建筑环境模拟软件.

1、几种建筑环境模几种建筑环境模拟软件简介拟软件简介建筑环境模拟软件的主要用途和目的：建筑环境模拟软件的主要用途和目的：1)建筑负荷和建筑环境模拟：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：通过不同工况的环境模拟，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基本假设基本假设几种模拟软件

2、几种模拟软件 DOE-2 BLAST ESP DEST ENETGYPLUS MiniTab美国能源部主持，由劳伦斯伯克利国家实验室美国能源部主持，由劳伦斯伯克利国家实验室（LBNLLBNL）开发，可用于逐时能耗分析，）开发，可用于逐时能耗分析，HVACHVAC系统运行的寿系统运行的寿命周期成本命周期成本(LCC),1979(LCC),1979年首次发布，曾经是国际上应用最年首次发布，曾经是国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件。普遍的建筑热模拟商用软件。冷热负荷模拟采用了冷热负荷模拟采用了反应系数法反应系数法，假定室内温度恒，假定室内温度恒定，不考虑房间之间的相互影响。由于反应系数截取的项定，

3、不考虑房间之间的相互影响。由于反应系数截取的项数有限，因此在模拟厚重墙体时误差较大。数有限，因此在模拟厚重墙体时误差较大。 DOE-2反应系数法反应系数法反应系数法是加拿大人D.G.Stepphonsen和G.P.Mitalas在60年代末提出 来的，该方法将墙体和房间当作线性的热力系统，利用系统传递函数得出某种单位扰量下的各种反应系数,再用反应系数来求解传热量和负荷。 反应系数法并不要求以周期扰量为前提，可以用时间序列表示外扰的变化，适用于任何扰量，因此适用于全年的房间负荷计算和模拟。这种方法把计算对象看成是一个线性系统，然后把扰量、反应以及系统的数学模型进行 Laplace 变换，在频域范

4、围内进行问题的求解。 DOE-2 DOE一一2采用经典的采用经典的LSPE结构，即结构，即Load模块、模块、System模块、模块、Plant模块和模块和Economic模块模块可以很精确地处理各可以很精确地处理各种功能和结构复杂的建筑环境，但是对系统的处理能力很种功能和结构复杂的建筑环境，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，环境下的软件，界面不太友好。其次，DOE一一2的输的输入较为麻烦，有固定的格式，必须采用手动编程的方法输入较为麻烦，有固定的格式，必须采用手动编程的

5、方法输入，且有关键字的要求。另外，顺序结构是入，且有关键字的要求。另外，顺序结构是DOE一一2的重的重大缺陷，在实际的暖通空调过程中，建筑室内热环境、空大缺陷，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，影响了建筑环境模拟计算结果的准确性。彼此没有反馈，影响了建筑环境模拟计算结果的准确性。DOE-2 采用反应系数法求解房间不透明围护采用反应系数法求解房间不透明围护 传热，冷负荷系数法计算房间负荷和传热，冷负荷系数法计算房间负荷和房间温度。房间温度。 DOE-2 不直接计算各围护内表面

6、的长波辐射换热，不直接计算各围护内表面的长波辐射换热， 而是将其折合在而是将其折合在内表面与空气的对流换热系数中内表面与空气的对流换热系数中; 在考虑围护内表面与空气的对流换热时，将空气在考虑围护内表面与空气的对流换热时，将空气温温 度设为固定值，求得自围护传入室内的热量，当空气度设为固定值，求得自围护传入室内的热量，当空气 温度改变后，不再重新计温度改变后，不再重新计算算;在考虑邻室换热时采用在考虑邻室换热时采用 邻室上一时刻的温度进行计算，以避免房间之间的邻室上一时刻的温度进行计算，以避免房间之间的 联联立求解。所以，立求解。所以，DOE-2 在负荷计算时没有严格考在负荷计算时没有严格考

7、虑房间热平衡。在虑房间热平衡。在 DOE-2 软件软件结构中，计算模块结构中，计算模块 LOADS 和和 SYSTEMS 均会计算房间负荷，前者的负均会计算房间负荷，前者的负 荷计算结荷计算结果是假设各个房间全年都维持在一个恒定果是假设各个房间全年都维持在一个恒定 空调温度，而后者是考虑了室外新风利空调温度，而后者是考虑了室外新风利用、空调系统用、空调系统 控制等因素后对控制等因素后对 LOADS 负荷计算结果的修正。计负荷计算结果的修正。计 算时间步长为算时间步长为1h。 BLASTBLAST是是70年代由国家标准局（年代由国家标准局（NBSLD）组织开发的用于计算建筑能耗的应用软件。使组织

8、开发的用于计算建筑能耗的应用软件。使用用热平衡法热平衡法计算负荷。适用于工业供冷、供热计算负荷。适用于工业供冷、供热负荷计算，建筑空气处理系统负荷计算，建筑空气处理系统 以及电力设备逐以及电力设备逐时能耗模拟，但需要用户对专业知识和工程实时能耗模拟，但需要用户对专业知识和工程实际有较深刻理解才能设计出符合要求的模型。际有较深刻理解才能设计出符合要求的模型。DOE-2和和BLAST这两种软件都存在一个同样的问题，那就是随着时间 的推移，对软件的维护、修正和扩展越来越困难。因为这需要具有多年程序开发 经验的程序员，且不能是源代码的开发者。更重要的是，这一工作将会耗费大量的时间和资金。1996 年美

9、国能源部和劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）决心集多方之力，取上述两个软件之精华，用新的软件开发思想构造出 21 世纪的建 筑能耗模拟软件，这就是 EnergyPlus。 EnergyPlusEnergyPlusEnergyPlus 基于动态负荷理论，采用反应系数法对包括建筑物及基于动态负荷理论，采用反应系数法对包括建筑物及其相关的供其相关的供 热、通风和空调系统设备能耗情况进行模拟分析的一款大热、通风和空调系统设备能耗情况进行模拟分析的一款大型能耗分析计算软件。型能耗分析计算软件。 输入建筑的地理位置，相关的气象资料，建筑输入建筑的地理位置，相关的气象资料，建筑材料及围护结构的基本信息，内部

10、使用情况材料及围护结构的基本信息，内部使用情况(包括人员、照明、设备和包括人员、照明、设备和空气流通的情况空气流通的情况)，供热、通风及空调系统形式、运行状况以及冷热源，供热、通风及空调系统形式、运行状况以及冷热源的选择情况等信息，的选择情况等信息，EnergyPlus 便可模拟计算出建筑物便可模拟计算出建筑物 的全年建筑的全年建筑能耗。并通过整个建筑的能耗分析情况，对其供热、通风、空调系统能耗。并通过整个建筑的能耗分析情况，对其供热、通风、空调系统 及其相关冷、热源的设计、运行、控制提供指导。及其相关冷、热源的设计、运行、控制提供指导。EnergyPlus 不但不但可以对实际的可以对实际的

11、建筑物进行模拟计算，也可以对虚拟的建筑物情况通过建筑物进行模拟计算，也可以对虚拟的建筑物情况通过建立分析模型进行能耗模建立分析模型进行能耗模 拟计算。拟计算。 EnergyPlus 采用集成同步的负荷采用集成同步的负荷/系统系统/设备模拟方设备模拟方 法。法。EnergyPlus 采用理想的空调设采用理想的空调设 备模型备模型( IdealLoadsAirSystem) 来计算理想负荷，从而来计算理想负荷，从而 与另外两种软件的负荷计算结果进行比较。与另外两种软件的负荷计算结果进行比较。 EnergyPlus 将房间热平衡分为围护结构表面热平衡将房间热平衡分为围护结构表面热平衡 和空气热平衡两

12、部分。在求解不透明围护和空气热平衡两部分。在求解不透明围护传热时，传热时， EnergyPlus 采用采用 CTF( Conduction Transfer Function) 或有限差分法，或有限差分法，CTF 实质实质上也是一种反应系数法，但上也是一种反应系数法，但 不同于不同于 DOE-2 的基于室内空气温度的反应系数法，的基于室内空气温度的反应系数法， 它是基于墙体它是基于墙体的内表面温度，而有限差分法可以处理相变材料或变导热系数材料等问题。的内表面温度，而有限差分法可以处理相变材料或变导热系数材料等问题。EnergyPlus 先采用先采用状态空间法求解单面围护的热特性，基于热状态空间

13、法求解单面围护的热特性，基于热 特性系数得到其内外表面热流与内外表面温度的关特性系数得到其内外表面热流与内外表面温度的关 系，然后在考虑围护内外表面的热平衡时，考虑各围系，然后在考虑围护内外表面的热平衡时，考虑各围 护内表面之间的长波互辐射换热及与室内护内表面之间的长波互辐射换热及与室内空气的对空气的对 流换热，构成围护结构表面热平衡方程，再结合空气流换热，构成围护结构表面热平衡方程，再结合空气 热平衡，严格保证了房间的热平热平衡，严格保证了房间的热平衡。在处理邻室换衡。在处理邻室换 热时，热时，EnergyPlus 采用邻室上一时刻的温度，但由于采用邻室上一时刻的温度，但由于 EnergyP

14、lus 在计算在计算负荷时一般采用负荷时一般采用 10 15min 的时的时 间步长，且各房间不断迭代求解，保证了多房间的热间步长，且各房间不断迭代求解，保证了多房间的热 平衡。平衡。 EnergyPlus EnergyPlus 输入输入-输出结构图输出结构图 DeSTDeSTDeST是建筑环境及是建筑环境及HVACHVAC系统模拟的软件平台，该系统模拟的软件平台，该平台以清华大学建筑技术科学系环境与设备研究平台以清华大学建筑技术科学系环境与设备研究所十余年的科研成果为理论基础，将现代模拟技所十余年的科研成果为理论基础，将现代模拟技术和独特的模拟思想运用到建筑环境的模拟和术和独特的模拟思想运用

15、到建筑环境的模拟和HVACHVAC系统的模拟中去，为建筑环境的相关研究和系统的模拟中去，为建筑环境的相关研究和建筑环境的模拟预测、性能评估提供了方便实用建筑环境的模拟预测、性能评估提供了方便实用可靠的软件工具，为建筑设计及可靠的软件工具，为建筑设计及HVACHVAC系统的相关系统的相关研究和系统的模拟预测、性能优化提供了一流的研究和系统的模拟预测、性能优化提供了一流的软件工具。目前软件工具。目前DeSTDeST有两个版本，应用于住宅建有两个版本，应用于住宅建筑的住宅版本（筑的住宅版本（DeST-hDeST-h）及应用于商业建筑的商）及应用于商业建筑的商建版本（建版本（DeST-cDeST-c）

16、。）。DeST 采用状态空间法计算不透明围护传热，采用状态空间法计算不透明围护传热， 一次性求解房间的传热特性系数，一次性求解房间的传热特性系数，在求解过程中考在求解过程中考 虑了房间各围护内表面之间的长波辐射换热以及与虑了房间各围护内表面之间的长波辐射换热以及与 空气的对流换空气的对流换热，从而严格保证了房间的热平衡。热，从而严格保证了房间的热平衡。 在处理邻室换热时，在处理邻室换热时，DeST 采用多房间联立采用多房间联立求解的方求解的方 法，同时计算出各房间的温度或投入的冷热量。法，同时计算出各房间的温度或投入的冷热量。 DeST 采用采用“分阶段设分阶段设计，分阶段模拟计，分阶段模拟”

17、的开发思想，的开发思想， 结合实际设计过程的阶段性特点，将模拟划分为建结合实际设计过程的阶段性特点，将模拟划分为建 筑热特性分析、系统方案分析、筑热特性分析、系统方案分析、AHU 方案分析、风网方案分析、风网 模拟和冷热源模拟共模拟和冷热源模拟共 5 个个阶段，并且采用阶段，并且采用“理想控理想控 制制”来处理后续阶段的部件特性和控制效果，即假来处理后续阶段的部件特性和控制效果，即假 定能满定能满足任何冷热量、水量等要求。理论上，足任何冷热量、水量等要求。理论上，DeST 计算时间步长可以是任意值，缺省计算时间步长可以是任意值，缺省设置的时间步长设置的时间步长 为为1h。 DEST-C DeS

18、T-c是是DeST开发组针对商业建筑开发组针对商业建筑特点推出的专用于商业建筑辅助设计特点推出的专用于商业建筑辅助设计的版本，根据建筑及其空调方案设计的版本，根据建筑及其空调方案设计的的阶段性，的的阶段性，DeST-c对商业建筑的对商业建筑的模拟分成模拟分成建筑室内热环境模拟、空调建筑室内热环境模拟、空调方案模拟、输配系统模拟、冷热源经方案模拟、输配系统模拟、冷热源经济性分析济性分析几个阶段，对应的服务于建几个阶段，对应的服务于建筑设计的初步设计（研究建筑物本身筑设计的初步设计（研究建筑物本身的特性）、方案设计（研究系统方的特性）、方案设计（研究系统方案）、详细设计（设备选型、管路布案）、详细设计（设备选型、管路布置、控制设计等）几个阶段，很好的置、控制设计等）几个阶段，很好的根据各个阶段设计模拟分析反馈以指根据各个阶段设计模拟分析反馈以指导各阶段的设计。导各阶段的设计。 DeST-c具体应用如下：具体应用如下： 在建筑设计阶段，为建筑围护结构方案（窗墙比、保温等）以在建筑设计阶段，为建筑围护结构方案（窗墙比、保温等）以及局部设计为建筑师提供参考建议；及局部设计为建筑师提供参考建议； 在空调方案设计阶段模拟分析空调系统分区是否合理、比较不在空