Hello~小伙伴們，到了軟件小講堂啦。

最近幾年隨著高校對于構(gòu)造細(xì)部的重視不斷加強，對于建筑學(xué)生而言，構(gòu)造做法的選取漸漸成為了設(shè)計過程中不可忽略的重要環(huán)節(jié)，無論是依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂虿贾貌煌膲w組成還是根據(jù)場地實際情況選擇特定的防潮方案我們都離不開對于構(gòu)造細(xì)部的評價。

而在構(gòu)造細(xì)部評價中，保溫性能是極其重要的判定標(biāo)準(zhǔn)之一。因為一般情況下人體覺得舒適的溫度范圍肯定是要小于外部環(huán)境的溫度范圍了，四季如春還是比較少見的。比如以我老家所在的江南地區(qū)為例，溫度基本在0度-35度左右，但是人的舒適范圍18-25攝氏度。那么如果我們想盡量減少將室內(nèi)溫度維持在一個舒適溫度區(qū)間的能耗的話，一個比較可行的方法就是提升外圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能，盡量減少外部環(huán)境氣溫變化對于室內(nèi)環(huán)境的影響，減少室內(nèi)的溫度波動。室內(nèi)溫度波動越小，相應(yīng)的建筑維持舒適溫度范圍所需的能量就少。這也是為什么越寒冷的地方墻體越為厚重，因為越寒冷的區(qū)域的外部環(huán)境的溫度范圍與人體舒適的溫度范圍差值較大，厚重的墻體可以減少能量的消耗。

因此在本次系列教程中，我會向大家介紹如何借助Honeybee插件，在Rhino和GH中完成對于不同構(gòu)造做法保溫性能的測試與評價,而今天第一篇教程中我們將要學(xué)習(xí)的是Therm熱維護結(jié)構(gòu)計算的基礎(chǔ)設(shè)置和相關(guān)的熱學(xué)概念。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?PART 1

therm模塊

各位如果有了解過HB的話應(yīng)該知道，借助HB中的材質(zhì)與構(gòu)造運算器我們可以非?？焖俚耐瓿商囟?gòu)造方案的制作，而通過能量模型的計算，我們可以對于不同的構(gòu)造做法進行評價，比如依據(jù)相同環(huán)境下建筑內(nèi)表面溫度的高低我們就能判斷特定構(gòu)造保溫性能的好壞。

但是由于能量模型部分的計算是針對于整個建筑的，對于維護結(jié)構(gòu)熱參數(shù)的設(shè)置相對來說比較簡單和粗糙，很多特定的熱現(xiàn)象和相關(guān)的熱參數(shù)我們都無法在能量模型中進行單獨的設(shè)置，模擬和獲取。

比如由于HB能量模型計算中使用的構(gòu)造是依據(jù)不同層依次創(chuàng)建的，不同材料之間無法互相穿越，類似于金屬構(gòu)件穿過保溫板連接墻體這樣的構(gòu)造細(xì)節(jié)在HB能量模型中是無法模擬的，而這種構(gòu)造細(xì)節(jié)在會導(dǎo)致后續(xù)我將介紹的熱橋現(xiàn)象，從而使得我們在HB中的模擬結(jié)果同現(xiàn)實世界的真實值出現(xiàn)較大的差距。

所有在HB0.057版本以后，它正式引入therm板塊，來解決這樣一些傳統(tǒng)能量模型無法解決的熱維護結(jié)構(gòu)計算問題。

THERM本身是一個獨立進行熱傳遞二維分析的軟件，大家在安裝HB的時候系統(tǒng)也會提示你安裝Therm。所以實際上我們是可以單獨直接在therm這款軟件里面進行熱維護結(jié)構(gòu)的計算的，并不需要HB什么事情。HB實際上做的事情就是把Therm這樣一款單獨的熱維護計算軟件的功能整合到GH平臺中，來方便建筑師對于模型的建立和結(jié)果的分析，因為我們肯定在Rhino和GH里面操作起來會比在Therm自己的繪圖界面方便很多。

打開HB的十一號卷展覽我們就能看到所有的Therm運算器，但是在正式開始講解如何使用Therm進行熱維護結(jié)構(gòu)計算之前我們需要了解一下基本的相關(guān)概念。

PART 2

相關(guān)概念

建筑維護結(jié)構(gòu)保溫性能的高低，對于建筑師來說最為直觀的參數(shù)應(yīng)該就是維護結(jié)構(gòu)的厚度和材料。但是厚度和材料這兩個參數(shù)并不方便大家對于建筑維護結(jié)構(gòu)保溫性能做定量的分析與比較，也不方便標(biāo)準(zhǔn)的制定。所以學(xué)界就設(shè)置了兩個專門的參數(shù)來描述維護結(jié)構(gòu)保溫性能，U值和R值。

U值叫做傳熱系數(shù)，它是用來度量導(dǎo)熱能力，即材料在單位面積上允許熱量通過的能力，單位為W/m2·K。（英制：BTU/ft2·hr·F）

R值叫做熱阻系數(shù)，它是用來度量阻熱能力，即在指定的溫度下，某種材料在單位面積上阻止熱量穿過的能力，熱阻值的單位是 m2·K/W（英制：ft2·hr·F/BTU）。兩者互為倒數(shù).

在這多說一句各位不要把傳熱系數(shù)也就是U值和導(dǎo)熱系數(shù)K值弄混了，這兩個是完全不同的概念，導(dǎo)熱系數(shù)指的是導(dǎo)熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K，℃），在一定時間內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米·度 （W/(m·K)。

那很明顯，圍護結(jié)構(gòu)的R值越高，U值越低，其保溫性能就越好。所以以后對于建筑保溫性能的描述就可以使用U值和R值進行描述。

當(dāng)然對于U值而R值的獲取，實際上能量模型運算器比如說我們的炸開構(gòu)造和炸開材料同樣可以獲得U值和R值。那為什么我們需要專門的therm模塊來獲取了，實際上就是因為能量模型的這些運算器沒有考慮到一個非常重要的維護結(jié)構(gòu)熱現(xiàn)象，就是熱橋現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的建筑材料無論是素混凝土，磚材，木材還是黏土其實都具體非常好的保溫性能，也就是低U值高R值。這也是為什么大家去一些農(nóng)村的土房子會覺得冬暖夏涼?？墒怯羞@么一大類建筑材料是高U值低R值，那就是金屬。他的導(dǎo)熱性能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其余常規(guī)建筑材料，但由于金屬本身的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)性能和力學(xué)性能，他又被大量用在現(xiàn)代建筑項目之中。比如鋼筋混凝土梁、柱中的鋼筋，夾心保溫墻中為拉結(jié)內(nèi)外兩片墻體設(shè)置的金屬聯(lián)結(jié)件，外保溫墻體中為固定保溫板加設(shè)的金屬錨固件，內(nèi)保溫層中設(shè)置的龍骨，保溫門窗中的金屬門窗框等等。那么這些金屬構(gòu)建了就相當(dāng)于是一條條熱量傳輸?shù)母咚俟妨?。冬季室?nèi)的熱量會源源不斷的傳到室外，夏季室外的熱量又會源源不斷傳到室內(nèi)，這不僅會大大增加建筑的熱負(fù)荷，更為麻煩的是在冬季，由于這些熱橋的存在，靠近熱橋的地方維護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度會明顯低于其他區(qū)域，而如果這個溫度是低于室內(nèi)水蒸氣的露點溫度的話，就會在這些位置生成冷凝水，從而導(dǎo)致發(fā)霉，墻面脫落等一系列的麻煩。所以在現(xiàn)代建筑外圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，降低熱橋現(xiàn)象的影響是非常重要的環(huán)節(jié)。

當(dāng)然在在這需要說一下并不是只有金屬會出現(xiàn)熱橋現(xiàn)象，實際只要兩個材料導(dǎo)熱能力不同都會出現(xiàn)熱橋效應(yīng)，比如相較于磚，素混凝土就可以被視為熱橋，相較于不銹鋼，銅就可以被視為熱橋，之所以我們一般只關(guān)注與金屬的熱橋現(xiàn)象，是應(yīng)該金屬同其他材料的導(dǎo)熱能力的差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他材料之間，或者金屬本身之前導(dǎo)熱性能的差值罷了。

那么對于熱橋效應(yīng)我們有什么解決方法嗎，主要有三種，阻斷，替換和保溫層。阻斷了就是大家都熟悉的斷熱橋的技術(shù)，將構(gòu)建中連續(xù)的金屬材料進行打斷，用一些低導(dǎo)熱性能的材料進行連接，比如在斷熱橋的鋁合金門窗中，就會使用尼龍來連接金屬，替換了就是用低U值材料來替換高U材料，比如典型的用木門窗框替換金屬門窗框。保溫層了就是在圍護結(jié)構(gòu)中額外增加保溫層，從而減少熱橋現(xiàn)象的影響。

了解了這些背景知識之后我們就可以正式開始對于HB therm部分的學(xué)習(xí)

PART 3

基礎(chǔ)設(shè)置

Therm使用的基本流程大致可以分為三步，第一步是繪制幾何體，第二是指派材料屬性和邊界條件，第三就是運行分析和結(jié)果可視化。

那對于第一步幾何體的繪制，今天的教材中我們就繪制一個非常簡單的矩形

第二步指派材料屬性和邊界條件，對于材料我們使用create therm polygon這個運算器來設(shè)置

Geo需要一個封閉的平面曲線，把剛剛繪制好的rec連接過去即可。

material我們可以使用EP的預(yù)設(shè)材料進行添加，比如我們使用磚材

當(dāng)然現(xiàn)在大家會發(fā)現(xiàn)我們的運算器出現(xiàn)錯誤了。那么這里了就是各位使用therm第一個需要注意的地方，模型誤差，對于therm當(dāng)Rhino單位為米的話，我們的誤差要降到0.00001，進入Rhino修改好誤差即可。

材料設(shè)置好之后，下面就要設(shè)置邊界條件。邊界條件的設(shè)置我們需要用到這個運算器：therm boundary

他需要根據(jù)邊界線來進行識別內(nèi)外，那我就可以把矩形炸開一下,選擇其中的一條邊作為建筑內(nèi)側(cè)

name隨便起一個名字就可以了。

temp為建筑內(nèi)部的溫度了，那比如我們分析一個北方冬季的建筑。由于供暖，北方室內(nèi)溫度應(yīng)該是18度左右。

之后的film coefficient是一個比較復(fù)雜的東西，中文名叫做對流換熱系數(shù)。它指的是流體與物體表面的換熱能量，即物體表面與附近空氣溫差為1度，單位時間單位面積上通過對流換熱與附近空氣交換的熱量多少，它的大小反應(yīng)了對流換熱的強弱。單位是W/(m2c)，因此對流換熱系數(shù)與流體的物理性質(zhì)，換熱表面的形狀，表面和流體的溫差以及流體的流速都有關(guān)系。而具體的數(shù)值了我們可以使用巴茲公式進行計算。

當(dāng)然在這其實大家并不需知道具體的概念和計算方法。因為一般情況下我們只需要在這里嗎輸入indoor和outdoor就可以了，運算器會更具Ashare預(yù)設(shè)的參數(shù)對于對流換熱系數(shù)進行設(shè)置。

不過對于對流換熱系數(shù)稍微引申說一下，室內(nèi)的對熱換流系數(shù)一般我們直接使用它的默認(rèn)就是輸入indoor就可以了，因為不管在什么地方室內(nèi)環(huán)境都是比較穩(wěn)定的，但是對于室外環(huán)境，大家如果比較追求準(zhǔn)確的話，可以自己設(shè)置值，因為我們之前說過，對熱換流系數(shù)同流體的流速有關(guān)，那對于建筑設(shè)計就是同風(fēng)速有關(guān)。所以大家可以根據(jù)Ladybug求出場地對應(yīng)的風(fēng)速，然后在根據(jù)這個風(fēng)速進行對熱換流系數(shù)的設(shè)置，各位可以看一下這個輸入端的預(yù)覽，這里面提供了幾個不同風(fēng)速下的對流換熱系數(shù):

這些數(shù)大致成一個正相關(guān)的關(guān)系，因此各位可以參考這幾個值進行對流換熱系數(shù)的設(shè)置。當(dāng)然在這我們就直接使用預(yù)設(shè)參數(shù)indoor了，這幾個連接好后我們就完成了一個內(nèi)部邊界條件的設(shè)置.

下面再來鏈接一下外側(cè)，室外溫度在這我就假設(shè)是0度，當(dāng)然大家自己做項目的話需要使用LB獲取你分析時間段內(nèi)對應(yīng)的室外溫度。

OK那到此為止了我們就完成了第二步指派材料屬性和邊界條件

教程講完了，還是我們的老規(guī)矩，大家有任何想說的，都可以在評論區(qū)給我們留言。有任何問題，可以通過交流，大家一起快樂地學(xué)習(xí)進步吧~