本問題，實際上只是在把我們從這些年來的走的歪路上掰回來而已，以一種新的、質樸、謙遜的態度面對我們日益陌生的自然。
謹以金秋野老師在《香港隨感錄》中的一段文字作為結尾：
自然像是寄養在孤兒院里的幼童，每天被人們探望幾次
這裡這一代「展示性」文明的集中展示：割裂、自成體系、隔離、抽象、隔絕所有噪音、為了效率犧牲感覺、大量從外部吸取能量、光鮮、垃圾製造者、唱高調、不許別人不欣賞它、繁榮、人人都是消費者，除了消費還是消費。所謂文明，就是在日常生活里違反本性，在慾望的凱歌進行曲里自縛手腳，奮勇前行。
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