建筑能耗模拟方法简介

技 术 特 色
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商业建筑热环境模拟工具包（简称“DeST-c”） DeST-c对商业建筑的模拟分成建筑室内热环境模拟、空 调方案模拟、输配系统模拟、冷热源经济性分析几个阶段; DeST-c先后应用于国家大剧院、深圳文化中心、西西工 程等大型商业建筑的设计过程，并对中央电视台、解放军 总医院、北京城乡贸易中心、发展大厦等多栋建筑空调系
劣 势
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ESP-r
功能：
ESP-r 在欧洲应用非常广泛，是一个集成化的模拟分析工 具，除了可以模拟建筑中的声、光、热以及流体流动等现
象外，还可以对建筑能耗以及温室气体排放作出评估，可
以对建筑的采暖、通风、制冷设备的容量及效率作出综合 的评估。 除此之外，该软件还集成了对新的可再生能源技术 ( 如光 伏系统、风力系统等 ) 的分析手段。
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住宅建筑热环境模拟工具包（简称“DeST-h”）
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。 4.1 4.2 4.3 4.4 精确模拟建筑中各房间的室温状况 精确模拟夜间通风对室内热环境的影响 精确模拟邻室传热对各房间热环境的影响 精确模拟间歇空调启停对于装机容量和运 行能耗的影响 4.5 精确模拟内外保温对于空调供暖负荷的影响
（补充：同种类型建筑来说，负荷的逐时变化特点可以利用 一个反映该建筑类型属性的无因次因子来表述，我们把这无因次 因子称为“负荷因子”，它反映的是负荷的逐时变化信息，是一 个介于O～1之间逐时变化的无量纲数。）
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负荷因子计算方法
空调耗电“负荷因子”与冷热“负荷因子’’存在一定 的函数关系，具体数值与所选择的空调系统相关；
应用于住宅建筑的住宅版本（DeST-h）
两个 版本
应用于商业建筑的商建版本（DeST-c）
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DeST
功能： 1）建筑物全年的逐时能耗模拟计算； 2）冷热电联产系统模拟计算；
3）太阳能（光热和光伏）模拟计算；
4）地板辐射供暖、供冷系统模拟计算；
5）蓄冷、蓄热系统模拟计算；
6）优化空调系统方案，预测系统运行费用； 7）燃料电池系统模拟计算；
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负荷因子计算方法
传统的设计方法可以初步确定机组的容量。但由于设计 负荷不能反映出不同建筑类型负荷的逐时变化特点，不 能反映热电冷负荷间的相互作甩与联系，方案也就不能 给出各个不同时段机组具体的运行策略，不能对系统进 行全年逐时的技术经济模拟分析 而学者Michael提出的负荷系列法，将全年冷热负荷的 逐时变化利用对典型天负荷进行三角变换而获得
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EnergyPlus是在BLAST和DOE-2的基础上开发的 EnergyPlus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 。
劣 势
另外,EnergyPlus不稳定，不太容易收敛并且经济 性分析较为简单。 EnergyPlus运算时间相对于DOE-2来说要长许多
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DeST
优势 步长选取比较灵活，但用户必须自己建 模；可求解复杂的建筑,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。 1）在组件的扩充上没有TRNSYS方便； 2）控制方式也没有TRNSYS多样灵活； 3）本身所包含的设备和系统数目也没有 TRNSYS等软件丰富。
劣势
由于目前我国还没有完整的气象数据文件,DeST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。
的动态能耗模拟分析 , 生成详尽的空调采暖全年能耗报告。
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“逐时能源负荷分摊比例”的方法
它可以同时计算出全年逐时冷热电负荷， 能够很方便地统计出热电比，这在很多负 荷计算软件中是做不到的 主要包括空调冷负荷、空调热负荷以及生 活热水负荷，
优势
冷热负荷
电力负荷
主要由建筑物内各种用电设备造成
电力负荷的大小及逐时变化特征与建筑物内各种用电 设备的安装功率、设备的耗电性能及作息时间直接相关。 由于建筑物内用电设备的使用及人员的作息时间具有很大 的随机性，我们很难根据耗电设备来准确预测逐时电负荷。
负荷因子计算方法
该方法虽然计算方便， 但物理概念不清晰，预 测误差较大。
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Company name
LOGO
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eQuest始终假设系统的控制处于最佳状态，因而 与实际有较大的差别，比如他无法判断阀门是否 堵塞，制动装置是否失效，系统维护状况等。
劣 势
eQuest运算时间相对于DOE-2来说要长许多
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TRNSYS
软件具有以下主要特点：
计算灵活，模块化开放式结构，用户可以根据需要任意建
立连接，形成不同系统的计算程序； 形成终端用户程序，为非TRNSYS用户提供方便； 输出结果可在线输出100多个系统变量，可形成EXCEL计算 文件； 与EnergyPlus、MATLAB等其它软件建立链接。
建筑能耗模拟方法简介
LOGO
设计基础
建筑 冷热负荷 和 电负荷 的逐时准确计算、模拟是三联
供系统优化配置与运行分析的基础。 建筑全能耗分析软件的计算方法一般都是基于动态的环境; 为保证计算结果的准确度,软件都需要室外逐时的气象数 据或典型气象年数据,而且需要尽可能详细的体型描述数 据及相应的热工性能数据。
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EnergyPlus是在BLAST和DOE-2的基础上开发的
EnergyPlus具有以下主要特点：
采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法 在计算负荷时，用户可以定义小于1个小时的时间步长； 在系统模拟中，时间步长自动调整，以加快收敛。 采用热平衡法模拟负荷 采用联立的传热和传质模型对墙体的传热和传湿进行模拟 采用各向异性的天空模型以改进倾斜表面的天空散射强度 先进的窗户传热的计算，可以模拟包括可控的遮阳装置、 可调光的电铬玻璃等 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,
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eQuest简介 计算软件根据室外气象条件 围护结构情况 采用一种正
向 思 维 计算 出 室 内温 度 以 及室 内 得热量 进 而计算 出 负
荷． 它的计算过程是一个动态平衡的过程 后一时刻室内 温度 冷热负荷以及供暖空调设备的耗电量要受前一时刻 的影响 可根据输入的建筑情况 建筑结构 围护结构材料 供暖空调方式与系统布置形式 室内人员活动规律 照明设 备情况 和室内设计温度值 计算出建筑的全年动态能耗
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“逐时能源负荷分摊比例”的方法
在进行逐时冷热电负荷计算时，不考虑耗电设备的直接影 响，而是在针对建筑类型进行市场调查研究的基础上来进行 预测的。其步骤如下：
(1)对建筑使用功能进行分析 ； (2)对该气候区域内的同类建 筑的能耗状况进行调查，得 到单位面积的平均耗能量； (3)采用日本三联供设计手册 中的相关数据，利用小时能 源负荷分摊比例的方法，根 据调查到的数据，对逐时冷 热电负荷进行模拟计算，其 计算流程如图1所示。
建筑功能电“负荷因子”主要与建筑的使用功能及属性 有关。电力负荷的大小及逐时变化特征与建筑物内各种 用电设备的安装功率、设备的耗电使用性能及作息时问 直接相关。
根据用电设备的 耗电关系，建筑 电负荷分为两类
与冷热负荷相关的空调耗电负荷 与建筑使用功能相关的电负荷，包 括照明、常用电器、运输设备等。
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输入、输出档格式均为英文，且格式要求比较严格，对于
中国用户来说不易上手。但DOE-2有大量的数据库和研究
文献,用户可以通过学习比较详细的了解运用。
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EnergyPlus是在BLAST和DOE-2的基础上开发的
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/设备的模拟方法来模拟建筑系统的实际运行 状况，从而预测年运行能耗和费用的软件； 在计算负荷时，时间步长可由用户选择，一般为10到15 分钟。在系统的模拟中，软件会自动设定更短的步长（小 至数秒，大至1小时）以便于更快地收敛。EnergyPlus采 用CTF来计算墙体传热，采用热平衡法计算负荷。
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建筑全能耗分析软件：
DOE-2
EnergyPlus
eQuest
TRNSYS
ESP-r
中国的DeST、CHEC等等。 这些软件具有各自的特点 例如，DOE-2能够准确地模拟较复杂的围护结构的负荷 ，TRNSYS在模拟空调系统时能够提供最大的灵活性
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建筑全能耗分析软件：
在美国有两个著名的建筑模拟程序：BLAST和DOE-2 欧洲代表性的软件是ESP-r 国内有影响力的模拟软件是清华大学开发的DeST（前身 是BTP）
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eQuest简介
优 势
eQuest则简化了DOE-2建模的过程。 8760小时（全年）能耗模拟 特定的工作日类型：每一个season里可设置3种 工作日（周一到周五，周日，节假日），可最多 设置52个season。 定义能源价格的方式：分时定价，按容量定价， 统一定价 eQuest能够模拟的一些特殊的空调系统 ——热 电联产、蓄能系统、光电转换
统改造进行模拟给出改造方案。
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CHEC
1）CHEC软件最大的特点是便捷的输入方式，设计师可以采
用自己绘制的 CAD 图纸直接进行模型数据的转换 , 无需用
户手写输入。 2）CHEC软件比较注重和各地的节能规范相结合 ,注重各地 的材料使用和气候差异 , 可以生成完全符合各地审查规范 要求的计算报告书。该软件采用DOE-2软件作为计算内核， 完全按照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》进行编 制，通过调用DOE-2内核,模拟全年的气象数据 ,进行全年
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TRNSYS
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 EnergyPlus等软件有优势 优 势 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。
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TRNSYS 该软件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EnergyPlus和 DOE-2有优势 但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
4源自文库
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DOE-2是公认的最经典的建筑能耗模拟软件之一
DOE-2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。
其输入方法为手写编程的形式，要求用户手写输入文件，
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ESP-r ESP-r特点 1）对于建筑侧进行很详细的模拟，包括 建筑传热， 遮阳分析
2）对于设备侧可以进行HVAC,太阳能设备，光电板 等进行模拟．各个模拟模块可以独立模拟，也可以整 体模拟，可以得到很详细结果
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DeST
DeST由清华大学空调实验室研制开发。DeST通过采 用逆向的求解过程;基于全工况的设计, DeST在每一个设 计阶段都计算出逐时的各项要求(风量、送风状态、水量 等等),使得设计可以从传统的单点设计拓展到全工况设计