des与其它建筑环境模拟软件的比较

DeST与其它建筑环境模拟软件的比较分析摘要：近年来世界各国发展出了很多的建筑热环境的动态模拟软件，清华大学也开发出一套全年动态能耗模拟分析软件DeST。本文的主要工作是通过对这些软件进行ASHRAE-140标准案例的测试计算，分析比较这些软件处理各种基本问题的计算模拟能力，以达到较全面认识各种软件处理问题能力的目的。本文从不同案例、不同角度比较DeST与其它各个软件处理能力的异同，这些比较案例的结果也可以作为检验一个建筑模拟软件是否运行良好的参考标准。关键字：DeST建筑模拟ASHRAE-1401.绪论建筑热环境的全年动态模拟在理论上已经基本逐渐发展成熟。现行计算分析的方法很多，例如有限差分法，反应系数法，谐波反应法，状态空间法等。它们通过采用数值或者分析求解的方法都可以在计算机上模拟出很好的结果，自20世纪60年代到今天，世界各国都相继开发出一些很好的能耗模拟软件，可以很方便的对建筑物全年动态能耗进行建模计算。其中比较著名的包括美国能源部开发的DOE-2，美国国防部开发的BLAST，英国开发的ESP，美国最近开发出来的ENERGY-PLUS，此外还有SRES/SUN,SERIRES,S3PAS,TRNSYS,TASE。我国清华大学也独立研究开发了一套功能齐全的全年动态能耗模拟软件，DeST(Designer'sSimulationToolkit)。DeST与世界上其他软件各自的特点和处理能力的异同正是本文下面要研究的主要内容。2.背景和意义统计结果表明，世界上大概有三分之一的能量被消耗在了建筑物上。从这个意义上说，建筑物的无谓耗能也是全球温室效应，臭氧空洞等环境问题的主要原因之一。从20世纪60年代开始，已经开始有越来越多的科学家重视到这个问题，节省能耗问题也开始变成世界科学界的一个挑战。Mohammad【1】在文章中具体分析了建筑能耗分析的巨大意义，并强调说“预防总好于维护”(“Preventionisbetterthancure”)：1）建筑物的使用时间很长，设计一旦被决定，就将被使用相当长的一段时间。2）越早期的方案决策对改善建筑物的节能表现越有效，而后期的维护耗资巨大却收效较小。3）绝大多数的建筑不能没有空调通风系统，因此对于这些建筑的能耗分析十分必要。正是意识到这些重要意义，世界各国开始加紧对建筑能耗的分析和预测工作。从20世纪60年代到今天，世界各国都相继开发出一些很好的模拟软件，可以很方便的对建筑物进行全年动态模拟。其中比较著名的包括美国能源部主持开发的DOE-2，美国国防部主持开发的BLAST，英国开发的ESP，美国最近开发出来的ENERGY-PLUS，此外还有SRES/SUN,SERIRES,S3PAS,TRNSYS,TASE。我们清华大学也自行独立研究开发了一套功能齐全的全年动态能耗模拟软件，DeST(Designer'sSimulationToolkit)。本文就将从基本功能，负荷计算，设备计算等方面具体分析这些软件的异同，并用美国暖通空调协会（ASHRAE）2001年公布的建筑能耗计算标准140P协议中的案例来做为检验案例，让不同软件处理同样案例，观察各个软件的不同表现。3.软件特性和功能比较下面主要对各个软件在基本使用特性，负荷计算能力和设备计算兼容性方面做了细致比较。比较的主要依据来源于三个方面：1）美国能源部的DruryB.Crawley，美国国防部建筑工程实验室的LindaK.Lawrieb，劳伦斯－伯克力国家实验室的FrederickC.Winkelmannc和几位知名大学的教授共同为介绍新软件ENERGY-PLUS写的几篇文章【2】【3】【4】，文章中将以前的建筑能耗软件与新开发的ENERGYPLUS做了详细比较，从这些软件开发者的评论中我们可以很好看到这些软件的特点。2）另一篇重要文章是日本日建设计的丹羽英治和名古屋大学的中原信生等教授介绍DeST和其它一些建筑能耗软件的一系列文章【5】，这些文章从不同角度比较计算了各个软件处理问题的异同，也是权威的比较依据。3）各个软件的工程手册。3.1基本特性比较表1基本特性比较表菌

异DOE-2秆BLAST悠IBLAST纳Energy按-plus爆DeST辽结果同时性题党食ü筹ü裳ü给多种时间间隔碰自动选择发熔何ü遇ü绣掏输出界面崭宾堪吼ü说ü艰自定义输出报摇表箩昼稍角ü丛ü3.2负荷计算能力比较形表译2蠢努建筑负荷分析尺计算能力比贫较凡踩比较方面健DOE-2且BLAST遮IBLAST返Energy叉Plus回DeST断房间热平衡计医算方程角酬ü焦ü否ü锈ü只建筑热平衡计队算方程芦穴秃嫂寒ü糕内表面对流传福热计算济峰轻ü滔ü胡ü污内表面之间长蚕波互辐射炉殖杨雅ü膛ü围邻室传热模型咱问遭鹰粉ü挠湿度计算慧挂喊ü增ü门ü剪热舒适计算晶垄ü救ü指ü姨我天空背景辐射陕模型凤ü剖语披ü娃ü制窗体模型计算救ü剧娇雹ü卡ü挪太阳透射分配桐模型裤ü筋哭凶ü兴ü位日光模型计算戏ü放稿突ü着寨3.3程殃设备计算兼容催性比较冬表参3主申设备计算兼容库性能力比理较毁涌比较方面荡DOE-2优BLAST悦IBLAST看Energy坟Plus黎DeST求水循环计算毯济摔唉ü滴ü败送风回风循环搞计算爱蔬喜昏ü载ü贩用户自定义空偏调设备素滤澡渐ü涛ü宏有害颗粒物浓秀度计算块ü塘ü仔务ü锄包与其他软件链展接联合计算形手茧击ü璃ü曲4.ASHR诉AE140仇P慰标准案例比较载我们选择美国妈暖通空调工程投师协努会驾ASHRA石E毫（否Americ姓anSoc谣ietyo嘉fHeat芽ing,R猾efrige策rating挠andA塘ir-con镇dition迁ingEn务gineer呈s变）锈200课0案－脾200僚1饥年组织设计的引这惹个任140谊P决标准算例来比度较评价各种建难筑能耗动态模征拟软件的异同嘴【议6选】。这套算例市是拍ASHRA国E忘精心为建筑能故耗的动态模拟栋而专门设计的千标准算例，可控以作为检验标蚊准来检验软件腹的计算结果。碍这套算例严格笨规定了气象参帮数、几何描述掀（如右图）、昏材料性质、地雾表参数、通风坛设定、内热扰增、不透过壁体名的辐射性质、抬外表面对流辐践射综合系数、剃内表面对流辐享射综合系数、失窗户材料参数姿、太阳光分配锦比率、设备参尿数、系统控制酿策略的参数数摘值（具体参数孤设置请参阅文匙献妖【起6京】），在这样慨的设定工况下拜，各个软件应司该对同一个案峰例表现出近似谎的模拟结果，遍将这些结果放覆在一起便容易俯分析出各个软栋件计算能力之复间的异同。铺本文选出的六若种有代表性的块案例进行比较车分析，有稳态泥的也有非稳态拘的，围护结构慎特点和控制策轰略也各有变化庄。绿Baseca哗se60闸0穿是最基本的情汤况，墙壁较薄滴，仅有南向两允面外窗授。下Baseca冤se62遵0握也是基本情况咬，墙壁较薄，填外窗改成东西倒向各一面，总到大小不变，其棒他条件也不变为。珠Baseca罗se64屿0无在恋Baseca酷se60推0贞的基础上加入腿对房间空气控腹制温度的逐时墓变化辰。殃Case90挺0亭是较复杂的非修稳态情况，墙不壁材料厚，材拌料分层，每层恰材料的性质和痒厚度给出，其蛮它参数同龟于宋Baseca摸se60素0测。财Case92洗0撑比坑Case90边0愈的不同在于把烤南向两面外窗雄改成东西向各态一面窗，总大概小保持一致通。暂Case94锋0演在饮Case90门0远的基础上加入些了房间温度控济制策略。度我们选择比较至的软件主要有瞎：题DeS尊T多，极ESP,B跌LAST,趴DOE-2,渠SRES/尸SUN,S多ERIRES蛇,S3PA守S,TRN醉SYS,T搁ASE,E啄NERGYP膜LU常S穿。基本覆盖了滥现在较为主要析的动态能耗模瑞拟软件。已4.1醒伯全年动态冷负网荷累计结果享图坦2佳馆全年动态冷负宰荷累计结果揭4.3狸赚全年动态基础理室温频率统计闻结果础图宗4杠在全年动态基础激室温频率统计研图街图中横坐标表唯示基础室温（瑞自然室温，没的有任何空调设京备下的室内温塘度），纵坐标冰表示对应的基类础室温在全年妹出现的次数。唉这张图可以比仰较各个软件处逗理动态瞬时负握荷特性的能力技。摘4.4馅冶比较分析和说梁明押从上面的三张驾统计图中，我曲们可以清楚的端看到，依息据恰ASHRAE征-14停0苦标准设定之后起，各种常用软浮件的计算趋于尿一致。从比较为中我们可以发亮现，在冷负荷选的计算陈上喘ES暂P累计算出的结果浮普遍偏小，脂而缴SERIRE旋S弊计算出来的结摩果普遍偏大；宣在热负荷的计血算上也济是虹ES凳P逐计算出的结果口普遍偏小，瓦而钳DOE-胜2盆和玩TAS泪E胀计算出的结果溉偏高。其中值毯得一提的是，信在不同案例的嗽比较中我们发特现物DeS怨T延在绝大多数案纹例中的计算结流果都接近各个桶软件计算结果宰的数学平均值浅的位置。由此顺我们可以有足真够理由相棍信就DeS歉T栏在处理动态能刺耗问题上可以个计算出令人满凭意的结果。特池别值得注意的坟第三张全年动呜态基础室温频次率统计图，我开们知道每个时等刻的基础室温扯对这个时刻羡的计算负荷之曲间的密切联系三，因而这张图砌可以反映不同那软件的逐时刻纪的动态模拟能豆力。我们看治到剩DeS陵T彼不仅在冷热负努荷的全年累计昼结果上能够算恼出令人满意的盘结果，在逐时票动态室温的模访拟上，也和其裁他软件计算的历结果非常一致粥。综上所述，循我们可以通过析不同案例的全浩面比较体环现龄DeS恶T仆计算结果的可反靠性。5.结论它通过上面各方茶面的讨论，我诸们可以看到各纯个建筑环境模揉拟软件在使用牙和计算功能上酷以及处理实际爹案例时表现出乒的异同。在对蛋这些异同的比秩较中，我们看夫到这些软件的贤不同特性，然廊而它们在处险理骤ASHRAE弓140个P贿标准案例的时监候又都能够对芝标准案例表现竹出相似的结果睬。值得注意的演是，清华大学愚独立开发某的说DeS候T同软件在对标准刑案例的计算中均达到了较好的您结果，在动态策模拟方面的比矩较中也同样表退现出令人满意庄的结果。参考文献：航1)Moh抬ammad怕SaadA灰l-Homo抬ud.Com五puter-沸aided扭buildi编ngene狗rgyan票alysis驰techn宿iques.奏Buildi季ngand使Envir叼onment电36(2膨001)4抢21-433旅2)Dru稳ryB.C美rawley倍,Lind墙aK.La勿wrie,该Energy迎Plus:艳Energy娘Simul亭ation堂Progra亲m,ASH躺RAEJo砖urnal写Featur辈es,Ap死ril20筝00名3)驾Drury纠B.Craw百leya,洒Linda两K.Lawr痒ieb,F缘rederi泳ckC.W息inkelm镜annc,江etc.申Energy宋Plus:就creati柜ngan数ew-gen疾eratio匙nbuil触dinge贡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绩a,Lin虽daK.L头awrieb许,Fred借erick液C.Wink贫elmann煮c,etc李ENERG张YPLUS:既NEWC绍APABIL善ITIES婚INAW顾HOLE-B慢UILDIN谈GENER见GYSIM答ULATIO稀NPROG妙RAMSe历venth姥Intern毁ationa残lIBPS臂AConf渴erence胜Riod蛇eJane揪iro,B坏razil铺August法13-15鬼,2001棋5)Hid岛eharu侦NIWA,禾Nobuo巩NAKAHA漂RA,Ka浓nakoI撇TO,Ta乱keshi颠WATANA陷BE.Com定pariso滋nofV亦arious耐Simul复ation隶Progra