建筑能耗模拟软件的特点及应用中存在的问题

第26卷第2期2010年2月

建 筑 科 学

BUILDI NG SCIENCE

Vol 126,No 12Feb .2010

[文章编号]100228528(2010)022*******

建筑能耗模拟软件的特点及

应用中存在的问题

李 骥,邹 瑜,魏 峥(中国建筑科学研究院建筑环境与节能研究院,北京

100013)

[摘 要]本文对现有主要建筑能耗模拟软件的特点进行了介绍,在此基础上,结合笔者的实际应用经验,分析了专业人员在软件应用中经常遇到的问题,最后对建筑能耗模拟软件的发展提出了一些建议。

[关键词]建筑能耗;建筑节能;模拟软件

[中图分类号]T U111119+5 [文献标识码]A

Characteri sti cs of Si m u l ati o n Soft w are ofBu il di ng Energy Consu mpti on and Pro b le m s Exi sti ng i n the Applicati on

LI J i ,ZOU Y u,W EI Zheng

(Instit u te o f B uil d ing Environ m ent and E nergy Eff iciency ,China Acade my o f Bu il d in g Res ea rch ,B eijing 100013,Ch i na )

[Abstra ct]In th i s pape r ,the character i sti cs of currentm a i n ene rgy co nsu m pti on si m ulati on soft ware we re firstly i ntroduced .And then ,w it h t he author p s experience ,the co mm on proble m s occurred dur i ng the appli catio n process were ana l yzed .F ina lly ,so m e suggesti ons on develop ment of buil d i ng energy consu m pti on si m u l a ti on soft w are we re presented .

[K ey word s]buil d i ng energy consu m pti on ,bu il d i ng energy effic i ency ,si m ulati on soft ware

[收稿日期]2009207231

[作者简介]李 骥(19832),男,在读硕士研究生[联系方式]278135804@qq .co m

1 建筑能耗模拟软件的目的和使用意义

目前,建筑节能已经成为一个越来越重要的热门话题。建筑能耗模拟软件在建筑节能领域中也发挥着越来越重要的作用。由于建筑的热湿过程以及建筑热工部件机理的复杂性,相应的热工计算复杂,计算量巨大。只有通过计算机这个能够在短时间内大量重复人脑活动的工具,才可能完成这样复杂的运算。因此,在进行建筑能耗计算时,能耗模拟软件具有不可替代的作用。在使用这些软件之前,首先应该了解软件的主要用途和目的,主要包括如下4方面。

1)建筑负荷和能耗的模拟:为后续的节能设计、节能评估、节能审计以及节能措施的制定提供参考。

2)优化分析:通过不同工况的模拟,进行围护

结构、设备、暖通空调系统、控制系统和控制策略等

的优化,得出最佳结果;同时还可以进行各种方案的比对,通过经济性分析得出最佳方案。

3)设备与系统各种运行状况的预测:在内外扰动等复杂因素的作用下,系统中参数的变化很复杂。通过建筑能耗模拟软件能够比较方便地预测各种工况下的系统参数。

4)为节能标准和规范的制定和实施提供辅助作用:5夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准6(J G J 13422001)

[1]

中明确规定采用DOE 22软件作为建筑

节能设计的节能综合性能指标的计算工具。

2 建筑能耗模拟软件简介

目前在我国使用的建筑能耗模拟软件主要有DOE 22、EnergyP l u s 、T RNS YS 、PKP M 2CHEC 和DeST

等。

1)DOE 22

DOE 22在建筑能耗模拟软件发展的历史上具有重大意义。DOE 22是公认的最权威、最经典的建筑

第2期李 骥,等:建筑能耗模拟软件的特点及应用中存在的问题

能耗模拟软件之一,被很多能耗模拟软件,如e Q UES T 、Ener gyPlus 、C H EC 和Po wer D OE 等借鉴和引用。DOE 22采用经典的LSPE 结构[2]

,即Load 模块、Syste m 模块、P lant 模块和E cono m ic 模块,如图1所示。许多软件至今仍采用D OE 22的LSPE 结构,

并在其基础上改进与创新。

图1 D OE 22软件的流程图

D O

E 22可以很精确地处理各种功能和结构复杂

的建筑,但是对系统的处理能力很有限,只能处理有限的几种暖通空调系统,且它是基于DOS 环境下的软件,界面不太友好。其次,DOE 22的输入较为麻烦,有固定的格式,必须采用手动编程的方法输入,且有关键字的要求。另外,顺序结构是DOE 22的重大缺陷,在实际的暖通空调过程中,建筑室内热环境、空调系统以及主机的运行情况等是耦合的,顺序结构的理念彼此没有反馈,影响了计算结果的准确性。

2)Ener gyPlus

EnergyPl u s 整合了D OE 22和BL AS T 的优点,并加入了很多新的功能。它被认为是DOE 22的一个很好的替代软件。EnergyP l u s 吸收了D OE 22的LSPE 结构,并做出了改进,它采用如图2所示的集成同步的负荷、系统和设备的结构

[3]

,在上层管理

模块的监督下,模块之间彼此有反馈,而不是单纯的顺序结构,计算结果更为精确。EnergyPl u s 与其说是个建筑能耗模拟软件,不如说是个建筑能耗模拟引擎。它在开发的时候就把重心放在计算方法上,并没有在软件的界面上下很多功夫。它的源代码是完全开放的,鼓励第三方来开发合理的界面调用EnergyPlus 并完成模拟。现在比较著名的DesignBuil d er [4]

就是在它的基础上完成的二次开发。同时,它可以与很多常用软件,如TRNS YS 、W I N D O W5和CO M I S

等完成链接。

图2 Ene rgy P l us 流程图

EnergyPl u s 能精确地处理较为复杂的各类建

筑。它在处理建筑热过程的时候,考虑到了很多方面的因素,包括建筑的遮挡、绿化、风、光、雨、雪等,

在这方面,可以说是同类软件中最为全面的。虽然Ener gyPlus 在DOE 22的基础上有很大的改进,力图完成对所有暖通空调系统的模拟,而且也封装了很多常用系统,如热泵和辐射供热供冷等系统。但是,Ener gyPlus 本身还是立足于建筑模拟,其处理系统的能力偏弱,而且它对暖通空调系统控制方式的模拟能力较弱,它通常假定设备的调节为理想化的连续调节,这对于设备部分负荷运行时的模拟是不太准确的。另外,Ener gyPlus 不稳定[5]

,不太容易收敛

并且经济性分析较为简单。

3)TRNS YS

TRNS YS 和HVACSI M +

等软件采用了和Ener gyPlus 以及D OE 22等软件完全不同的设计思想。有些文献也把它们认为是不同的两类软件[627]

。TRNS YS 最大的特点是采用了模块化的思想。每个模块代表一个小的系统、设备或者一个热湿处理过程。它采用/黑盒子0技术封装了计算方法,使得用户把主要精力放在模块的输入和输出上,而不是组件的内部。这些模块可以很方便地搭建组成各种复杂系统。所以TRNSYS 被认为是建筑能耗模拟软件中模拟系统最灵活的软件之一。

TRNS YS 具有十分强大的模拟控制器的功能,可以十分精确地模拟各种控制方式,在部分负荷的模拟中相对Ener gyPlus 等软件有一定的优势。由于TRNS YS 立足于系统而不是建筑,它在模拟系统、设备和控制方式的最优化问题以及系统中参数监测等问题时相对于EnergyPl u s 和DOE 22这些立足于建筑的软件是有优势的,但正因如此,它在建筑负荷以及建筑热性能的模拟上偏弱。它所设定的建筑模型比较简单,很难完成复杂建筑的描述,如不能按照建筑实际外形建立模型、没有建筑阴影的计算、处理自然通风和渗透通风等问题时需要借助其它软件。

TRNS YS 采用开放式的结构,用户可以根据自己的实际情况在它提供的平台下编写并改进组件嵌入到T RNS YS 中完成模拟,而且它与很多专业软件,如EES 、G enOpt 、Rans F lo w 、C O M IS 和CO NT A M 等都可以完成链接,同时也可以很方便地使用Ener gyPlus 等软件的气象文件和处理结果。这些特点使得TRNS YS 成为了一个分享计算机能耗模拟成果的很好平台。TRNS YS 的另外一个重要优势是,

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建筑科学第26卷

由于软件开发者本身在太阳能领域具有优势,它在新能源系统尤其是太阳能系统的模拟上具有其它软件无法比拟的优势,而且TRNS YS中的地耦合模型经过一些权威机构鉴定,被认为是较为准确合理的,可以很好地应用于地源热泵的设计和研究中。

4)DeS T

DeS T采用的是现代控制理论中的/状态空间法0[8],求解时空间上离散、时间上保持连续,其求解的稳定性以及误差与时间步长的大小没有关系,所以在步长的选取上较为灵活。DeS T嵌入在AUTOCAD中,界面友好,所见即所得,但无法像PKP M那样从AUTOCAD中读取数据,用户必须自己建模。笔者认为,与其它软件相比,DeST采用/分阶段设计,分阶段模拟0[7]的思想具有独到之处。DeS T以设计过程为驱动,利用已有的信息(未知的信息按理想的缺省值来设定),逐步深入,将未知转化为已知,直到最后完成模拟。

DeS T模拟设计时采用建筑负荷计算、空调系统模拟、AHU(A ir H andi n g U nit)方案模拟、风网和冷热源模拟的步骤,完全符合设计的习惯,对设计有很好的指导作用。其次,DeST也可求解比较复杂的建筑,它考虑了邻室房间的热影响,可以对围护结构和房间联立方程求解。DeST吸收了T RNS YS的开放式特性,以期成为应用建筑能耗模拟成果的一个优良的通用平台,为将来的扩展提供了坚实的基础。再其次,DeST的适用范围十分广泛,针对不同的使用对象,DeST推出了不同的版本,如评估版和分析版等。然而,DeST在组件的扩充上没有TRNS YS方便,它的控制方式也没有TRNS YS多样灵活,本身所包含的设备和系统数目也没有T RNS YS等软件丰富。另外,D eS T是基于A UTOCAD和M icrosoft A cess等平台,没有自己独立运行的平台,软件的发展受制于AUTOC AD和M icr osoft A cess的发展。同时,由于目前我国还没有完整的气象数据文件, DeS T的气象数据库是实测结合拟合得到的,一般认为在能耗模拟中还是应该使用逐时气象数据,拟合的结果会给计算的准确性带来隐患。

5)PKP M2C H EC

PKP M2C HEC也是以D OE22软件作为计算内核,最大的特点是与标准规范结合紧密,它在设计时完全按照5夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准6 (JGJ13422001)进行。可以生成符合标准要求的建筑节能设计分析报告书和审查备案登记表。PKP M2 CHEC另一个比较大的优势是界面比较友好,输入比较方便,它和国内的多种建筑软件都有接口,设计人员可将C AD图纸直接转换成模型中需要的数据,同时比较注重对工程实际的指导,在设计时能较好地结合能耗分析和经济指标进行最佳方案的选择。

6)FL UE NT等

FL UENT、ANS YS Y和A ir pak等软件的最主要应用不是建筑能耗模拟,而是模拟室内环境状态。但是当遇到比较复杂的、比较新的传热传质系统,现有的能耗模拟软件无法处理时,可借助它们强大的解决流体换热问题的功能,在一定程度上进行求解。

7)M atlab

Matlab并不是一个建筑能耗模拟软件,而是一个数学处理工具,但是它强大的数值处理和可视化功能,以及最优化、神经网络和模糊系统等工具箱为二次开发提供了有力的工具。另外,Matlab自带的Si m u li n k是系统仿真的良好平台,近年来有很多用户借助这个平台进行二次开发,从而完成模拟计算。

3建筑能耗模拟中的问题

目前,建筑能耗模拟在建筑节能领域的使用越来越广泛。应用的同时,笔者也发现了很多问题。311模拟结果的准确性问题

对于种类繁多、功能齐全的软件,很多用户不禁要问:这些软件模拟的结果可靠吗?它们模拟的结果相互吻合吗?哪个软件模拟的结果最精确?在模拟的过程中,很多用户都发现有时模拟的结果和实际情况不相符,即使模拟一个很简单的建筑,结果也很难说完全正确[9],甚至在完全相同的条件下,使用不同的软件得出的结果有时差别都很大。为什么能耗模拟的结果会不可靠、不准确呢?笔者认为有主观和客观两方面的原因。

31111客观原因

客观上,由于建筑的热湿过程非常复杂、取决于很多因素,而在实际的计算中,软件设计者根据自身对问题的理解,进行了假设和简化。

1)长波辐射难以确定。建筑热负荷计算过程中,建筑内表面之间、建筑内表面和空气之间、建筑外表面和环境之间的长波辐射是一个非常复杂的过程,为四次方的非线性关系。而且长波辐射联系的对象比较多,角系数难以确定,同时它和围护结构之

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第2期李骥,等:建筑能耗模拟软件的特点及应用中存在的问题

间的传热是耦合的,计算过程复杂。为了解决这个问题,Ener gyPlus忽略了内表面和空气之间的长波辐射;T RNS YS用网络法计算长波辐射,这种方法和使用复合换热系数的计算结果有很大差距;D eS T在处理这个问题时考虑了内表面和空气的长波辐射,并将这个问题简化为温差的线性关系,在计算辐射时,将内表面的温度近似认定为293K,同时近似认为内表面的角系数和面积成比例。

2)建筑内家具、设备和人员的不确定。在实际应用中,建筑室内是不可避免的有家具、设备和人员的,它们都具有蓄热能力。但是在模拟中,用户很难确定它们的具体数目、位置和特性。D eS T将家具简化为平板;T RNS YS将它们和空气一起考虑,提出了室内综合热容的概念,但是需要用户确定。由于在模拟过程中很难确定此参数,TRNSYS一般也近似将室内综合热容简化为空气的热容。

3)实际参数的复杂性。在实际建筑和系统中很多参数是不均匀的,并不是单一的状态,而为了模拟的方便,很多软件都采用集总参数法,认定状态均一。比如在各类软件中常设定建筑每个房间的温度为单一值、设备内的参数值一样,这些和实际都是有差别的。

4)对流换热系数难以确定。建筑的对流换热系数取决于很多因素,很多软件为了简化运算将它们取为定值。TRNS YS分别将内、外表面的对流换热系数分别设定为11W/(m2#K)和64W/(m2# K);EnergyP l u s将其近似处理为定值或者基于温差等。然而在雨天或者雪天,对流换热系数急剧变化,可高达1000W/(m2#K),但是目前很少有软件考虑这个问题,并且在有对流和辐射综合换热的时候,二者的比率很难确定。

5)热桥的影响。模拟计算中为了求解方便,通常将墙体的传热简化为一维传热,而实际的传热中有热桥,尤其当窗墙比较大、窗框的面积较大时,传热经常是二维、甚至三维的过程。

6)自然通风难以确定。自然通风和渗透通风在建筑能耗中是很重要的部分,但是目前自然通风的计算还停留在定性分析。很多软件直接由用户定量设定自然通风量和渗透通风量。TRNS YS、C O M I S 和CO NTA M等专业自然通风软件都留有接口,可以调用;EnergyP l u s也可以调用CO M I S;DeST建立了自然通风的复杂模型。这些专业自然通风软件本身的精确性还有待验证,而且在实际使用过程中,阻力系数难以确定。一般在使用过程中,用户直接设定通风量为定值,没有考虑自然通风和建筑热过程的耦合作用。

7)太阳辐射对建筑物的影响难以确定。太阳辐射对建筑物的影响取决于地理位置、时间、地形、材料、建筑物之间的相互关系等因素,计算过程复杂,通常做了很多简化。TRNS YS在计算时没有考虑建筑阴影的影响;D OE22和TRNS YS将温差传热和因玻璃吸收了太阳辐射温度升高而引起的传热分开来处理;Ener gyPlus将进入房间的直射辐射近似处理为全部到达地面或者在各个面之间平均分配。

8)末端的复杂性。实际的暖通空调中有很多末端,在大型系统中甚至有成千上万的末端。这些末端形式并不完全相同,形成了复杂的网络,高度非线性,彼此之间互相影响,再加上系统和建筑的蓄能作用,软件很难模拟。DOE22对它们的模拟只能是近似的使用经验公式,很难进行全年逐时动态的模拟;EnergyPlus仅可以模拟比较简单的几个小型系统,无法完成大型系统的计算;DeS T虽然提出了等效末端用户的概念,将整个末端等效为一个等效用户,但当实际系统很复杂且具有很强的非线性时,这种等效是否准确还有待检验;T RNS YS在理论上讲是可以进行复杂的模拟的,但若实际系统过于复杂,计算量很大,几乎不可操作。

9)实际控制方式难以模拟。在暖通空调系统中,控制方式起着很大的作用,同样的系统在不同的控制方式下能耗的差别很大。实际系统中不管是主机、水泵或末端都有各自特有且复杂的控制方式。目前很多软件的控制方式比较简单,在DOE22、Ener gyPlus和D eS T中,控制方式偏少,而且由于步长过大,在一些需要反应时间很短、精度要求较高的控制系统中无能为力;T RNS YS虽然在控制方式的模拟方面有很强大的功能,但是其建筑负荷计算能力偏弱,精确模拟时计算量过大。

10)模拟过程中很难准确获得建筑和暖通空调系统的实际数据。在模拟计算时,实际建筑和暖通空调系统的输入参数往往为设计或者某些特定条件下的参数,而实际的参数值往往偏离设计值,甚至是变化的。例如:建筑材料的热物性参数往往随着建筑的地理位置、气候、朝向、使用年限,尤其是湿度等条件发生很大变化;暖通空调设备由于使用年限以

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建筑科学第26卷

及匹配问题往往与实际设定的工况偏离很远。即使是通过实地测量,用户也只能获得某一个时间段的参数,对于较长时间段参数的获取几乎无能为力。31112主观原因

1)在进行建筑能耗模拟时,首先要解决的问题就是从实际问题中抽象出软件可以接受的模型,并略去对问题影响不大的因素。很多用户由于对专业问题认识不足,输入的模型不能反映问题本质。即使是模拟中出现了问题也无法分析问题原因,无法确定模拟结果准确与否。

2)没有采用耦合的模拟计算方式。暖通空调系统复杂性的一个很重要的原因就是系统高度耦合。系统负荷侧的换热和建筑室内热环境,负荷侧的换热和地埋管、冷却塔等源侧的换热是耦合的,它们是互相影响互相制约的,要准确地模拟这个过程就必须在模拟中形成一个闭环,进行迭代运算,才可能达到匹配。DeS T在设计时就考虑了系统以及建筑的耦合匹配问题,而EnergyP l u s中设置模拟的系统必须为闭环系统。

3)由于计算机模拟的重心已经从早期的算法研究转移到应用模拟方法上来[6],所以现在很多用户关注的都是软件的界面,而对软件的基本算法、特点和局限性等完全不了解,在使用时无法选择合理的软件,给出合理的输入和评价。比如,DeS T等软件在计算时,都假设系统是线性的[8],它无法处理相变墙体、变物性材料等非线性问题。如果用户不了解这些当然会得出不合理的结果。

4)在模拟过程中,很多用户都发现模拟计算的负荷结果和标准及设计手册中给出的值有差异,且往往是模拟的结果偏小[10]。主要原因包括3方面,首先,标准及设计手册和模拟软件的负荷计算理论有很大的不同。前者的负荷计算方法一般是采用类似度日数法等稳态、静止的计算方法,没有考虑历史的影响,后者一般使用的都是动态的方法。其次,标准及设计手册对于渗透通风等采用了近似的方法,而软件采用复杂的数值计算方法。第三,气象参数的影响。模拟软件一般采用典型气象年数据,其本质上是平均概念的气象参数,而标准及设计手册采用的是累年不保证多少天的数据,本质上是极端条件下的气象参数。

312基础数据的匮乏

基础数据对于建筑能耗模拟是十分重要的,而在我国,气象参数数据库、材料热物性数据库以及设备在多工况下的数据库等基础数据还是很缺乏的,这给模拟带来了很大的困难。

1)气象参数对于能耗模拟是非常重要的,同样一项节能措施,由于地域的不同、气象参数的不同,可能结果差异很大,甚至完全相反。我国由于各种原因,目前还没有自己完整全面的气象数据库,一般使用美国的典型气象年数据。通常认为,典型气象年数据的温湿度等参数是比较准确的,而太阳辐射的数据被很多用户认为不太可靠[9]。而且该数据是1960~1991年的统计结果,近年来由于全球气温变暖,气象参数是有变化的。笔者在使用的过程中发现,美国的T MY2数据相比我国权威部门提供的近年来的气象参数有一定的差距。

2)在目前使用的各种软件中,缺乏我国广泛使用的建筑材料的完整热物性数据库,很多用户只能使用国外的数据库,而国外的建筑材料和我国的是存在差异的,这就影响了模拟计算结果的正确性。

3)设备在多工况状态时的实验数据不足。在模拟过程中,由于很多设备的运行工况很难用理论公式推导出来,只能用经验数据拟合,而现在的很多设备仅有设计工况下的数据,没有多工况下的数据,这给模拟计算带来了很大的困难。有时不得不假设设备为静态的,也就不能发挥模拟软件动态计算的优点了。

313缺乏结合规范的专业建筑节能评估软件国内目前使用的软件中,仅有PKP M2CHEC等少数软件和规范结合的较为紧密,而像国外比较著名的CO M check2EZ那样的专业建筑评估软件则很少[11212]。CO M check2EZ内置了很多AS HRAE标准和规范,可为用户提供建筑节能的一致性评估。314建筑能耗模拟软件和经济性分析结合的不够很多用户在模拟的时候,仅关注能耗的计算,没有关注经济性分析,有些软件甚至没有经济性分析模块,而且目前很少有软件和比较公认的寿命周期费用分析方法紧密结合。

4建筑能耗模拟软件的展望

针对能耗模拟软件的特点以及存在的一些问题,笔者对我国建筑能耗模拟软件的发展提出如下建议。1)针对软件的特点和计算方法,用户和软件

(下转第79页)

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第2期张晓楠,等:基于IE &GST

的住宅产业可持续发展评价研究

图2 某市近5年住宅产业可持续发展协调度

4 结 论

住宅产业的可持续发展问题是关系国计民生的重要课题,本文通过对信息熵和灰色系统理论的研究,提出了将2种理论相结合对住宅产业可持续发展问题进行评价的方法,评价结果与传统方法所得

结果一致,从而证明了该方法的可行性。另外,本文所采用的方法比传统方法更客观实际,且可操作性强,避免了专家打分法的弊端,同时通过M ATL AB 编程可实现快捷高效。

对于不同地区的住宅产业,决策者可以根据各地的实际情况,拟订所需要的评估指标,量化数据,

采用本文的方法实现客观高效的评价。

[参考文献]

[1] 潘文辉,叶依广.我国住宅开发项目可持续发展中的问题及

对策[J].中国房地产,2005,10:10~12.

[2] 骈永富,阎俊爱.房地产投资分析与决策[M ].北京:中国物

价出版社,2004:387~391.

[3] 王克夷,刘玉峰.辽宁可持续发展评价与对策研究[J].大连

理工大学学报(社会科学版),2003,24(4):7~13.

[4] 李建磊,徐晓明,金浩.层次分析法在河北省可持续发展水平

评价中的应用[J].河北工业大学学报,2005,34(5):31~36.[5] 邱菀华.管理决策与应用熵学[M ].北京:机械工业出版社,

2002:226~227.

[6] 吴祈宗,系统工程[M ].北京:北京理工大学出版社,2006:

232~235.

[7] 罗党.灰色决策问题分析方法[M ].郑州:黄河水利出版社,

2005:65~68.

[8] 王明涛,张红月,张予宏.预测方法的灰色综合评判模型[J].

郑州大学学报,1999,31(4):24~27.

[9] 罗文丽.中国住宅可持续发展研究[D].大连:东北财经大

学,2005:32~36.

[10] 张卫民,安景文,韩朝.熵值法在城市可持续发展中的应用

[J].数量经济技术经济研究,2003,20(6):115~118.

(上接第28页)

设计人员应针对实际模拟时出现的问题进行深刻的交流,加强对软件的认识以及对软件模拟结果的客观评价。同时要了解各种软件的特点,在应用过程中,使用多种软件联合解决问题。2)尽快建立自己的基础数据库。基础数据是模拟的前提,而我国目前在这个方面还是非常落后的。3)加强软件和规范的结合以及开发具有建筑节能审计和评估的软件,推动建筑节能的发展。4)软件要和经济性分析紧密结合。经济性分析是保证建筑节能经济合理性的重要分析手段和工具

[12]

。

[参考文献]

[1] 中国建筑科学研究院,等.J GJ 13422001夏热冬冷地区居住建

筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.

[2] 苏华,王靖.建筑能耗的计算机模拟技术[J].计算机应用,

2003,23(Z2):411~413.

[3] 潘毅群,吴刚,Vo l kerH artkop.f 建筑能耗分析软件En ergyPl u s

及其应用[J].暖通空调,2004,34(9):2~7.

[4] 刘鑫,张鸿雁.EnergyP l us 用户图形界面软件DesignBu ilder 及

其应用[J].西安航空高等专科学校学报,2007,25(5):34~37.

[5] 吕政.建筑维护能耗的计算机仿真设计介绍[J].制冷空调与

电力机械,2006,27(6):30~34.

[6] 吴伯谦,王彬,袁旭东.模拟仿真软件在HVAC 领域中的应用

[J].制冷与空调,2006,6(4):5~9.

[7] 燕达,谢晓娜,宋芳婷,等.建筑环境设计模拟分析软件

DeS T )))第一讲建筑模拟技术与D eS T 发展简介[J ].暖通空调,2004,34(7):48~56.

[8] 金招芬,朱颖心.建筑环境学[M ].北京:中国建筑工业出版

社,2001.

[9] 龙恩深,马校飞,范亚明,等.DOE 22在住宅建筑能耗分析中

存在的问题探讨[J ].暖通空调,2005,35(5):40~42.[10] 于美静,王宏伟.建筑节能计算机模拟软件研究[J].区域供

热,2007,3:69~72.

[11] 朱卫华,胡其高,夏绍模.建筑节能评估软件简介[J].节能,

2007,26:40~41.

[12] 王清勤.加拿大建筑能耗模拟软件和建筑节能规范实施软件

[J].建筑科学,1997,13(4):30~32.

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建筑能耗的模拟与分析

建筑能耗的模拟与分析 发表时间：2019-01-11T14:47:16.667Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第30期作者：高冠盛[导读] 目前，在缓解经济发展与能源短缺矛盾的各种途径中，建筑节能被认为是最直接有效的方式。 天津天地伟业科技有限公司天津市 300000 摘要：目前，在缓解经济发展与能源短缺矛盾的各种途径中，建筑节能被认为是最直接有效的方式。建筑节能是我国可持续发展战略的一个重要组成部分，办公建筑由于其能耗比较高、节能潜力大更是建筑节能的重点。建筑设计过程的节能考虑十分重要，建筑能耗模拟也正对建筑设计过程中的节能决策发挥着越来越重要的作用。在这种背景下，建筑能耗模拟技术作为建筑节能设计中强有力的工具，得到了前所未有的重视。 关键词：建筑能耗；模拟软件；能耗模拟与分析的应用 正文 首先谈一下建筑能耗的概念。建筑能耗有两种定义方法：广义建筑能耗是指从建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑使用的全过程能耗。狭义的建筑能耗，即建筑的运行能耗，就是人们日常用能，如采暖、空调、照明、炊事、洗衣等的能耗，他是建筑能耗中的主导部分。随着经济收入的增长和生活质量的提高，建筑消费的重点将从“硬件（装修和耐用的消费品）”消费转向“软件（功能和环境品质）”消费，因此保障室内空气品质所需的能耗（空调、通风、采暖、热水供应）将会迅速上升。而在建筑能耗中，空调能耗又占有主要比例，约为2/3左右。建筑能耗与工业能耗、农业能耗及交通运输能耗共称为民生能耗，我国空调能耗占有总能耗的22%左右。 建筑能耗包括室内能耗、新风能耗、附加能耗。室内能耗包括围护结构能耗、空气渗透能耗、室内热源散热形成的能耗。具体的计算可参照《实用供热空调设计手册》进行计算。空调区的建筑能耗，应根据所服务空调区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式，按各空调区逐时能耗的综合最大值或各空调区能耗的累计值确定，并应计入各项有关的附加能耗。各空调区逐时能耗模拟的综合最大值，是从同时使用的各空调区逐时能耗相加之后得到的数列中找出最大值；各空调区能耗的累计值，即找出各空调区逐时能耗的最大值并将它们相加在一起，而不考虑它们是否同时发生。 建筑环境是由室外的气候条件、室内的各种热源的发热状况以及室内外通风状况所决定的。建筑环境控制系统的运行情况也必须随着建筑环境状况的变化而进行相应的调节，以实现满足舒适性以及其它要求的建筑环境。由于建筑环境的变化是由众多因素所决定的一个复杂过程，因此只有通过计算机模拟计算的方法才能有效地预测建筑环境在没有环境控制系统时和存在环境控制系统时可能出现的状况。 建筑能耗模拟除了需要建筑设计的数据，当地的室外气象资料也是非常重要的信息。建筑能耗模拟是全年8760h逐时的动态模拟，因此需要逐时的气象数据。建筑能耗模拟所需要的气象参数包括太阳辐射、温度、湿度、风速、风向、云量、大气压力等约10到13种数据。模拟往往采用典型气象年的气象数据。典型气象年的数据可以根据过去多年的气象数据，通过一定的方法建立。 模拟软件是建筑能耗模拟的工具。现在有许多个大型工程中得到应用。不同类型的模拟软件，各个软件有各自的特点，并且面对众多的模拟软件，要进行比较和做出选择并还在不断的发展。有些模拟软件计算详细精确，但是不容易。选择软件时首先要考虑清楚所要解决的问使用起来很复杂，要求的专业知识较高，它们在过去通常用于研究目的，例如DOE-2，BLAST，ESP-r，TRN-SYS和Energy-Plus。这些详细的建筑能耗模拟软件通常是逐时、逐区模拟建筑能耗，考虑了影响建筑能耗的各个因素，如建筑围护结构、HVAC系统、照明系统和控制系统等。在建筑物寿命周期分析（LCC）中，建筑能耗模拟软件可对建筑物寿命周期的各环节进行分析，包括设计、施工、运行、维护、管理。另外还有一些相对简单的软件，例如Energy-10，ENER-WIN和EnergyScheming等。这些软件可以进行建筑全年能耗的评估，用于系统方案的比较选择。在国内，清华大学的建筑能耗模拟软件Dest影响较大，并已经在几个大型工程中得到应用。 面对众多的模拟软件，要进行比较和做出选择并不容易。选择软件时首先要考虑清楚所要解决的问题，软件并非功能越强大就越好，因为这种软件往往更昂贵，并且由于使用复杂而更易出错。另外要考虑软件使用的成本，包括培训、计算机资源等。 建筑能耗模拟的主要应用之一是建筑物能耗预测与设计优化。对于一个建筑物来说，建筑造型及其围护结构形式对它的能耗有决定性的影响。它们直接影响到建筑物与室外环境的热量传递、自然通风、自然采光，而与这些相关的负荷占建筑采暖通风空调负荷的70％以上。因此，不同的建筑设计形式将导致很大的能耗差别。但是建筑设计形式对能耗的影响是复杂的，很难简单地进行判断。例如加大外窗的面积可以增加自然采光，冬天可以增加太阳辐射热量，减少采暖能耗，但夜晚又会增加向室外的传热，增大采暖能耗；夏季还会增加室内的得热量，增大空调的能耗。这样要判断建筑设计的优劣必须依靠计算机的动态能耗模拟。 目前，国内已经有越来越多的人开始利用建筑节能技术耗模拟技术来分析建筑设计与能耗的关系。魏玲等人利用建筑能耗模拟分析了窗户对建筑能耗的影响，得到了减少南京地区全年空调建筑物由热传递及太阳辐射引起的窗户能耗的3条措施。陈红兵等人利用软件研究了天津地区窗户对建筑能耗的影响。周孝清等人利用DOE-2软件对广州一办公楼的不同外围护结构进行了能耗模拟，提出了围护结构设计的优化方案。刘洋等人利用Energy-Plus软件对天津某住宅小区的建筑能耗进行了模拟，并与实测结果比较，肯定了对Energy-Plus建筑设计的指导作用。曹毅然等人利用DEST软件模拟分析了上海混凝土砌块别墅建筑外围护结构的热工性能及其对建筑物能耗的影响，并给出了节能的方案。吴靖杰等人在一个节能住宅单体设计过程前期运用DOE-2进行建筑能耗模拟，并以计算结果为指导，结合实际做出了优化设计方案。 空调系统的性能预测与设计优化也是建筑能耗模拟的主要应用之一。目前空调系统的设计中，一般通过计算出最大的冷负荷来确定设备容量和数量。但实际上空调系统要运行在各种气候条件和室内使用方式下，它大部分运行时间不是在最大负荷而是在部分负荷下运行。这些部分负荷工况的特点不同，使得空调系统在实际运行中常常出现问题。如果能在空调设计时进行动态能耗模拟，了解可能出现的各种工况，在设计中就可以选择合理的系统形式，确定合适的设备容量和数量，采取有效的控制方案，从而使设计优化。 另外，建筑能耗模拟对于建筑节能标准的制定和实施也发挥重要作用。美国的DOE-2是目前最精确的动态模拟软件，它参与了许多国家的建筑节能标准制定。我国颁布的《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》在制定过程中，也采用了DOE-2进行动态模拟计算。另外，在评估一个设计方案是否满足节能标准时，同样少不了模拟软件的帮助。

基于BIM技术的建筑设计软件与建筑能耗模拟软件EnergyPlus的数据交换分析

基于BIM技术的建筑设计软件与 建筑能耗模拟软件EnergyPlus的数据交换分析 马智亮赵毅立 1 清华大学土木工程系，北京 100084

汇报内容 1.引言 2.建筑能耗模拟软件E+简介 3.E+的数据接口分析 4.BIM数据转换为E+建筑模型数据的可行性 5.结语

引言（1/3） ? 建筑能耗规模大、增长快的主要原因 ?建筑节能水平低下 ?建筑规模大、增速快 ?人们对生活质量要求的提高导致空调取暖设施的广泛使用 ?解决建筑能耗问题主要依靠提高建筑节能水平 ?施行建筑节能设计是提高建筑节能水平的关键 ?建筑设计对建筑的能量性能起着主导作用 ?建筑节能设计的关键：建筑设计阶段的节能设计 ? 提高建筑节能水平的关键 具有必然性 具有必然性

引言（2/3） 建筑设计阶段的节能设计 是否达到是否达到修改原设计 性能化设计 对比评定法 标准要求 是 否 修改设计指标 标准要求 所设计建筑是节能建筑 否 是 规定性设计 所设计建筑是节能建筑 设计指标检查 定性的评估 定量的计算

引言（3/3） ?性能化节能设计的障碍 建筑动态能耗模拟软件难学难用 需要输入大量复杂且专业化的数据 需要具备能耗分析专业知识 ?解决建筑动态能耗模拟软件使用问题的思路 尽可能实现上游建筑设计软件和建筑能耗模拟软件间自动的数据交换，避免建筑信息的重复输入 结合建筑设计的特点，简化建筑能耗模拟软件的使用方法 ?本文的研究内容 分析典型的建筑能耗模拟软件EnergyPlus的数据接口，讨论利用建筑信息模型（BIM, Building Information Modeling）的主流标准IFC （Industry Foundation Classes）实现两类软件之间数据交换的可行性，以便为实现两类软件间自动的数据交换打下基础。

建筑能耗模拟软件对比

建筑能耗模拟综述 , , , 为什么要进行建筑模拟 建筑环境是由室外气候条件、室内各种热源的发热状况以及室内外通风状况所决定。建筑环境控制系统的运行状况也必须随着建筑环境状况的变化而不断进行相应的调节，以实现满足舒适性及其它要求的建筑环境。由于建筑环境变化是由众多因素所决定的一个复杂过程，因此只有通过计算机模拟计算的方法才能有效地预测建筑环境在没有环境控制系统时和存在环境控制系统时可能出现的状况，例如室内温湿度随时间的变化、采暖空调系统的逐时能耗、以及建筑物全年环境控制所需的能耗。建筑模拟主要在如下两方面得到广泛的应用：建筑物能耗分析与优化和空调系统性能分析和优化。 随着人们对建筑环境质量要求的不断提高和对建筑节能的日益重视，建筑模拟也越来越成为建筑与建筑环境控制系统的设计、评价、分析工作中必不可少的重要工具之一。 建筑模拟技术的发展 得益于计算机技术的发展，在建筑及环境控制领域，本世纪60 年代中期就开始了对建筑环境及控制系统动态模拟的研究。初期的研究内容主要是传热的基础理论和负荷的计算方法，例如一些简化的动态传热算法，如度日法，bin 法等等，在这一阶段，建筑模拟的主要目的是改进围护结构的传热特性。在经历了上个世纪70 年代的全球石油危机之后，建筑模拟受到了越来越多的重视，同时随着计算机技术的飞速发展和普及，大量复杂的计算变为可行。于是在上个世纪七十年代中期，逐渐形成了至今在美国两个著名的建筑模拟程序：BLAST 和DOE-2。欧洲也于上个世纪70 年代初开始研究模拟分析的方法，产生的具有代表性的软件是ESP-r。在70 年代末期，随着模块化集成思想的出现，空调和其它能量转换系统及其控制的模拟软件也逐渐出现，在美国，先后开发出TRNSYS和HV ACSIM+。与此同时，亚洲各个国家也逐渐认识到建筑模拟技术的重要性，先后投入大量力量进行研究开发，主要有日本的HASP和中国清华大学的BTP。 进入九十年代，模拟技术的研究重点逐渐从模拟建模（Simulation Modeling）向应用模拟方法（Simulation Method）转移，即研究如何充分地利用现有的各种模型和模拟软件，使模拟技术能够更广泛更有效地应用于实际工程的方法和步骤，而使其不仅仅是停留在院校及研究机构中。时至今日，建筑模拟技术通过40 余年的不断发展，已经在建筑环境等相关领域得到了较广泛的应用，贯穿于建筑设计的整个生命周期里，包括设计、施工、运行、维护和管理等。主要表现在以下几方面： 建筑冷/热负荷计算，用于空调设备的选择； 在设计或者改造建筑时，对建筑进行能耗分析； 建筑能耗的管理和控制模式的制订，帮助制订建筑管理控制模式，以挖掘建筑的最大节能潜力；

学习建筑能耗模拟与分析的体会和收获

学习建筑能耗模拟与分析的体会和收获 姓名: 梁付伟 学号： 班级： 学院：

学习建筑能耗模拟与分析的体会和收获 摘要：学习建筑能耗模拟与分析仅仅五周的时间，课时虽然少，但我从中学到的知识以及处理问题的理念是不能够用短短五周的时间来衡量的。建筑能耗包括室内能耗、新风能耗、附加能耗。通过能耗模拟与能耗分析，可以建立建筑的节能式设计，提高资源的利用率，节约能源。学习这门课，我体会到科研人员的不易，使我收获的不仅仅是知识，更重要的是一种学习态度和对人生的态度。 关键词：建筑、节能、能耗模拟、能耗分析、体会、收获 正文：首先谈一下建筑能耗的概念。建筑能耗有两种定义方法：广义建筑能耗是指从建筑材料制造、建筑施工，一直到建筑使用的全过程能耗。狭义的建筑能耗，即建筑的运行能耗，就是人们日常用能，如采暖、空调、照明、炊事、洗衣等的能耗，他是建筑能耗中的主导部分。随着经济收入的增长和生活质量的提高，建筑消费的重点将从“硬件（装修和耐用的消费品）”消费转向“软件（功能和环境品质）”消费，因此保障室内空气品质所需的能耗（空调、通风、采暖、热水供应）将会迅速上升。而在建筑能耗中，空调能耗又占有主要比例，约为2/3左右。建筑能耗与工业能耗、农业能耗及交通运输能耗共称为民生能耗，我国空调能耗占有总能耗的22%左右。 建筑能耗包括室内能耗、新风能耗、附加能耗。室内能耗包括围护结构能耗、空气渗透能耗、室内热源散热形成的能耗。具体的计算可参照《实用供热空调设计手册》进行计算。空调区的建筑能耗，应根据所服务空调区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式，按各空调区逐时能耗的综合最大值或各空调区能耗的累计值确定，并应计入各项有关的附加能耗。各空调区逐时能耗模拟的综合最大值，是从同时使用的各空调区逐时能耗相加之后得到的数列中找出最大值；各空调区能耗的累计值，即找出各空调区逐时能耗的最大值并将它们相加在一起，而不考虑它们是否同时发生。 例如：当采用变风量集中式空调系统时，由于系统本身具有自适应各空调区建筑能耗变化的调节能力，此时即应采用各空调区逐时建筑能耗的综合最大值；当采用定风量集中式空调系统或末端设备没有室温控制装置的风机盘管系统时，由于系统本身不能适应各空调区建筑能耗的变化，为了保证最不利情况下达到空

住宅建筑环境模拟软件DeSTh简介

住宅建筑环境模拟软件 D e S T h简介 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】

住宅建筑环境模拟软件DeST-h简介 编辑：凌月仙仙作者：张晓亮吴如宏出处：中国论文下载中心日期：2005-12-10 摘要：本文简要介绍了由清华大学开发的住宅建筑热环境模拟软件DeST-h，包括该软件的用途、基本算法等，并与国外的类似软件DOE-2在算法上进行了较为详细的比较，阐述了DeST-h在住宅建筑模拟方面的优势。 关键词：住宅建筑 DeST 模拟状态空间法 1 前言 模拟分析方法自从应用于建筑技术的研究领域，已经表现出极大的应用价值，建筑能耗的模拟分析就是这种应用的典型代表。建筑能耗的模拟分析使人们在对建筑物进行研究分析的时候获得了一个非常有力的辅助工具，这一工具使得反复的实验、多角度的分析成为相当容易实现的过程，丰富的数据结果为人们的分析工作提供有力的支持，人们只需设计模拟分析的模式和实例，借助模拟分析软件的帮助，就能获得极具价值的研究材料，这无疑大大缩短了研究成果的产生周期，也解除了实验对于科学研究的诸多限制。 在住宅建筑的研究领域，由于住宅建筑本身的特点，建筑本体热特性的研究始终是非常重要的内容，然而由于建筑的复杂性，建筑热特性的实验研究和实测研究都是异常困难的，人们很难期望通过实测和实验获得十分准确并有普遍意义的结果。 模拟分析方法在住宅建筑研究领域的应用给人们带来了新的希望，借助这一工具，人们能够从本质上把握建筑本体的热特性，能够从多角度研究影响建筑热状况的各种因素，也能够在计算机上实验建筑物对于各种外界因素的响应特性，从而拓宽住宅建筑的研究视野并推动住宅建筑的研究向纵深发展。

建筑能耗模拟分析

建筑能耗模拟软件的特点及应用中存在的问题 [摘要]本文对现有主要建筑能耗模拟软件的特点进行了介绍,在此基础上,结合，他人的实际应用经验,分析了专业人员在软件应用中经常遇到的问题,最后对建筑能耗模拟软件的发展提出了一些建议。 [关键词]建筑能耗;建筑节能;模拟软件 [Abstract]In this paper, the character is tic soft current main energy consumptions imulation software were first lying troduced. And then, with the others’ experience, the common problems occurred during the application process were analyzed. Finally, some suggestions on development of building energy consumption simulations of tware were presented. [Keywords]building energy consumption, building energy efficiency, simulation software 一、建筑能耗模拟软件的目的和使用意义 目前,建筑节能已经成为一个越来越重要的热门话题。建筑能耗模拟软件在建筑节能领域中也发挥着越来越重要的作用。由于建筑的热湿过程以及建筑热工部件机理的复杂性,相应的热工计算复杂,计算量巨大。只有通过计算机这个能够在短时间内大量重复人脑活动的工具,才可能完成这样复杂的运算。因此,在进行建筑能耗计算时,能耗模拟软件具有不可替代的作用。在使用这些软件之前,首先应该了解软件的主要用途和目的,主要包括如下4方面。 1)建筑负荷和能耗的模拟:为后续的节能设计、节能评估、节能审计以及节能措施的制定提供参考。 2)优化分析:通过不同工况的模拟,进行围护结构、设备、暖通空调系统、控制系统和控制策略等的优化,得出最佳结果;同时还可以进行各种方案的比对,通过经济性分析得出最佳方案。 3)设备与系统各种运行状况的预测:在内外扰动等复杂因素的作用下,系统中参数的变化很复杂。通过建筑能耗模拟软件能够比较方便地预测各种工况下的系统参数。

住宅建筑环境模拟软件dest-h简介

住宅建筑环境模拟软件 DeST-h简介 岗位职责概要：开发项目按设计进度和要求进行。 工作内容：1.关注行业动态，收集研发项目的相关资料并进行分析，给出项目初步实施方案；2.确定项目实验方案，开展详细试验过程，控制实验进度；3.编制项目相关文件和相应的项目指导书；4.定期向领导提交工作总结和实验报告； 5.向有关部门提供技术讲解和技术支持。 主持参与项目：1.胶粉聚苯颗粒保温浆料和贴砌浆料性能改进；2.开发玻化微珠无机保温砂浆；3.瓷砖粘接砂浆和填缝砂浆的性能改进。 摘要：本文简要介绍了由清华大学开发的住宅建筑热环境模拟软件DeST-h，包括该软件的用途、基本算法等，并与国外的类似软件DOE-2在算法上进行了较为详细的比较，阐述了DeST-h在住宅建筑模拟方面的优势。关键词：住宅建筑 DeST 模拟状态空间法 1 前言模拟分析方法自从应用于建筑技术的研究领域，已经表现出极大的应用价值，建筑能耗的模拟分析就是这种应用的典型代表。建筑能耗的模拟分析使人们在对建筑物进行研究分析的时候获得了

一个非常有力的辅助工具，这一工具使得反复的实验、多角度的分析成为相当容易实现的过程，丰富的数据结果为人们的分析工作提供有力的支持，人们只需设计模拟分析的模式和实例，借助模拟分析软件的帮助，就能获得极具价值的研究材料，这无疑大大缩短了研究成果的产生周期，也解除了实验对于科学研究的诸多限制。在住宅建筑的研究领域，由于住宅建筑本身的特点，建筑本体热特性的研究始终是非常重要的内容，然而由于建筑的复杂性，建筑热特性的实验研究和实测研究都是异常困难的，人们很难期望通过实测和实验获得十分准确并有普遍意义的结果。模拟分析方法在住宅建筑研究领域的应用给人们带来了新的希望，借助这一工具，人们能够从本质上把握建筑本体的热特性，能够从多角度研究影响建筑热状况的各种因素，也能够在计算机上实验建筑物对于各种外界因素的响应特性，从而拓宽住宅建筑的研究视野并推动住宅建筑的研究向纵深发展。住宅建筑热环境模拟工具包（简称“DeST-h”）为国家自然科学基金重点项目“住区微气候工程热物理问题研究”编号59836250的子课题，是在清华大学建筑环境与设备研究所十余年的科研成果的基础上，由清华大学建筑技术科学系研制开发的面向住宅类建筑的设计、性能预测及评估并集成于AutoCAD上的建筑热特性模拟计算软件。DeST-h主要用于住宅建筑热特性的影响因素分析、住宅建筑热特性指标的计算、

建筑能耗模拟与分析论文【精编版】

建筑能耗模拟与分析论文 《住宅建筑能耗的特点及其评价指标的确定和节能途径》 住宅建筑能耗的特点及其评价指标的确定和节能途径 摘要:本文首先回顾了国际上对于建筑能耗的模拟的研究工作，然后对住宅建筑能耗的特点进行了分析，指出在研究的初始阶段，可以使用单位地板面积上的能耗等指标作为住宅建筑能耗的评价指标， 建筑能耗 但是由于这些指标都是针对某一特定的能耗系统提出的，因而都有一定的局限性，所以如何确定一个更为全面、更为客观的评价指标让是一个重要研究内容。 关键词:建筑能耗评价指标 正文:

一、前言 随着经济的发展和人民生活水平的提高，建筑能耗(这里狭义的建筑能耗概念)在各国国民经济总能耗中所占的比例越来越高，现在全世界每年约有1/3的能源用于维持建筑物内各能耗系统的正常运行。因此，在节约能源、保护环境的迫切要求下，提高能源使用效率、节约建筑能耗成为各国能源政策中的重要组成部分。无论是发达国家，还是发展中国家都在使用大量人力、财力和物力研究建筑能耗的特点、确定评价建筑能耗的指标，以达到约束现有建筑能耗水平、规划未来建筑能耗目标的目的。 住宅建筑能耗和商业建筑能耗是民用建筑能还得两个部分。住宅建筑与商业建筑相比，虽然功能单一，但是住宅建筑能耗更受室内居住人员的影响，因为更具有不确定性，从而给建筑能耗的研究带来很大困难。 下文首先回顾国际上对于住宅建筑能耗的研究工作，其次根据这些研究工作分析住宅建筑能耗的特点，最后指出确定住宅建筑能耗指标时必须考虑、解决的问题。 2、对建筑能耗研究工作的回顾

由于住宅建筑能耗是民用建筑能耗中的主要组成部分，因此从二十世纪七十年代开始，国际上已经广泛开始了对建筑能耗的研究。 Yan 研究了气候变化对于香港地区住宅电量消耗的影响，发现由于亚热带气候的原因，香港地区住宅电量消耗与室外空气干球温度有紧密联系，而且还受到室内人员的着衣情况、室外天空的云量的影响。同时还发现住宅用燃料种类和经济水平密切相关，即随着经济的发 建筑能耗 展，燃料种类已经从煤油转向了天然气和电能;根据对200个家庭的环境调查结果，发现香港家庭的主要用电设备是空调器(约占总用电量的36.8%)、冰箱(26.7%)和照明(10%)。 在日本，家用电器的价格和气候则是影响住宅建筑能耗的两个主要因素。例如家用空调的户拥有量直接受到气候和民族文化的影响:热水能耗(由于个人卫生)是日本住宅建筑能耗的一个重要部分，而挪威住宅建筑能耗主要是采暖能耗和照明能耗。

建筑能耗模拟软件对比

建筑能耗模拟综述 建筑能耗, 模拟, 建筑能耗, 模拟 1.1 为什么要进行建筑模拟 建筑环境是由室外气候条件、室内各种热源的发热状况以及室内外通风状况所决定。建筑环境控制系统的运行状况也必须随着建筑环境状况的变化而不断进行相应的调节，以实现满足舒适性及其它要求的建筑环境。由于建筑环境变化是由众多因素所决定的一个复杂过程，因此只有通过计算机模拟计算的方法才能有效地预测建筑环境在没有环境控制系统时和存在环境控制系统时可能出现的状况，例如室内温湿度随时间的变化、采暖空调系统的逐时能耗、以及建筑物全年环境控制所需的能耗。建筑模拟主要在如下两方面得到广泛的应用：建筑物能耗分析与优化和空调系统性能分析和优化。" n) i$ M( I. d 随着人们对建筑环境质量要求的不断提高和对建筑节能的日益重视，建筑模拟也越来越成为建筑与建筑环境控制系统的设计、评价、分析工作中必不可少的重要工具之一。# I. D$ C: D3 n+ k * V3 ~# @ I* } 1.2 建筑模拟技术的发展 1 v, I5 m: V1 v" O4 n- s/ D7 h3 r 得益于计算机技术的发展，在建筑及环境控制领域，本世纪60 年代中期就开始了对建筑环境及控制系统动态模拟的研究。初期的研究内容主要是传热的基础理论和负荷的计算方法，例如一些简化的动态传热算法，如度日法，bin 法等等，在这一阶段，建筑模拟的主要目的是改进围护结构的传热特性。在经历了上个世纪70 年代的全球石油危机之后，建筑模拟受到了越来越多的重视，同时随着计算机技术的飞速发展和普及，大量复杂的计算变为可行。于是在上个世纪七十年代中期，逐渐形成了至今在美国两个著名的建筑模拟程序：BLAST 和DOE-2。欧洲也于上个世纪70 年代初开始研究模拟分析的方法，产生的具有代表性的软件是ESP-r。在70 年代末期，随着模块化集成思想的出现，空调和其它能量转换系统及其控制的模拟软件也逐渐出现，在美国，先后开发出TRNSYS和HV ACSIM+。与此同时，亚洲各个国家也逐渐认识到建筑模拟技术的重要性，先后投入大量力量进行研究开发，主要有日本的HASP和中国清华大学的BTP。 进入九十年代，模拟技术的研究重点逐渐从模拟建模（Simulation Modeling）向应用模拟方法（Simulation Method）转移，即研究如何充分地利用现有的各种模型和模拟软件，使模拟技术能够更广泛更有效地应用于实际工程的方法和步骤，而使其不仅仅是停留在院校及研究机构中。时至今日，建筑模拟技术通过40 余年的不断发展，已经在建筑环境等相关领域得到了较广泛的应用，贯穿于建筑设计的整个生命周期里，包括设计、施工、运行、维护和管理等。主要表现在以下几方面：8 E8 g" b: @ Z 建筑冷/热负荷计算，用于空调设备的选择；+ Y3 V8 ]/ J5 Y 在设计或者改造建筑时，对建筑进行能耗分析；8 T& g9 R7 d; A2 y; P1 F. ^9 I' Z 建筑能耗的管理和控制模式的制订，帮助制订建筑管理控制模式，以挖掘建筑的最大节能潜力；& U7 ~" Z; M* h! G6 E5 ?9 C5 T

常用的能耗模拟软件

国内外建筑物的相关物理分析软件 1.能耗分析软件 目前国内外的能耗分析软件有几十种，以下是列出的国内外使用频率，市场占有率，和精确度较高的一些软件的基本介绍。 国外常用的能耗模拟软件

?国内常用分析软件 ?能耗软件的分析 由于能耗分析软件针对的使用阶段，使用人群不同，软件的重点设置也有所不同。目前大部分的软件主要针对于设计阶段，对设计师起到一个参考的价值。 国内外存在的软件中，energy plus有很强的能耗计算功能，能够分区块将各个部分的能耗数据单独列出来，虽然操作上有一定的困难，但是适用范围比较广泛，精度比较高，不仅仅可以针对于设计院的设计师，也可对建筑物有特殊要求的业主。 ECOTECT先归属于Autodesk，可与revit建立的模型进行导入，方便操作和分析。但软件功能性不高，只能提供给设计师一个参考数据，不能作为绿色建筑评估提交的数据。 目前国内使用较多的国外软件是Equest，也是以DOE-2为内核计算，精确度高，简易操作。本土化较差，目前没有中文版本。 国内的软件目前有天正，斯维尔，PKPM这三种市场占有率高，使用率高的能耗分析软件。国内的分析软件与国外的一些权威软件一样，采用的DOE-2内核，但是由于国内软件本土化，并且与国内的绿色建筑评估有很好的链接，能够提供国内绿色建筑评估的数据，并且能够在一些设计审核中得到国内建筑部门的认可。 2.其他物理分析软件 能耗分析模拟是对建筑物节能耗能方面的分析模拟，而建筑物的物理分析也包括了日照，噪音，人流疏散，消防，室内环境的模拟分析，风环境的模拟，冷热负荷的模拟等。以上的大部分能耗分析软件里也有很多涉及到了日照，室内外环境，冷热负荷等多方面的模拟分析。还有一些软件可以相互导入，进行专业的分析。 目前国内用的较多的软件：

建筑能耗模拟软件DesignBuilder中文介绍

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建筑风环境CFD模拟案例

某小区区建筑风环境模拟报告 目录 1. 模拟过程及使用软件介绍 (2) 1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 (2) 1.2 建筑风环境模拟过程 (2) 1.2.1 几何模型的建立 (3) 1.2.2 网格的划分 (5) 1.2.3 求解参数设置 (6) 2. 模拟结果 (12) 3. 建筑风环境模拟研究思路及问题 (16) 附录I 从百度地图获取三维几何模型的尝试 (17) 附录2 Fluent入口边界速度UDF命令 (19) REFERENCE (19)

建筑风环境的研究主要有三种方式：现场实测、数值模拟和风洞试验。 随着计算机软硬件技术水平的发展，计算能力及计算精度不断提高，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics：CFD）的理论和方法得到了不断改进。基于CFD 技术对流场进行模拟具有操作周期短，操作成本低，可反复修改的特性，相比较于现场实测和风洞试验具有更广阔的应用前景。但是由于数值模拟技术对输入的参数十分敏感，必须辅以现场实测或风洞试验的验证。 本次模拟区域直径500m，模拟的工况为10m高度处风速为10m/s，风向为225°，输出结果查看高度10m,20m,40m,78m,100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。 1. 模拟过程及使用软件介绍 1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 （1）前处理软件ANSYS ICEM CFD 15.0 ICEM是ANSYS CFD软件族中前处理软件之一。具有强大的网格划分功能，接口丰富，可接受绝大多数几何模型格式导入，例如AUTO CAD、SolidWorks、PRO/E等。 （2）求解软件ANSYS Fluent 15.0 占据CFD领域绝对领先地位的流体仿真软件。具有多种物理算法、物理模型。在医学、航天、机械工程等领域均应用广泛。 （3）后处理软件Tecplot 360 提供丰富的绘图格式，具备强大的CFD结果可视化功能，图形美观。 1.2 建筑风环境模拟过程 使用计算流体力学对建筑室外风场进行数值模拟一般包括以下四个步骤： （1）几何模型的建立 （2）对几何模型进行合适的网格划分 （3）将划分网格后的模型导入Fluent，设置求解参数并求解 （4）结果的后处理（速度云图、速度矢量图、压力云图等）

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建筑能耗模拟分析 建筑能耗包括室内能耗、新风能耗、附加能耗。室内能耗包括围护结构能耗、空气渗透能耗、室内热源散热形成的能耗。具体的计算可参照《实用供热空调设计手册》进行计算。空调区的建筑能耗，应根据所服务空调区的同时使用情况、空调系统的类型及调节方式，按各空调区逐时能耗的综合最大值或各空调区能耗的累计值确定，并应计入各项有关的附加能耗。各空调区逐时能耗模拟的综合最大值，是从同时使用的各空调区逐时能耗相加之后得到的数列中找出最大值；各空调区能耗的累计值，即找出各空调区逐时能耗的最大值并将它们相加在一起，而不考虑它们是否同时发生。 例如：当采用变风量集中式空调系统时，由于系统本身具有自适应各空调区建筑能耗变化的调节能力，此时即应采用各空调区逐时建筑能耗的综合最大值；当采用定风量集中式空调系统或末端设备没有室温控制装置的风机盘管系统时，由于系统本身不能适应各空调区建筑能耗的变化，为了保证最不利情况下达到空调区的温湿度要求，即应采用各空调区建筑能耗的累计值。设计负荷是按照标准规定的室内外计算参数进行的负荷计算的结果，它是全年负荷中的最大冷（热）负荷，是选择设备最大容量的依据，并不代表实际运行负荷。实际上全年室外气象参数在逐时变化，而室内的热湿环境参数也是在逐时变化，因此，采用动态能耗模拟计算进行建筑全年能耗分析的变化，为空调系统提供真实的能耗分析设计依据。

目前有许多可用于全年建筑冷热负荷计算的计算机建筑能耗模 拟软件。如DeST、PKPM、EnergyPlus、DOE-2、ESP-r等。 （1）DOE2 DOE-2是现今世界上最为流行的建筑能耗分析和建筑能耗模拟软件。冷热负荷的能耗模拟模拟采用的反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影响。 （2）EnergyPlus是在BLAST和DOE-2的基础上开发的，兼具两者的优点以及一些新的特点。EnergyPlus是一个建筑能耗逐时模拟引擎，采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。EnergyPlus采用CTF 来计算墙体、屋顶、地板等的瞬态传热，采用热平衡法计算负荷。（3）ESP-r 是在欧洲应用非常广泛的建筑能耗模拟分析软件。ESP-r 采用半隐式差分格式求解导热方程。可以计算房间各个内、外表面的太阳辐射得热；模拟整个建筑各个房间之间的空气流动；基于人体活动量、室内温湿度等参数模拟热舒适性（PMV-PPD）。 （4）PKPM是中国建筑科学研究院开发的建筑设计系列软件，包括公共建筑节能设计软件、采暖居住建筑节能设计软件、夏热冬冷地区居住建筑节能设计软件和夏热冬暖地区居住建筑节能设计软件。该软件采用动态能耗分析计算程序，可按各地铁全年气象数据对建筑物进行全年的逐时能耗分析计算，以及系统设计等。 （5）DeST是20世纪90年代由清华大学开发的建筑与暖通空调系统分析和辅助设计软件，负荷模拟采用的是状态空间法。目前有用于住宅建筑的DeST-h和应用于商业建筑的DeST-c两个版本。

当前国内外几款主要建筑节能软件分析

建筑的能耗分析对建筑节能设计非常重要,设计人员需要根据计算的结果进行设计方案的调整和优化。当前，国内外对建筑能耗计算方法的研究和软件的开发也屡见不鲜。计算方法已经非常成熟,比较知名的软件也非常多。比如国外的DOE-2、EnergyPlus,国内的CHEC、DEST 等。 DOE-2 DOE-2是美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的能耗分析模拟软件,包括负荷计算模块、空气系统模块、机房模块、经济分析模块。它可以提供整幢建筑物每小时的能量消耗分析,用于计算系统运行过程中的能效和总费用,也可以用来分析围护结构（包括屋顶、外墙、外窗、地面、楼板、内墙等）、空调系统,电器设备和照明对能耗的影响。Doe-2的功能非常全面而强大，经过了无数工程的实践检验,是国际上都公认的比较准确的能耗分析软件,并且该软件是免费软件，使用人数和范围非常广泛。 DOE-2的输入方法为手写编程的形式，要求用户手写输入文件，输入文件必须满足其规定的格式，并且有关键字的要求。DOE-2输入、输出文件格式均为英文，且格式要求比较严格，对于中国用户来说不易上手。但DOE-2有大量的资料库和研究文献,用户可以通过学习比较详细的了解运用。目前还有很多基于DOE-2上开发的软件，比如下文介绍的VisualDOE、eQUEST、PowerDOE等。 VisualDOE VisualDOE是一款基于DOE-2开发的标准的建筑能耗模拟

软件。这款软件可以帮助建筑师或者设备工程师进行建筑的能耗模拟，设计方案的选择，还可以进行美国绿色建筑标准中能耗分析部分的评价。 VisualDOE可以模拟包括照明，太阳辐射，暖通系统，热水供暖等建筑所有主要的能耗。并可以从DOE-2输出文件中自动提取计算结果。相对与DOE-2来说，用户可以比较容易的上手使用。但是软件的输人格式DOE-2的输入语言，因此用户需要了解一些DOE-2输入文件的格式规则，对于需要模拟复杂的高级用户，用户需要手动修改输入文件。目前软件为全英文版,尚未出现比较成熟的汉化版本。 eQUEST eQUEST同样是一款基于DOE-2基础上开发的建筑能耗分析软件,它允许设计者进行多种类型的建筑能耗模拟,并且也向设计者提供了建筑物能耗经济分析、日照和照明系统的控制以及通过从列表中选择合适的测定方法自动完成能源利用效率。 这款软件的主要特点是为DOE-2输入文件的写入提供了向导。用户可以根据向导的指引写入建筑描述的输入文件。同时,软件还提供了图形结果显示的功能,用户可以非常直观的看到输入文件生成的二维或三维的建筑模型,并且可以查看图形的输出结果。目前该软件为全英文版，没有比较成熟的汉化版本。 PowerDOE PowerDOE是基于DOE-2基础上开发的一款比较先进和成熟的建筑能耗分析软件,其基本功能和上述软件基本相同,主要特点是

住宅建筑环境模拟软件DeST-h简介教学文案

住宅建筑环境模拟软件DeST-h简介 编辑：凌月仙仙作者：张晓亮吴如宏出处：中国论文下载中心日期：2005-12-10 摘要：本文简要介绍了由清华大学开发的住宅建筑热环境模拟软件DeST-h，包括该软件的用途、基本算法等，并与国外的类似软件DOE-2在算法上进行了较为详细的比较，阐述了DeST-h在住宅建筑模拟方面的优势。 关键词：住宅建筑DeST 模拟状态空间法 1 前言 模拟分析方法自从应用于建筑技术的研究领域，已经表现出极大的应用价值，建筑能耗的模拟分析就是这种应用的典型代表。建筑能耗的模拟分析使人们在对建筑物进行研究分析的时候获得了一个非常有力的辅助工具，这一工具使得反复的实验、多角度的分析成为相当容易实现的过程，丰富的数据结果为人们的分析工作提供有力的支持，人们只需设计模拟分析的模式和实例，借助模拟分析软件的帮助，就能获得极具价值的研究材料，这无疑大大缩短了研究成果的产生周期，也解除了实验对于科学研究的诸多限制。 在住宅建筑的研究领域，由于住宅建筑本身的特点，建筑本体热特性的研究始终是非常重要的内容，然而由于建筑的复杂性，建筑热特性的实验研究和实测研究都是异常困难的，人们很难期望通过实测和实验获得十分准确并有普遍意义的结果。 模拟分析方法在住宅建筑研究领域的应用给人们带来了新的希望，借助这一工具，人们能够从本质上把握建筑本体的热特性，能够从多角度研究影响建筑热状况的各种因素，也能够在计算机上实验建筑物对于各种外界因素的响应特性，从而拓宽住宅建筑的研究视野并推动住宅建筑的研究向纵深发展。 住宅建筑热环境模拟工具包（简称“DeST-h”）为国家自然科学基金重点项目“住区微气候工程热物理问题研究”编号59836250的子课题，是在清华大学建筑环境与设备研究所十余年的科研成果的基础上，由清华大学建筑技术科学系研制开发的面向住宅类建筑的设计、性能预测及评估并集成于AutoCAD上的建筑热特性模拟计算软件。 DeST-h主要用于住宅建筑热特性的影响因素分析、住宅建筑热特性指标的计算、住宅建筑的全年动态负荷计算、住宅室温计算、末端设备系统经济性分析等领域。 2 基本算法 DeST-h的基础算法是基于清华大学江亿院士在80年代初提出的用于分析建筑热状况的状态空间法[1]，该算法是对建筑各个热工部件建立热平衡方程的基础上，在空间上将其离散，时间上保持连续的一种求解方法。通过该算法，可以对建筑的热状况进行动态的模拟，反映出建筑热状况随着时间的变化过程。 影响建筑物内热状况的因素有室外气象条件、室内发热以及采暖和空调系统的运行方式。除去运行方式外，DeST-h将房间热力系统的扰量可归纳为外扰和内扰两大类。各影响因素如图1所示。

建筑环境设计模拟分析软件DeST(9)-冷热源与水系统模拟分析(上)

筑 龙 网 w w w . z h u l o n g . c o m 建筑环境设计模拟分析软件DeST 第9讲 冷热源与水系统模拟分析（上） 清华大学 夏建军☆ 燕 达 江 亿 摘要 冷热源系统是整个集中空调系统的核心，完全决定了系统能否保障用户的冷热需求，是投资和能源消耗的主要部分。因此冷热源的选择和运行方式直接关系到整个空调系统的运行效果，并影响到整个空调系统的运行能耗的大小。综述了目前模拟计算中的制冷设备的各种建模方法，并结合建筑能耗模拟计算的特点，详细阐述了DeST 模拟软件中冷源和水系统模拟过程中所用到的制冷设备半经验模型以及冷源模拟分析方法，为冷热源和水系统的全工况优化运行设计计算奠定了基础。 关键词 制冷机房　蒸气压缩式　吸收式　全工况分析　模拟　 Building environment design simulation software DeST(9): simulation and analysis of cooling plants(part 1) By Xia Jianjun ★ , Yan Da and Jiang Yi Abstract A central chilling and heating system is one of the most important part of the HV AC system: it has to be designed to meet the cooling and heating demand of the whole building, to be low in initial costs and efficient in operation. Reviews the different methods for the cooling devices modeling. Describes the semi-empirical models, which are suitable for the building energy consumption simulation, in the DeST program for the different kind of chillers: reciprocation chiller, screw chiller, centrifugal chiller and absorption chiller. Also explains the cooling plant simulation method in the DeST program. Keyword cooling plant, vapour compressing, absorption, full year analysis, simulation ★Tsinghua University, Beijing, China ----------------------------- ☆夏建军，男，1975年12月生，大学，在读博士研究生 100084 北京清华大学建筑学院建筑技术科学系 （010）62789761 E-mail: xiajjun99@https://www.sodocs.net/doc/161913479.html, 收稿日期：2005-01-28 修回日期：2005-01-30 1 概述 满足建筑物热负荷需求的冷量通常由集中的冷源提供。冷源消耗大量的一次能源：电力、燃油、天然气、煤、太阳能、地热等，并将其转换为空调系统所需的冷水，然后由输配系统送到各个空气处理设备。冷源的选择和运行方式直接关系到一次能源的转换效率，因此冷源