論建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺設計論文.doc

論建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺設計論文 目前，建筑能耗模擬軟件在建筑節(jié)能領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。由于建筑的物理特性復雜，熱濕過程的計算量巨大，只能采用計算機在短時間內完成復雜的運算。因此，在進行建筑能耗分析計算時，能耗模擬軟件發(fā)揮著巨大作用。建筑能耗模擬主要包括建筑負荷和能耗的模擬，為后續(xù)的節(jié)能設計、節(jié)能評估、節(jié)能審計以及節(jié)能措施的制定提供參考;通過不同工況的模擬，進行圍護結構、設備、暖通空調系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和控制策略等的優(yōu)化，通過經濟性分析得出最佳方案;設備與系統(tǒng)各種運行狀況的預測，在內外擾動等復雜因素的作用下，系統(tǒng)中參數的變化很復雜。通過建筑能耗模擬軟件，能比較方便地預測各種工況下的系統(tǒng)參數，為節(jié)能標準和規(guī)范的制定、實施提供輔助作用。 目前，建筑能耗模擬軟件主要有DOE-2、EnergyPlus、Trnsys、PKPM-CHEC和DeST等。DOE-2建筑能耗模擬軟件采用模塊結構，包括Load模塊、Economic模塊、Plant模塊和System模塊。在實際的過程中，建筑室內熱環(huán)境、主機以及空調系統(tǒng)的運行情況是相關的，但DOE-2方式彼此沒有反饋，導致計算結果失真。EnergyPlus整合了DOE-2和其他類型模擬軟件的優(yōu)點，采用集成同步的負荷、系統(tǒng)和設備的結構，在管理模塊的監(jiān)督下，彼此之間有反饋，計算結果準確。EnergyPlus作為建筑能耗模擬引擎，能夠精確地處理較復雜的各類建筑。在處理建筑熱過程時考慮了多方面的因素。 因此，基于云計算的建筑能耗模擬與優(yōu)化平臺采用EnergyPlus為能耗模擬引擎，通過軟件即服務(SAAS)的方式，構建其輸入文件(IDF或IMF文件)，對其標準輸出進行文檔化、圖形化等處理，向用戶提供建筑能耗模擬和優(yōu)化服務。 1平臺架構 建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺能夠向用戶提供專業(yè)級建筑能耗模擬分析和優(yōu)化服務，對用戶的專業(yè)性要求低，操作簡單，支持不同類型的能耗模擬輸入文件，包括IDF文件、IMF文件、GBXML文件和自定義的建筑相關參數。該平臺提供了國內常見建筑形式的熱工參數模板，可以通過簡單圖形化的修改，完成建筑能耗模擬相關參數的輸入，形成標準的IDF文件。同時，該平臺支持智能的任務管理，能夠同時針對多個用戶的多個模擬任務進行模擬計算、優(yōu)化和分析，并以數據和圖表的形式呈現專業(yè)建筑能耗模擬分析報告。針對用戶提交的建筑方案，模擬分析系統(tǒng)對新建建筑和已有建筑給出采用不同建筑參數的對比分析報告。 1.1平臺體系架構 平臺體系架構如圖1所示。通過IaaS的基礎設施即服務為EnergyPlus模擬計算引擎、數據庫服務、Web服務，提供包括計算資源、網絡資源、存儲資源等基礎設施保障。通過PaaS平臺即服務提供模擬、優(yōu)化應用服務、EnergyPlus計算服務、數據庫服務、Web應用服務，對前端客戶需要的功能進行支撐。通過SaaS軟件即服務的方式，以Web、APP等形式向用戶提供建筑能耗的模擬服務，用戶可通過Web、APP生成模擬和優(yōu)化任務，查看模擬和優(yōu)化結果。 2平臺邏輯架構 平臺邏輯架構如圖2所示，主要包括輸入文件處理、核心系統(tǒng)和輸出文件處理。 輸入文件處理主要針對不同形式的數據輸入，包括EnergyPlus標準的IDF/IMF文件、Revit導出的綠建文件GBXML、用戶自定義的參數文件及相關的CAD文件。IDF/IMF作為EnergyPlus標準輸入文件，通過驗證后可以直接作為平臺的輸入文件;GBXML文件作為Revit導出文件，需要后端的輸入文件處理并進行轉換，用戶可對其參數進行調整，生成IDF文件作為輸入文件;用戶自定義文件根據不同的輸入文件模板，通過平臺軟件進行建筑及其相關參數的自定義，最終生成IDF文件。 平臺核心部分包括Web服務，EnergyPlus、Trnsys計算引擎、數據庫服務。Web服務對用戶的Web應用軟件、APP軟件提供服務，實現包括模擬任務、用戶管理、優(yōu)化管理、系統(tǒng)管理等業(yè)務邏輯;EnergyPlus、Trnsys計算引擎完成能耗的模擬計算，并輸出相關的模擬計算結果;數據庫服務存儲與平臺相關的結構化數據，包括模擬任務數據、模擬產生的結果數據、文檔結果信息、輸入文件信息等。輸出文件處理模塊針對EnergyPlus、Trnsys計算引擎輸出的標準結果文件，按照用戶的需要，輸出不同格式、不同形式的能耗模擬分析報告。 2平臺功能 用戶端的系統(tǒng)功能包括模擬任務管理、建筑模板、氣候參數、優(yōu)化設定和系統(tǒng)管理，平臺端功能包括任務執(zhí)行管理、結果分析管理、建筑模板管理、計算引擎管理、氣候文件管理、優(yōu)化設定和系統(tǒng)管理。 任務管理以IDF/IMF、GBXML文件為輸入文件，結合平臺提供的建筑模板，實現模擬分析任務的創(chuàng)建。任務的輸入文件可以采用IDF、IMF、GBXML等文件，也可以采用建筑模板進行簡單的修改。模擬分析結果報告以任務為單位進行管理。新建任務中，可以關聯所處的地理位置和相關氣候參數。 建筑模板主要根據典型的建筑設計和實施方案給出，包括用來進行模擬的主要參數，如建筑的建筑、結構、水電暖等基本信息，以及建筑構件、材料的數據。用戶可根據實際建筑情況選擇參數，快速構建用來模擬的IDF/IMF文件。 氣候參數給出平臺所支撐的氣候數據，可根據所處的地理位置選擇，用戶也可以加入自定義的氣候參數，在建立新任務時通過地理位置自動獲取氣候參數文件。在模擬中可以對建筑方案進行優(yōu)化對比，通過調整建筑的朝向、窗墻比、相關材料、空調系統(tǒng)，給出建筑優(yōu)化的設計方案或節(jié)能改造方案。 3平臺應用分析 建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺主要應用于新建建筑設計、現有建筑節(jié)能改造項目支撐、國家建筑節(jié)能、綠建標準實施的支撐等方面。 (1)新建建筑通過平臺能夠給出不同方案的能耗情況，可以給出更加細致、精確的能耗分析報告。針對同種建筑設計方案，可以通過調整窗墻比、玻璃所用材料、外圍護等優(yōu)化設計。 (2)節(jié)能改造項目通過平臺模擬輸出的精確能耗分析，可以精準地了解節(jié)能改造建筑的潛力，支撐節(jié)能項目改造決策。該平臺能夠提供直觀、科學、合理的節(jié)能潛力分析報告，增強節(jié)能改造項目的必要性和可行性。 (3)針對綠建標準的實施，可通過平臺對綠建標準中要求的項目進行模擬分析，支