%8a%82能及暖通空调仿真软件的现状和发展

建筑节能及暖通空调仿真软件的现状和发展 F
周
摘
良 *张国强 *彭建国 *邹
媛
湖南大学土木工程学院 * 湖南 长沙 $
D ( , , G ! %
要B 在 建 筑 及 相 关 技 术 的 研 究 中* 建筑节能已经成为一个热点课
题 H 长期以来 * 我国 建筑节 能 分析 研 究 主要 集 中在 建筑围 护结构 和建 筑材 料* 但其最终体现主要是建筑中的采暖空调系统的节能 H 国外已经将建筑节 能研究确定在建筑 围护结构和 采 暖 空调 系 统 相结 合 * 而研究 的主要 手段 是 模拟和仿真 H 他们已经做了大量的基础研究工作 * 推出了大量的商业软件 H 本文较为详细地介绍 和比较 了 国外 建 筑节 能 仿 真软 件的现 状和 发展 趋势 * 供国内同行参考 H 关键词 B 建筑节能 I 仿真 I 软件 4&JK系统 I 中图分类号 B ( ( ) ( L 5( 文献标识码 B J
图 / 建筑整体系统的一般结构
8 各类软件的功能和结构
8 9 & 整体系统软件 整体系统软件又被称为基于系统的软件 " 就是以系统为研究对象 " 仿真的目的是为了 这类软件大致可分为整体能量仿真软件和建筑负荷计算软件 !
对系统的整体特征进行再现 % 评估和控制 2 主要 强 调 的是 系统 的整 体控 制和经 济性 分析 !
表 T 整体系统软件的主要功能
软件名称 "# $ "% & ’ "# ( ** & )# -. + ,$ ( "/ 0 ( / 1# U # 9 34 5 6 7 8 + ,$ < : 5 ; 4 => ?@ $ A @ B C D # 7 E @ B ( "# ’ > 7 F G 7 8 H0 8 6 5 # D 5 : @ ? "A 7 8 D 5 4 5 / 4 C J : 9 5 6 4 : @ / @ 5 4 F @ A : 4 7 8 K > B L4 A F > M5 现有商业建筑的能量性能分析 民用的商用建筑的能量利用效率分析 ! 设计指南以及技术革新 能量利用效率分析 ! 通风及空气流动计算 ! 室内空气品质和噪声水平评价 民用和商用建筑的能量利用效率分析 ! 设计指南以及技术革新 商业建筑中复杂系统能量利用效率分析 商业建筑中复杂系统的能量利用效率分析 ! 设计指南以及技术革新 民用和商用建筑的能量利用效率分析 ! 设计指南以及技术革新 民用和商用建筑的能量利用效率分析 ! 设计指南 ! 新能源和室内空气品质研究 基于网络的民用建筑能量仿真 建筑动态热过程的仿真 ! 热舒适度指标 ! 计算流体力学研究 ! 热分析 ! 能量仿真 负荷计算 ! 能耗分析 负荷计算 ! 能量分析 ! 不同系统及设备间的比较 民用建筑负荷计算 ! 能量分析 ! 风道尺寸计算 ! 系统设计 =3"G设备选型 ! 应用方向
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许多软件 ! 如 "# **! -. ! ! ! 9 ! $ "%! & ’ "# (! & )# + ,$ ( "/ 0 ( / 1# 2# 34 5 6 7 8 + ,$ 以 及 等 属 于 前 一 种 类 型 而 象 < ! ! ! : 5 ; 4 => ?@$ A @ B C D# 7 E @ B ( "# ! ’ > 7 F G 7 8 H0 8 6 5 # D 5 : @ ? 和 属于后者 9 N "A 8 D I @ B / 4 C J : 5 6 4 : @/ @ 5 4 F @ A : 4 7 8 K > B L4 A F > M5 表 O为这类软件的简介 ! 其中 P 用以计 9 .主要提供整幢建筑每小时的能量分析 ! + ,$ 算系统运行过程中的能效和总费用 N 可用来分析一个设计方案或一项新技术的能量利用 效率 N 从以下网站可得到该软件的相关信息 P P R5 S S S J : : Q 4 ?6 8 7 : 4 > A B @ 5 @ 7 B H J 8 ; 8 C > E
在 讨 论 这 些 仿 真 软 件 之 前" 我 们 必 须 首 先 了 解 这 些 工 具 总 体 的 分 类 和 组 织 结 构!
根据这一结构 " 仿真软件主要可以分为 3类 4 整体系统软件 2 建筑外围结构软件 2 / 1 5 1 室内环境软件 . 包括对人体舒适感的描述 1 室外气候软件 2 6 1 2 7 1 3 1 ’()*系统软件 !
第! "卷 第 #期 !,,, 年 ( !月
湖 南 大 学 学 报 $ 自然科学版 % $ % ’ . / 0 1 2 ’ 3 4. 0 1 050 6 7 8 / 9 6 : ; +1 : . / 1 2 < = 6 8 0 = 8 9> ? 6 : 6 ’ 0
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湖南大学学报 . 自然科学版 1
5 $ $ $年
数建筑控制研究仅限于如温度控制这样的简单控制环路 ! 随着当今计算机技术的迅速发 展" 计算和数据处理功能大大提高 " 基于状态空间表示的时域分析方法能够应用于仿真领 域! 时域分析法适用于分析多变量的非线性时变系统 " 因而能解决系统仿真中的一些关键 问题 " 国际上随之出现的各类已经商业化的软件包更是推进了仿真的运用 ! 在国外 " 尤其 是美国 " 从# 就出现了一些较可靠 % 稳定的软件 ! 本文介绍国外的这些仿真软件 $年代起 " 的情况和发展趋势 " 供同行参考 !
& 仿真软件的分类
在研究建筑环境 及其 ’()*系 统之 间 的 动态 作 用 时 " 仿真和 模型是 最常 用的方 法 ! 今天 " 节能成为这一领域的主题 " 这就需要考虑多方面的因素 " 例如建筑及配套系统 " 建筑 围 护结构 " 外界的气候条件 " 室内居民的感觉和人 ’()*系统和各种控制方案等 ! 当然 " 为的影响也是必须考虑的 " 因为保证室内人的舒适感是我们进行研究的一个主要目的 " 这 就要求我们也要能确定那些改变室内环境的因素 ! 许多这方面的研究都是用模块化的思 路" 开发出各类仿真软件 " 为问题的解决提供了一套集成化的方案 ! 将整个 建筑 系 统 及 其 各 部 分 之 间 的 相 互 作 用 作 了 概 括 " 如 图 /所 示 " 本文 . / 0 0 / 1 ’+ , + , 基于此来分析各种软件的分类及总体结构 ! 图 /中 " 方块代表系统中的各个部件 2 带箭头 的实线表示热质交换 2 虚线为信号线 " 表示各部件间的相互作用 !
* P . 6 2 ? 6 0 Q8 0 8 / Q ;9 6 R. 2 1 : 6 ’ 0 6 0 = 2 . ? 6 0 Qa . 6 2 ? 6 0 Q8 0 7 8 2 ’ b 8 91 0 ?4&JK 9 ; 9 : 8 R* 6 91. 9 8 3 . 2
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M 6 : 8 / 1 : . / 8N 8 7 6 8 O’ 3 P . 6 2 ? 6 0 Q> 0 8 / Q ; < 6 R. 2 1 : 6 ’ 0< ’ 3 : O1 / 8
C C S 4T5 M 6 1 0 Q*S 4J+U U . ’ V 6 1 0 Q*W > +U 6 1 0 Q . ’*S T5 X. 1 0
即一种简化了的能量分析方法 W 对美国建筑中的节能潜力及能量利用效 率 "# $ "%V 进行评估 X 其结果与 + 软件中包含了快速的输 9 .的年度能量统计结果只相差 Y Z[\X ,$ RMMMS S K 4 5 J ; 7 6 C J @ B H > ? 建筑能量和系统热动力分析 W 对建筑 ^ 空气处理系统和中央空调机组进行仿 "’ & # (V 真! 使机械和建筑工 程师能对建筑 的能 量 需 求做 出 准 确的 预 测 N 相 应 的 网 站 是 P P R J : : Q S S MMMS ; 5 > 6 4 6 H @ F 6 热分析研究程序 W 是一个免费软件 N 它能给出整幢建筑每小时的热分析 X 计算 V ( "/ 0 所需能量和建筑空间里的温度偏差 X 并计算在 敞 开 型建 筑 中由 于烟囱效应 而产 生门窗 空 气渗透和室内空气流动 N 系统中包括很多常见的部件 ! 程序中有处理 ( / 1# U #是一个模块化的系统仿真软件 N 输入气象参数 ! 处理其它输入时变函数 ! 以及输出仿真结果的子程序 N 在进行 =3"G系统 和 控 制系统分析 ! 太阳 能利 用方案设 计 以及 建 筑 热性 能 研 究 时 ! ( / 1# 2#都 能 很 好 的 解 决有关的问题 N 相应的网站为 P P R5 S S S J : : Q @ 8 ?@ M4 5 H @ F 6 _ S _ 建筑外围结构软件 建筑外围结构软件也称为围护结构 系 统 软件 ! 用 于 模拟 建筑围 护结构 中的 热湿传 递 过程 N 表 .对常用的软件作了简要说明 N
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B * Z [ \ ] ^ _ ‘ ] JR’ 0 Q: Y 8/ 8 9 8 1 / = Y’ 3 a . 6 2 ? 6 0 Q1 0 ?/ 8 2 1 : 8 ?: 8 = Y 0 ’ 2 ’ Q 6 8 9 8 0Βιβλιοθήκη Baidu8 / Q ;= ’ 0 9 8 / 7 1 C
F 收稿日期 B ! , , , C , l C ( , 基金项目 B 国家自然科学基金 $ 项目编号 L 和加拿大 K , , D D ! , ( ! % K 5c W W联合资助项目 作者简介 B 周 良$ 女* 湖南湘潭人 * 湖南大学硕士生 ) ( m " # n% *
* ) Y 1 9a 8 8 0? ’ 0 8 R1 0 ;9 ’ 3 : O1 / 8 9Y 1 7 8a 8 8 0? 8 7 8 2 ’ b 8 ?6 0a . 6 2 ? 6 0 Q8 0 8 / Q ;9 6 R. 2 1 : 6 ’ 0 L Y 6 9