tuhvac：集成化的空调设计分析环境(1)

TUHVACTUHVAC：集成化的空调设计分析环境：集成化的空调设计分析环境(1)(1) TUHVAC:anintegratedevelopmentenvironmentfor HVACdesignandanalysis 1TUHVAC 的设计思想 目前世界上已出现多种版本的暖通空调 CAD 软件，这 些 CAD 软件多数还只是一个绘图工具，用来提高工作人员 的工作效率，仅有少数软件将一些设计计算与绘图相结合。 然而真正意义上的 CAD 概念是计算机辅助设计，也就是使 计算机在方案确定、设备选择、设计计算、材料统计、价 格概算及工程绘图等各方面全面地为设计人员服务，从而 真正提高设计质量和工作效率。由此看来，一个完整的 CAD 系统应具有三方面的功能； 数据库、知识库功能。能够存储各类设备信息（相 当于设备手册） 、设计参数（相当于设计手册）及国家标准 （相当于规范） 。设计人员能够方便地检索和使用这些信息。 计算功能。能够做多种计算分析以适应不同阶段的 设计要求。如系统参与能耗估算（用于制定初步设计方案） 、 设备选择计算、风道水管设计计算、系统全年模拟分析、 （以验证系统性能并对系统作全面评价） 、成本与运行费用 分析计算、动态模拟计算（以确定控制方案）等。 绘图功能。包括从初始阶段系统图的绘制到最终阶 段的施工图绘制。 对于如上要求的三方面功能，均有相应的软件可满足 要求。例如相当多的数据库程序可用于信息的存储和检索； BTP 可用于上述一些方案的设计计算；TRNSYS 和 HVACSIM 可用于全年模拟或动态计算；各种 CAD 工具则可用于工程 图绘制。然而，实际调查却发现，无论是在国内还是美、 日和欧洲的发达国家，数据库和设计分析软件都很少用于 实际的空调工程设计。究其原因，可以发现目前的软件存 在如下一些问题： 集成度不够，软件是联系差。数据库检索的信息不 能直接被计算程序所应用，计算程序所得的结果不能直接 被绘图工具利用。 就单一的计算过程来说，不同的程序仅能作某一种 分析计算，而要完成上述各种分析就必须使用不同的程序， 准备大量的数据文件，这是一项乏味、重复而且容易出错 的工作。 设备参数性能缺乏标准的描述方式。软件中所用的 设备描述方式与设备厂家所提供的性能描述方式往往不一 致，需要程序使用者去做数据转换。这需要很大的工作量， 有时是不切实际的。 软件界面简陋，极不好用。设计者如果不对软件本 身作详细的了解，就难以准确地知道其输入输出的实际意 义。设计人员为了能够利用这些软件解决设计中的实际问 题而不得不花大量的时间精力去弄懂每一个软件。作为软 件的使用者，并不愿意受软件的驱使，而希望作软件的主 人。一个好的软件应该从使用者处理要求很少而为使用者 提供最大的帮助，应服从于用户而并非让用户服从它，这 应是新一代软件的主要设计思想。 正是基于这样的设计思想，清华大学开发研制了 TUHVAC 系统，用于暖通空调系统设计、分析和评价。 2TUHVAC 的总体结构 TUHVAC 系统融合了数据库技术和模型求解理论，图 1 是 TUHVAC 总体结构图。它包含三个大的部分：用户图形界 面（GraphicUserInterface） 、数据库及系统描述 （Database&SystemDescription）和求解器 （TUSimulator） 。 图 1TUHVAC 总体结构图 系统运行时，用户利用图形界面描述空调系统，综合 利用数据库中设备库（CL）和知识库（BKD）的信息，描述 计算要求（SRF）并定义控制系统（CDF） ，从而生成该系统 的描述文件（SDF） ，求解器根据 SDF、SRF 和 CDF 的信息， 必要时还需要气象数据（WD）进行综合求解，并按输出数 据格式（CRF）输出求解结果。 整个过程中使用者的工作量很小，只需通过 GUI 描述 系统（这一过程也仅是一些选择过程） ，其他信息如设备库、 知识库均是以自然语言写成，使用者理解起来没有任何困 难，无需对软件本身有太多的了解。由于用户自己定义计 算要求、控制方案和输出格式，能够清楚地知道计算机在 干什么，自己可以从中得到什么，从而真正成为软件的主 人。 21 知识库（BKD） 知识库是专家系统中储存空调基本知识、设计经验、 评价标准以及国家规范的通用数据库。其中包括流体介质 如空气、水和 R22 的一些状态参数，i-d 图的有关知识，不 同量纲系统之间的互换关系，设计用的一些经验数据，系 统运行优劣的评价标准等。知识库具有可扩充性，随着系 统的完善和用户的增添而不断完备起来。 22 计算要求文件（SRF） 用户在 SRF 中定义分析计算的要求，即用户让求解程 序作何种计算分析，并且定义相应的计算要求，例如可以 有以下的计算种类：已知出、入口状态，求设备容量； 已知入口状态和设备性能，预测出口状态；系统初投 资概算；运行能耗分析；理想控制下逐时模拟；实 际控制下动态仿真。还应定义其他信息：输出结果参数、 时间步长、计算周期、CDF 文件名以及环境信息等。SDF 是 描述系统的组成，而 SRF 则是个体定义求解器对 SDF 作何 种计算。对于同一 SDF，可以有不同的 SRF 与不同的计算要 求相对应。 23 控制系统及方案定义（CDF） 当对系统进行逐时模拟、动态仿真和能耗分析时，求 解器必须知道系统的控制或运行调节方法。这些信息在 CDF 中定义，例如描述传感器位置、执行器类型、控制方案及 算法等。 控制算法是由一组很多的 IF-THEN 格式的规则构成， 每条规则表述为： 时间间隔 IF 条件 THEN 动作 其意义表示每隔一个时间间隔，如果所列条件满足， 就执行相应的动作。条件是测量参数的控制变量的逻辑表 达式，动作是模拟实际运行的动作，如送值到控制参数或 送开关命令到执行器。TUHVAC 编译它们后形成控制命令， 求解器在模拟仿真时，不断扫描所有规则，搜索出满足条 件的控制规则并执行。 摘要 测试了圆管内旋转流的流场分布，在此基础上计算 分析了颗粒在旋转流场中