建筑能耗模拟软件对比
建筑能耗模拟综述
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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
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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
与各种标准规范结合，帮助设计人员设计出符合当地节能标准的建筑；4 \3 v! l; ` e1 F# Y/ s%
对建筑进行经济性分析，使设计者对所设计方案在经济上的费用有清楚的了解，有助于设计者从费用和能耗两方面对设计方案进行评估。
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1.3建筑模拟工具介绍
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、HV AC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。建筑能耗模拟软件应用领域包括建筑冷热负荷的计算、建筑能耗特性的分析、建筑能源管理和控制系统的设计、费用分析、CFD模拟等。
详细的建筑能耗模拟软件按照系统模拟策略可分为两类：顺序模拟（图1）和同步模拟（图2）。$ M F) t( F" M& |
在顺序模拟方法中，首先计算建筑全年冷热负荷，然后计算二次空调设备的负荷和能耗，接着计算一级空调设备的负荷和能耗，最后进行经济性分析。在顺序模拟方法中，每一步的输出结果是下一步的输入参数。顺序模拟方法节约计算机内存和计算时间，但是建筑负荷、空调系统和集中式空调机组三者之间缺乏联系；如果空调设备满足不了建筑冷热负荷的要求，就会产生错误。
在同步模拟方法中，考虑了建筑负荷、空调系统和集中式空调机组之间的相互联系。同步模拟方法与顺序模拟方法不同，在每一时间段同时对建筑冷热负荷、空调设备和机组进行模拟、计算。同步模拟法提高了模拟的准确性，但需要更多的计算机内存和计算时间。* ]% L8 z0 e/ f1 n
图1 顺序模拟法& V2 d( s: W; N- ^% o1 T
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图2 同步模拟法
建筑能耗模拟软件有许多，但在全世界范围内有影响且可以免费获取的能耗软件只是少数。国外较常用的建筑能耗模拟软件有DOE-2、BLAST、COMBINE、TRNSYS、ESP、HV ACSIM+、EnergyPlus、SPARK、TRACE等；国内较有影响的建筑能耗模拟软件是清华大学开发的DEST。$ x, ~5 _- |+ b; I) ^2 _
当然，除了详细的建筑能耗模拟软件外，还有相对简单的建筑能耗模拟软件，如美国德克萨斯州大学开发的建筑能耗模拟软件ENERWIN，ENERWIN是用FORTRAN语言编写的，能够评估建筑全年能耗特性。如果是进行系统或方案比较、研究建筑能耗趋势，简单的能耗模拟软件已经足够。3 G* c8 y3 v- ; W
1．4前景