des與其它建筑環(huán)境模擬軟件的比較

DeST與其它建筑環(huán)境模擬軟件的比較分析摘要：近年來(lái)世界各國(guó)發(fā)展出了很多的建筑熱環(huán)境的動(dòng)態(tài)模擬軟件，清華大學(xué)也開(kāi)發(fā)出一套全年動(dòng)態(tài)能耗模擬分析軟件DeST。本文的主要工作是通過(guò)對(duì)這些軟件進(jìn)行ASHRAE-140標(biāo)準(zhǔn)案例的測(cè)試計(jì)算，分析比較這些軟件處理各種基本問(wèn)題的計(jì)算模擬能力，以達(dá)到較全面認(rèn)識(shí)各種軟件處理問(wèn)題能力的目的。本文從不同案例、不同角度比較DeST與其它各個(gè)軟件處理能力的異同，這些比較案例的結(jié)果也可以作為檢驗(yàn)一個(gè)建筑模擬軟件是否運(yùn)行良好的參考標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵字：DeST建筑模擬ASHRAE-1401.緒論建筑熱環(huán)境的全年動(dòng)態(tài)模擬在理論上已經(jīng)基本逐漸發(fā)展成熟。現(xiàn)行計(jì)算分析的方法很多，例如有限差分法，反應(yīng)系數(shù)法，諧波反應(yīng)法，狀態(tài)空間法等。它們通過(guò)采用數(shù)值或者分析求解的方法都可以在計(jì)算機(jī)上模擬出很好的結(jié)果，自20世紀(jì)60年代到今天，世界各國(guó)都相繼開(kāi)發(fā)出一些很好的能耗模擬軟件，可以很方便的對(duì)建筑物全年動(dòng)態(tài)能耗進(jìn)行建模計(jì)算。其中比較著名的包括美國(guó)能源部開(kāi)發(fā)的DOE-2，美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的BLAST，英國(guó)開(kāi)發(fā)的ESP，美國(guó)最近開(kāi)發(fā)出來(lái)的ENERGY-PLUS，此外還有SRES/SUN,SERIRES,S3PAS,TRNSYS,TASE。我國(guó)清華大學(xué)也獨(dú)立研究開(kāi)發(fā)了一套功能齊全的全年動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件，DeST(Designer'sSimulationToolkit)。DeST與世界上其他軟件各自的特點(diǎn)和處理能力的異同正是本文下面要研究的主要內(nèi)容。2.背景和意義統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，世界上大概有三分之一的能量被消耗在了建筑物上。從這個(gè)意義上說(shuō)，建筑物的無(wú)謂耗能也是全球溫室效應(yīng)，臭氧空洞等環(huán)境問(wèn)題的主要原因之一。從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，已經(jīng)開(kāi)始有越來(lái)越多的科學(xué)家重視到這個(gè)問(wèn)題，節(jié)省能耗問(wèn)題也開(kāi)始變成世界科學(xué)界的一個(gè)挑戰(zhàn)。Mohammad【1】在文章中具體分析了建筑能耗分析的巨大意義，并強(qiáng)調(diào)說(shuō)“預(yù)防總好于維護(hù)”(“Preventionisbetterthancure”)：1）建筑物的使用時(shí)間很長(zhǎng)，設(shè)計(jì)一旦被決定，就將被使用相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間。2）越早期的方案決策對(duì)改善建筑物的節(jié)能表現(xiàn)越有效，而后期的維護(hù)耗資巨大卻收效較小。3）絕大多數(shù)的建筑不能沒(méi)有空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，因此對(duì)于這些建筑的能耗分析十分必要。正是意識(shí)到這些重要意義，世界各國(guó)開(kāi)始加緊對(duì)建筑能耗的分析和預(yù)測(cè)工作。從20世紀(jì)60年代到今天，世界各國(guó)都相繼開(kāi)發(fā)出一些很好的模擬軟件，可以很方便的對(duì)建筑物進(jìn)行全年動(dòng)態(tài)模擬。其中比較著名的包括美國(guó)能源部主持開(kāi)發(fā)的DOE-2，美國(guó)國(guó)防部主持開(kāi)發(fā)的BLAST，英國(guó)開(kāi)發(fā)的ESP，美國(guó)最近開(kāi)發(fā)出來(lái)的ENERGY-PLUS，此外還有SRES/SUN,SERIRES,S3PAS,TRNSYS,TASE。我們清華大學(xué)也自行獨(dú)立研究開(kāi)發(fā)了一套功能齊全的全年動(dòng)態(tài)能耗模擬軟件，DeST(Designer'sSimulationToolkit)。本文就將從基本功能，負(fù)荷計(jì)算，設(shè)備計(jì)算等方面具體分析這些軟件的異同，并用美國(guó)暖通空調(diào)協(xié)會(huì)（ASHRAE）2001年公布的建筑能耗計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)140P協(xié)議中的案例來(lái)做為檢驗(yàn)案例，讓不同軟件處理同樣案例，觀察各個(gè)軟件的不同表現(xiàn)。3.軟件特性和功能比較下面主要對(duì)各個(gè)軟件在基本使用特性，負(fù)荷計(jì)算能力和設(shè)備計(jì)算兼容性方面做了細(xì)致比較。比較的主要依據(jù)來(lái)源于三個(gè)方面：1）美國(guó)能源部的DruryB.Crawley，美國(guó)國(guó)防部建筑工程實(shí)驗(yàn)室的LindaK.Lawrieb，勞倫斯－伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的FrederickC.Winkelmannc和幾位知名大學(xué)的教授共同為介紹新軟件ENERGY-PLUS寫(xiě)的幾篇文章【2】【3】【4】，文章中將以前的建筑能耗軟件與新開(kāi)發(fā)的ENERGYPLUS做了詳細(xì)比較，從這些軟件開(kāi)發(fā)者的評(píng)論中我們可以很好看到這些軟件的特點(diǎn)。2）另一篇重要文章是日本日建設(shè)計(jì)的丹羽英治和名古屋大學(xué)的中原信生等教授介紹DeST和其它一些建筑能耗軟件的一系列文章【5】，這些文章從不同角度比較計(jì)算了各個(gè)軟件處理問(wèn)題的異同，也是權(quán)威的比較依據(jù)。3）各個(gè)軟件的工程手冊(cè)。3.1基本特性比較表1基本特性比較表菌

異DOE-2稈BLAST悠IBLAST納Energy按-plus爆DeST遼結(jié)果同時(shí)性題黨食ü籌ü裳ü給多種時(shí)間間隔碰自動(dòng)選擇發(fā)熔何ü遇ü繡掏輸出界面嶄賓堪吼ü說(shuō)ü艱自定義輸出報(bào)搖表籮晝稍角ü叢ü3.2負(fù)荷計(jì)算能力比較形表譯2蠢努建筑負(fù)荷分析尺計(jì)算能力比貧較凡踩比較方面健DOE-2且BLAST遮IBLAST返Energy叉Plus回DeST斷房間熱平衡計(jì)醫(yī)算方程角酬ü焦ü否ü銹ü只建筑熱平衡計(jì)隊(duì)算方程蘆穴禿嫂寒ü糕內(nèi)表面對(duì)流傳福熱計(jì)算濟(jì)峰輕ü滔ü胡ü污內(nèi)表面之間長(zhǎng)蠶波互輻射爐殖楊雅ü膛ü圍鄰室傳熱模型咱問(wèn)遭鷹粉ü撓濕度計(jì)算慧掛喊ü增ü門(mén)ü剪熱舒適計(jì)算晶壟ü救ü指ü姨我天空背景輻射陜模型鳳ü剖語(yǔ)披ü娃ü制窗體模型計(jì)算救ü劇嬌雹ü卡ü挪太陽(yáng)透射分配桐模型褲ü筋哭兇ü興ü位日光模型計(jì)算戲ü放稿突ü著寨3.3程殃設(shè)備計(jì)算兼容催性比較冬表參3主申設(shè)備計(jì)算兼容庫(kù)性能力比理較毀涌比較方面蕩DOE-2優(yōu)BLAST悅IBLAST看Energy墳Plus黎DeST求水循環(huán)計(jì)算毯濟(jì)摔唉ü滴ü敗送風(fēng)回風(fēng)循環(huán)搞計(jì)算愛(ài)蔬喜昏ü載ü販用戶(hù)自定義空偏調(diào)設(shè)備素濾澡漸ü?jié)购暧泻︻w粒物濃秀度計(jì)算塊ü塘ü仔務(wù)ü鋤包與其他軟件鏈展接聯(lián)合計(jì)算形手繭擊ü璃ü曲4.ASHR訴AE140仇P慰標(biāo)準(zhǔn)案例比較載我們選擇美國(guó)媽暖通空調(diào)工程投師協(xié)努會(huì)駕ASHRA石E毫（否Americ姓anSoc謠ietyo嘉fHeat芽ing,R猾efrige策rating撓andA塘ir-con鎮(zhèn)dition遷ingEn務(wù)gineer呈s變）銹200課0案－脾200僚1饑年組織設(shè)計(jì)的引這惹個(gè)任140誼P決標(biāo)準(zhǔn)算例來(lái)比度較評(píng)價(jià)各種建難筑能耗動(dòng)態(tài)模征擬軟件的異同嘴【議6選】。這套算例市是拍ASHRA國(guó)E忘精心為建筑能故耗的動(dòng)態(tài)模擬棟而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的千標(biāo)準(zhǔn)算例，可控以作為檢驗(yàn)標(biāo)蚊準(zhǔn)來(lái)檢驗(yàn)軟件腹的計(jì)算結(jié)果。礙這套算例嚴(yán)格笨規(guī)定了氣象參幫數(shù)、幾何描述掀（如右圖）、昏材料性質(zhì)、地霧表參數(shù)、通風(fēng)壇設(shè)定、內(nèi)熱擾增、不透過(guò)壁體名的輻射性質(zhì)、抬外表面對(duì)流輻踐射綜合系數(shù)、剃內(nèi)表面對(duì)流輻享射綜合系數(shù)、失窗戶(hù)材料參數(shù)姿、太陽(yáng)光分配錦比率、設(shè)備參尿數(shù)、系統(tǒng)控制釀策略的參數(shù)數(shù)摘值（具體參數(shù)孤設(shè)置請(qǐng)參閱文匙獻(xiàn)妖【起6京】），在這樣慨的設(shè)定工況下拜，各個(gè)軟件應(yīng)司該對(duì)同一個(gè)案峰例表現(xiàn)出近似謊的模擬結(jié)果，遍將這些結(jié)果放覆在一起便容易俯分析出各個(gè)軟棟件計(jì)算能力之復(fù)間的異同。鋪本文選出的六若種有代表性的塊案例進(jìn)行比較車(chē)分析，有穩(wěn)態(tài)泥的也有非穩(wěn)態(tài)拘的，圍護(hù)結(jié)構(gòu)慎特點(diǎn)和控制策轟略也各有變化莊。綠Baseca嘩se60閘0穿是最基本的情湯況，墻壁較薄滴，僅有南向兩允面外窗授。下Baseca冤se62遵0握也是基本情況咬，墻壁較薄，填外窗改成東西倒向各一面，總到大小不變，其棒他條件也不變?yōu)?。珠Baseca羅se64嶼0無(wú)在戀Baseca酷se60推0貞的基礎(chǔ)上加入腿對(duì)房間空氣控腹制溫度的逐時(shí)墓變化辰。殃Case90挺0亭是較復(fù)雜的非修穩(wěn)態(tài)情況，墻不壁材料厚，材拌料分層，每層恰材料的性質(zhì)和癢厚度給出，其蠻它參數(shù)同龜于宋Baseca摸se60素0測(cè)。財(cái)Case92洗0撐比坑Case90邊0愈的不同在于把烤南向兩面外窗雄改成東西向各態(tài)一面窗，總大概小保持一致通。暫Case94鋒0演在飲Case90門(mén)0遠(yuǎn)的基礎(chǔ)上加入些了房間溫度控濟(jì)制策略。度我們選擇比較至的軟件主要有瞎：題DeS尊T多，極ESP,B跌LAST,趴DOE-2,渠SRES/尸SUN,S多ERIRES蛇,S3PA守S,TRN醉SYS,T擱ASE,E啄NERGYP膜LU常S穿?；靖采w了濫現(xiàn)在較為主要析的動(dòng)態(tài)能耗模瑞擬軟件。已4.1醒伯全年動(dòng)態(tài)冷負(fù)網(wǎng)荷累計(jì)結(jié)果享圖坦2佳館全年動(dòng)態(tài)冷負(fù)宰荷累計(jì)結(jié)果揭4.3貍賺全年動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)理室溫頻率統(tǒng)計(jì)聞結(jié)果礎(chǔ)圖宗4杠在全年動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)激室溫頻率統(tǒng)計(jì)研圖街圖中橫坐標(biāo)表唯示基礎(chǔ)室溫（瑞自然室溫，沒(méi)的有任何空調(diào)設(shè)京備下的室內(nèi)溫塘度），縱坐標(biāo)冰表示對(duì)應(yīng)的基類(lèi)礎(chǔ)室溫在全年妹出現(xiàn)的次數(shù)。唉這張圖可以比仰較各個(gè)軟件處逗理動(dòng)態(tài)瞬時(shí)負(fù)握荷特性的能力技。摘4.4餡冶比較分析和說(shuō)梁明押從上面的三張駕統(tǒng)計(jì)圖中，我曲們可以清楚的端看到，依息據(jù)恰ASHRAE征-14停0苦標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定之后起，各種常用軟浮件的計(jì)算趨于尿一致。從比較為中我們可以發(fā)亮現(xiàn)，在冷負(fù)荷選的計(jì)算陳上喘ES暫P累計(jì)算出的結(jié)果浮普遍偏小，脂而繳SERIRE旋S弊計(jì)算出來(lái)的結(jié)摩果普遍偏大；宣在熱負(fù)荷的計(jì)血算上也濟(jì)是虹ES凳P逐計(jì)算出的結(jié)果口普遍偏小，瓦而鉗DOE-勝2盆和玩TAS淚E脹計(jì)算出的結(jié)果溉偏高。其中值毯得一提的是，信在不同案例的嗽比較中我們發(fā)特現(xiàn)物DeS怨T延在絕大多數(shù)案紋例中的計(jì)算結(jié)流果都接近各個(gè)桶軟件計(jì)算結(jié)果宰的數(shù)學(xué)平均值淺的位置。由此順我們可以有足真夠理由相棍信就DeS歉T欄在處理動(dòng)態(tài)能刺耗問(wèn)題上可以個(gè)計(jì)算出令人滿(mǎn)憑意的結(jié)果。特池別值得注意的墳第三張全年動(dòng)嗚態(tài)基礎(chǔ)室溫頻次率統(tǒng)計(jì)圖，我開(kāi)們知道每個(gè)時(shí)等刻的基礎(chǔ)室溫扯對(duì)這個(gè)時(shí)刻羨的計(jì)算負(fù)荷之曲間的密切聯(lián)系三，因而這張圖砌可以反映不同那軟件的逐時(shí)刻紀(jì)的動(dòng)態(tài)模擬能豆力。我們看治到剩DeS陵T彼不僅在冷熱負(fù)努荷的全年累計(jì)晝結(jié)果上能夠算惱出令人滿(mǎn)意的盤(pán)結(jié)果，在逐時(shí)票動(dòng)態(tài)室溫的模訪擬上，也和其裁他軟件計(jì)算的歷結(jié)果非常一致粥。綜上所述，循我們可以通過(guò)析不同案例的全浩面比較體環(huán)現(xiàn)齡DeS惡T仆計(jì)算結(jié)果的可反靠性。5.結(jié)論它通過(guò)上面各方茶面的討論，我諸們可以看到各純個(gè)建筑環(huán)境模揉擬軟件在使用牙和計(jì)算功能上酷以及處理實(shí)際爹案例時(shí)表現(xiàn)出乒的異同。在對(duì)蛋這些異同的比秩較中，我們看夫到這些軟件的賢不同特性，然廊而它們?cè)谔庪U(xiǎn)理驟ASHRAE弓140個(gè)P賄標(biāo)準(zhǔn)案例的時(shí)監(jiān)候又都能夠?qū)χ?biāo)準(zhǔn)案例表現(xiàn)竹出相似的結(jié)果睬。值得注意的演是，清華大學(xué)愚獨(dú)立開(kāi)發(fā)某的說(shuō)DeS候T同軟件在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)刑案例的計(jì)算中均達(dá)到了較好的您結(jié)果，在動(dòng)態(tài)策模擬方面的比矩較中也同樣表退現(xiàn)出令人滿(mǎn)意莊的結(jié)果。參考文獻(xiàn)：航1)Moh抬ammad怕SaadA灰l-Homo抬ud.Com五puter-沸aided扭buildi編ngene狗rgyan票alysis馳techn宿iques.奏Buildi季ngand使Envir叼onment電36(2膨001)4搶21-433旅2)Dru穩(wěn)ryB.C美rawley倍,Lind墻aK.La勿wrie,該Energy迎Plus:艷Energy娘Simul亭ation堂Progra親m,ASH躺RAEJo磚urnal寫(xiě)Featur輩es,Ap死ril20箏00名3)駕Drury糾B.Craw百leya,灑Linda兩K.Lawr癢ieb,F緣rederi泳ckC.W息inkelm鏡annc,江etc.申Energy宋Plus:就creati柜ngan數(shù)ew-gen疾eratio匙nbuil觸dinge貢nergy竭simula碧tionp坊rogram拉.吃Energy激andB母uildin倍g33/4源4)Dru骨ryB.C移rawley績(jī)a,Lin雖daK.L頭awrieb許,Fred借erick液C.Wink貧elmann煮c,etc李ENERG張YPLUS:既NEWC紹APABIL善ITIES婚INAW顧HOLE-B慢UILDIN談GENER見(jiàn)GYSIM答ULATIO稀NPROG妙RAMSe歷venth姥Intern毀ationa殘lIBPS臂AConf渴erence勝Riod蛇eJane揪iro,B壞razil鋪August法13-15鬼,2001棋5)Hid島eharu偵NIWA,禾N(yùn)obuo鞏NAKAHA漂RA,Ka濃nakoI撇TO,Ta亂keshi顛WATANA陷BE.Com定pariso滋nofV亦arious耐Simul復(fù)ation隸Progra