绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法与系统与流程

1.本发明涉及景观生态学，流体热力学，建筑环境与能源应用工程领域，特别是涉及一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法和系统。


背景技术：

2.世界上一半以上的人口生活在城市地区，未来这一比例将逐渐增高。在中国，快速发展的经济和城市化进程以及高度集中的城市人口导致了城市能源消耗与碳排放逐步增加，与此同时，能源短缺和能耗污染问题也日益加剧。在城市生态中，绿地不仅可以固碳释氧，还可通过影响建筑室内舒适度和建筑外部空间局地微气候环境驱动建筑运行能耗碳排放。设立绿地景观为生态源，依照景观生态学“源—汇”理论，绿地景观的生态效应对象为生态“汇”，“源汇”之间为生态“流”过程，也可称之为绿地景观的生态扩张过程，绿地景观的生态扩张过程中受到的阻力，是影响“源—汇”关系的重要因素，因此很有必要开展相关研究。为了深入研究绿地景观对建筑室内能源消耗环境以及对建筑碳排放的影响，根据生态学“源—汇”理论，如何精确、快速计算绿地景观生态效应“流”过程受到的阻力成为本领域亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种绿地景观对建筑能耗生态效应“流”过程的阻力距离计算的方法和系统，以精确、快速计算绿地景观生态效应“流”过程受到的阻力值，进而为深入研究绿地景观对建筑室内能源消耗环境以及对建筑碳排放的影响提供理论基础。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法，包括：
6.基于景观生态学“源—汇”理论，在确定绿地景观到目标建筑体的立体空间范围后，所述“源—汇”理论中将绿地景观作为生态“源”地，将目标建筑能耗碳减排作为生态效应“汇”；
7.沿所述“源”到所述“汇”的扩张过程得到“流”过程空间，将所述“流”过程空间划分为多个相同边长的立方体网格单元；所述“源”到所述“汇”的扩张的直线过程中遇到的立体单元称之为阻力立体景观单元；
8.确定“源”地绿地景观体重心到目标建筑体重心的欧式空间距离，设定为无阻力距离；
9.将所述绿地景观向目标建筑体的生态效应“流”扩张过程中立体空间内的温度变化系数转化为阻力立体景观单元受到的阻力摩擦系数；
10.根据所述无阻力距离、所述阻力立体景观单元的阻力摩擦系数和“流”过程中阻力立体景观单元的总个数确定绿地景观“源”在生态扩张过程中的阻力距离。
11.优选地，在所述根据所述无阻力距离、所述阻力立体景观单元的阻力摩擦系数和“流”过程中阻力立体景观单元的总个数确定绿地景观“源”在生态扩张过程中的阻力距离，
之后还包括：
12.确定不同阻力立体景观单元对于所述阻力距离的贡献权重。
13.优选地，采用建筑能耗模拟软件或流体热力学软件模拟检验得到所述贡献权重。
14.优选地，绿地景观为地表植被或立体空间植物景观。
15.优选地，所述目标建筑体为单体建筑或建筑群。
16.优选地，沿“源”到“汇”的扩张过程中，当阻力立体景观单元为空气时，其阻力摩擦系数赋值为0，阻力立体景观单元为绿地时，阻力摩擦系数赋值为第一预设值a，当阻力立体景观单元为建筑体时，阻力摩擦系数赋值为第二预设值b。
17.优选地，所述“流”过程中阻力立体景观单元的边长为1m。
18.优选地，所述阻力距离的确定公式为：
[0019][0020]
式中，r为阻力距离，r
i
为无阻力距离，w
i
为阻力摩擦系数，n为阻力立体景观单元的总个数或为生态无阻力过程“源”“汇”格网重心间包含的格网单元数。
[0021]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0022]
本发明提供的一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法，基于景观生态学“源—汇”理论，在确定绿地景观到目标建筑体的立体空间范围后，将立体空间范围划分为多个边长相同的立方体网格并得到“流”过程中的阻力立体景观单元，再确定绿地景观体到目标建筑体的欧式空间距离，得到无阻力距离，然后，沿“源”到“汇”的扩张过程中，计算每个阻力立体景观单元的阻力摩擦系数，最后，根据无阻力距离、阻力摩擦系数和阻力立体景观单元的总个数精确、快速得到绿地景观在生态扩张过程中的阻力距离，进而为深入研究立体绿地景观对建筑室内能源消耗环境以及对建筑碳排放的影响提供理论基础。
[0023]
对应于上述提供的一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法，本发明还对应提供了一种虚拟实施系统，具体如下：
[0024]
一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离的确定系统，包括：
[0025]
立体空间范围确定模块，用于基于景观生态学“源—汇”理论，在确定绿地景观到目标建筑体的立体空间范围后，所述“源—汇”理论中将绿地景观作为生态“源”地，将目标建筑能耗碳减排作为生态效应“汇”；
[0026]
立体单元划分模块，用于沿所述“源”到所述“汇”的扩张过程得到“流”过程空间，将所述“流”过程空间划分为多个相同边长的立方体网格单元；所述“源”到所述“汇”的扩张的直线过程中遇到的立体单元称之为阻力立体景观单元；
[0027]
无阻力距离确定模块，用于确定“源”地绿地景观体重心到目标建筑体重心的欧式空间距离，设定为无阻力距离；
[0028]
阻力立体景观单元的阻力摩擦系数确定模块，用于将所述绿地景观单元向目标建筑体的生态扩张过程中立体空间内的温度变化系数转化为阻力立体景观单元受到的阻力摩擦系数；
[0029]
阻力距离确定模块，用于根据所述无阻力距离、所述阻力立体景观单元的阻力摩擦系数和“流”过程中阻力立体景观单元的总个数确定绿地景观“源”在生态扩张过程中的阻力距离。
[0030]
因本发明提供的一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算系统实现的技术效果与上述提供的一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法实现的效果相同，故在此不再进行赘述。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]
图1为本发明提供的绿地景观在生态扩张过程中的阻力确定方法的流程图；
[0033]
图2为本发明实施例提供的实施绿地景观在生态扩张过程中的阻力距离确定方法的流程图；
[0034]
图3为本发明实施例提供的绿地景观“源”和目标建筑体的分布示意图；
[0035]
图4为本发明实施例提供的由绿地景观“源”到目标建筑体的欧式空间距离与阻力距离示意图；
[0036]
图5为本发明提供的绿地景观在生态扩张过程中的阻力距离确定系统的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038]
本发明的目的是提供一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法和系统，以精确、快速确定绿地景观生态效应“流”过程受到的阻力距离值，进而为深入研究绿地景观对建筑室内能源消耗环境以及对建筑碳排放的影响提供理论基础。
[0039]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0040]
如图1所示，本发明提供的一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法，包括：
[0041]
步骤100：基于景观生态学“源—汇”理论，在确定绿地景观到目标建筑体的立体空间范围后，“源—汇”理论中将绿地景观作为生态“源”地，将目标建筑能耗碳减排作为生态效应“汇”。其中，绿地景观为地表植被或立体空间植物景观(即立体空间人工种植花草树木，如绿顶等)。目标建筑体为单体建筑或街道、社区等一定范围内的建筑群。
[0042]
步骤101：沿“源”到“汇”的扩张过程得到“流”过程空间，将“流”过程空间划分为多个相同边长的立方体网格单元。“源”到“汇”的扩张的直线过程中遇到的立体单元称之为阻力立体景观单元。具体的，划分得到的立方体网格的边长为1m。也就是说，阻力立体景观单元的体积为1m3。
[0043]
步骤102：确定“源”地绿地景观体重心到目标建筑体重心的欧式空间距离，设定为
无阻力距离。
[0044]
步骤103：将绿地景观向目标建筑体的生态效应“流”扩张过程中立体空间内的温度变化系数转化为阻力立体景观单元受到的阻力摩擦系数。沿“源”到“汇”的扩张过程中，当阻力立体景观单元为空气时，其阻力摩擦系数赋值为0，阻力立体景观单元为绿地时，阻力摩擦系数赋值为第一预设值a，当阻力立体景观单元为建筑体时，阻力摩擦系数赋值为第二预设值b。
[0045]
步骤104：根据无阻力距离、阻力立体景观单元的阻力摩擦系数和“流”过程中阻力立体景观单元的总个数确定绿地景观“源”在生态扩张过程中的阻力距离。其中，阻力距离的确定公式为：
[0046][0047]
式中，r为阻力距离，r
i
为无阻力距离，w
i
为阻力摩擦系数，n为阻力立体景观单元的总个数或为生态无阻力过程“源”“汇”格网重心间包含的格网单元数。
[0048]
下面以四栋十二层建筑为建筑体，建筑体周围种植着冠高为2.6m，第一枝下高为2.2m，胸径为2.7m的绿地景观树木(如图3右侧第一列树木(浅灰色)所示)为例对本发明上述提供的一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法的整体实施过程进行说明，但不限于此。
[0049]
本实施例中一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法的具体实施过程，如图2所示，包括以下步骤：
[0050]
s1：将绿地设置为生态“源”地，目标建筑能耗碳减排为生态效应“汇”，由“源”到“汇”的扩张过程得到“流”过程空间被划分为边长为1m的立方体网格。
[0051]
s2：计算绿地景观体重心到目标建筑体重心的欧式空间距离，设定为无阻力距离。目标建筑体周围的一竖列绿地景观树木视为一个整体。
[0052]
s3：在本实施例中沿无阻力空间扩张过程定义为生态效应“流”方向。生态“源”向生态“汇”的生态扩张过程，依照其遇到的阻力立体景观单元，开展生态“流”过程的阻力权重计算。
[0053]
该实例建筑体与绿地景观(以树木为代表)的热属性如表1所示：
[0054]
表1 建筑体与绿地景观实体的部分要素热属性表
[0055][0056]
使用建筑能耗模拟软件iesve建立模型，将两组绿地景观树木的重心从距离建筑
边缘3m为基准开始以1m为单位离开建筑体向外逐渐水平移动，如图4所示。模拟目标建筑体全年时间间隔为1小时的室内温度，以室内温度作为阻力摩擦系数计算依据。通过以上环境构建，模拟不同的绿地景观与建筑体分布格局，产生差异化的绿地生态效应“流”过程，构建差异化的生态“流”过程阻力环境，以期获得不同的生态“流”过程阻力摩擦系数赋值。
[0057]
通过模拟得到，该实例中从生态“源”的生态“流”过程，当阻力空间发生变化，在这里表达为绿地景观水平距离每增加1m，其生态“流”过程阻力摩擦系数发生如表2所示变化：
[0058]
表2 绿地景观对建筑能耗的生态效应“流”过程的阻力距离摩擦系数
[0059][0060]
s4：对阻力距离进行累积计算，获得整体生态“源”向生态“汇”的整个生态“流”过程受到的阻力距离值，即表达“源”“汇”之间供需联系的成本距离r。
[0061]
该实例中，绿地景观体重心到目标建筑体的成本距离r的计算公式为:
[0062][0063]
式中，r为阻力距离，r
i
为无阻力距离，w
i
为阻力摩擦系数，n为阻力立体景观单元的总个数(或为生态无阻力过程“源”“汇”格网重心间包含的格网单元数)。
[0064]
如图4所示，绿地景观体重心到建筑体重心的水平距离为12m时，生态源汇的实际成本距离为61.9184m。通过计算，该实施例中，绿地景观重心到目标建筑体的成本距离r如表3所示：
[0065]
表3 绿地景观对目标建筑体建筑能耗的生态“流”过程的阻力距离表
[0066][0067]
综上，本发明采用如上技术方案，引入生态学“源—汇”理论，耦合绿地景观单元生态服务“生态源”、目标建筑体能耗碳减排为服务“生态汇”以及生态效应“流”等要素，具体形象化了绿地景观的生态效应过程。
[0068]
对应于上述提供的一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算方法，本发明还对应提供了一种绿地景观对建筑能耗生态效应的阻力距离计算系统。如图5，该系统包括：立体空间范围确定模块1、立体单元划分模块2、无阻力距离确定模块3、阻力立体景观单元的阻力摩擦系数确定模块4和阻力距离确定模块5。
[0069]
其中，立体空间范围确定模块1用于基于景观生态学“源—汇”理论，在确定绿地景观到目标建筑体的立体空间范围后，“源—汇”理论中将绿地景观作为生态“源”地，将目标建筑能耗碳减排作为生态效应“汇”。
[0070]
立体单元划分模块2用于沿“源”到“汇”的扩张过程得到“流”过程空间，将“流”过程空间划分为多个相同边长的立方体网格单元。“源”到“汇”的扩张的直线过程中遇到的立体单元称之为阻力立体景观单元。
[0071]
无阻力距离确定模块3用于确定“源”地绿地景观体重心到目标建筑体重心的欧式空间距离，设定为无阻力距离。
[0072]
阻力立体景观单元的阻力摩擦系数确定模块4用于将绿地景观单元向目标建筑体的生态扩张过程中立体空间内的温度变化系数转化为阻力立体景观单元的阻力摩擦系数。
[0073]
阻力距离确定模块5用于根据无阻力距离、阻力立体景观单元的阻力摩擦系数和“流”过程中阻力立体景观单元的总个数确定绿地景观“源”在生态扩张过程中的阻力距离。
[0074]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0075]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据
本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。