《零碳建筑技术概论》 课件 第12章 零碳建筑设计方法

零碳建筑技术概论第十二章零碳建筑设计方法时间：2022.08CONTENTS目录1.1基于计算机动态能耗模拟的零碳建筑设计方法1.2建筑能耗模拟计算机软件对比与分析1.3建筑能耗动态模拟1.4建筑性能化设计步骤PPT模板下载：/moban/行业PPT模板：/hangye/节日PPT模板：/jieri/PPT素材下载：/sucai/PPT背景图片：/beijing/PPT图表下载：/tubiao/优秀PPT下载：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/资料下载：/ziliao/PPT课件下载：/kejian/范文下载：/fanwen/试卷下载：/shiti/教案下载：/jiaoan/PPT论坛：

3零碳建筑设计思路近零能耗零碳零碳建筑的设计，首先考虑建筑能效的提升，最大限度地减少能源的消耗。在建筑能效最大化利用之后，即对建筑能源消耗量压缩到最少，考虑可再生能源替代，可再生能源替代化石能源，减少由于化石能源的使用造成的碳排放。4015基于计算机动态能耗模拟的零碳建筑设计方法61.1基于计算机动态能耗模拟的零碳建筑设计方法performanceorienteddesign性能化设计方法就是指以建筑室内环境参数和能耗指标为性能目标，利用能耗模拟计算软件，对设计方案进行逐步优化，最终达到预定性能目标要求的设计过程。建筑能耗的研究方法实测和实验模拟计算7对实际建筑在正常运行工况下直接测量。对实际建筑及其过程用功能相似的实物在实验室进行测试。采用数学模型对实际建筑和系统的物理特性进行描述，运用数学运算进行模拟和分析。建筑能耗模拟计算方法准稳态计算动态计算8简化的准稳态计算法的计算时间尺度相对较长，比如1个月或者1个季度。动态计算方法时间尺度较短，一般为1h或更短，需要逐时求解，一年就是8760小时。01基于动态能耗模拟的零碳建筑设计方法由于外扰全年逐时在变化，因此经建筑物的围护结构的传热是个不稳定过程。围护结构具有蓄热作用，所以经围护结构得热量与外扰之间存在衰减和延迟的关系。在得热量形成冷负荷过程中，由于各围护结构的内表面和家具的蓄热作用，冷负荷和得热量并不相等，之间也存在相位差和幅度差。建筑的能耗不仅包括围护结构的能耗，还包括建筑设备系统、照明系统等的能耗，建筑与环境、设备系统之间，也存在动态作用。90210建筑能耗模拟计算机软件对比与分析建筑全能耗分析软件IESVETRNSYS11ESP-rDOE-2DeSTeQuestEnergyPlusTasTRNSYS

TRNSYS软件开发背景12TRNSYS（TransientSystemSimulation，瞬态模拟系统）最早是由美国的威斯康星-麦迪逊大学太阳能实验室研发的，后来在法国的建筑技术与科学研究中心（CSTB）、德国的太阳能技术研究中心（TRANSSOLAR）还有美国热能研究中心（TESS）的共同努力下逐步完善的。TRNSYS

TRNSYS软件构成13

TRNSYSSimulationStudioTRNBuildTRNEditTRNOPT调用模块，搭建模拟平台，用户可以修改或者添加模块输入建筑模型进行最优化模拟计算TRNExe形成终端用户程序形成终端用户程序TRNSYS

TRNSYS软件特色14

特色一TRNSYS软件最大的特色在于其具有模块化结构。特色二TRNSYS软件另一个主要特色是它立足于系统而不是建筑。TRNSYS

15

优势TRNSYS具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。TRNSYS具有许多以用户为中心的功能，使它成为最灵活的模拟系统之一。TRNSYS在建筑负荷以及建筑热性能的模拟上偏弱。它所建立的建筑模型比较简单，很难完成比较复杂建筑的描述，如不能按照实际建筑外形建立物理模型、没有建筑阴影的计算、处理自然通风和渗透通风等问题时通常需要借助其它软件等。劣势TRNSYS

TRNSYS软件特点1603能进行3D建模。TRNSYS17与GoogleSketchUp有接口，能在SketchUp软件中进行三维建模，并导入到TRNSYS17中。02与FLUENT、MATLAB等众多软件都有接口，可以很方便地完成调用，进行计算。01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；04TRNSYS软件可以识别任何格式的气象数据，甚至是最底层的TXT格式的气象数据也可以识别。05TRNSYS可以调用其它的能耗模拟软件的负荷计算结果，完成系统能耗的计算与优化。TRNSYS

TRNSYS软件特点1708输出结果可在线输出100多个系统变量，可形成Excel计算文件。07能形成终端用户程序，为非TRNSYS用户提供方便。06全面性。09TRNSYS软件有专门的控制模块库，合理地选用模块并进行组合可以得到任意的控制方案。10软件模块化设计，很方便进行系统搭接，对于复合式系统，当系统配置较为复杂时，软件优势可以得到充分体现。DOE-2

DOE-2软件开发背景18DOE-2是美国能源部和劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）研发的，它在1979年首次发布，是开发最早应用也最广泛的模拟软件之一，并作为计算核心衍生了一系列模拟软件，如eQuest，VisualDOE等。DOE-2

DOE-2建筑能耗分析流程19负荷模拟系统模拟气象数据文件用户数据文件建筑材料数据库围护结构构造数据库建筑描述预处理程序机房模拟经济分析ESP-r

ESP-r软件开发背景20

ESP-r（EnergySimulationProgramforResearch）是由英国Strathcly大学能量系统研究组于20世纪70年代开发的，它是研究版建筑能耗模拟软件，源代码开放，可以免费使用，既可用于建筑也可用于设备系统能耗的动态模拟。ESP-r

21

ESP-r软件的劣势在于其功能过于强大，对使用者专业性要求非常高，需要用户对各个系统都有一定程度的了解，才能正确完成输入参数的设置，影响了软件使用推广。劣势IESVE

IESVE软件开发背景22

IESVE（VirtualEnvironment，虚拟环境实验室）是英国IES（IntegratedEnvironmentSolutions）公司研发的一款动态能耗模拟软件，它是IES公司的旗舰产品。它以ESP-r为计算内核。IESVE

23

优势它提供了许多可独立使用的模块，这些模块共享信息，提高了模拟的效率，节省了设计人员的时间。例如，辐射模块Radiance的设置能够将日照的信息导入到热模拟中，并允许热模拟中利用日光照度控制电灯的开启，使设计人员能够在同一系列模拟工具中对建筑物进行优化，从而提高设计效率。主要是该软件在建模上较弱，在模型的导入上也不方便快捷。IESVE功能过于强大，需要拥有经验的使用者才能熟练地操作它。与EnergyPlus或TRNSYS不同，这款软件是一个封闭的系统，加入第三方模块很困难。而且它不支持透明的保温材料，相变材料，蒸发冷却和其它一些以前不常见但现在应用却越来越多的材料和系统，这些材料和系统有可能对零碳建筑设计有着非常重要的作用。劣势DeSTDeST软件开发背景24

DeST（Designer’sSimulationToolkit）是清华大学发的以AutoCAD为图形界面的建筑能耗模拟软件。DeST是我国第一款中文界面的能耗模拟软件，填补了国产模拟软件的空白，为国内建筑设计、科研、教学工作提供了极大的方便。DeST已经成为和Energyplus、DOE-2、TRNSYS等一样的获得国际认可的世界主流的建筑能耗模拟软件，处于世界领先地位。DeST

25

DeST与国际上其它建筑全能耗模拟软件的最大区别是，它不需要在整个建筑和设备系统全部完成后才开始模拟，而能够在不同的设计阶段完成不同的模拟任务，实现“分阶段设计”、“分阶段模拟”。优势DeST

DeST软件功能模块26DeST功能模块室温计算空调系统方案空气处理设备模拟冷冻站模拟经济性分析采光计算建筑阴影计算通风计算EnergyPlus27EnergyPlus软件开发背景EnergyPlus是在美国能源部支持下，由美国劳伦斯伯克利国家实验室、伊利诺伊大学、美国军事建筑工程研究实验室、俄克拉荷马大学等单位在DOE-2和BLAST的基础上，共同开发的一款建筑能耗逐时模拟引擎，被认为是用来替代DOE-2的新一代的建筑全能耗分析软件。EnergyPlus

EnergyPlus软件特点2803用CTF热传导传递函数法（conductiontransferfunctions）来计算墙体、屋顶、地板等围护结构的瞬态传热。02采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。01代码开放。04采用热平衡法计算负荷。负荷计算时，用户可以定义小于1小时的时间步长。05先进的窗户传热的计算，可模拟可控遮阳装置、可调光的电铬玻璃等。EnergyPlus

EnergyPlus软件特点2908天然采光的模拟包括室内照度的计算、眩光的模拟和控制、人工照明的减少对负荷的影响等。07采用各向异性的天空模型对DOE-2的天然采光模型进行了改进，能更精确地模拟倾斜表面的天空散射强度。06对土壤传热的模拟采用三维有限差分土壤模型和简化的解析方法。09采用基于人体活动量、室内温湿度等参数的热舒适模型模拟热舒适度。10采用环路可调整结构模拟空调系统，用户可以模拟典型的系统，而无需修改源程序。EnergyPlus

3011可与一些常用的模拟软件如TRNSYS、COMIS等进行链接。EnergyPlus模块结构eQuest31eQuest软件开发背景eQuest是在美国能源部和电力研究院的资助下，由美国劳伦斯伯克利国家实验室和J.J.Hirsch及其联盟共同开发的一款免费能耗模拟软件。研发该软件的目的就是让逐时能耗模拟能够为更多的普通设计人员更方便地使用。eQuest是在DOE-2基础上开发的，是基于DOE-2的软件中最为优秀的一款。eQuest

32

优势它是一款免费的软件。适用建筑设计的各个阶段，包括概念设计阶段，对任何设计团队（建筑师或者设备工程师）都适用。eQuest采用DOE-2.2+Wizards（向导）+Graphics（图形）模式。eQuest的计算核心是DOE-2的高级版本DOE-2.2。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，比如它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TasTas软件开发背景33

EDSL（EnviromentDesignSolutionLtd.）公司成立于1989年，总部位于英国伦敦。它开发的Tas（ThermalAnalysisSimulation）是一个综合三维建模、采光分析、通风优化、空调设备布置与优化、能耗计算、CFD模拟、碳排放与经济性分析为一体的建筑能耗模拟软件。TasTas软件的构成34

建立三维模型设置参数，进行负荷计算负荷结果空调系统设计Tas管理器3DModellerBuildingSimulatorResultViewerSystemsTas

35

优势具有交互式图形用户界面，可以建立3D建筑模型。它还允许将所需的组件（如围护结构、内部条件、天气等）从本地应用中拖放到建筑模拟器中，这大大缩短了模拟准备时间。由于最短的模拟时间步长为1小时，因此模拟速度很快。虽然Tas不如EnergyPlus或TRNSYS全面，但在软件复杂性和用户界面之间做了很好地平衡，为了动态模拟的快速发展做了贡献。。Tas不像其他一些模拟软件比如EnergyPlus和TRNSYS等那么详细。而且Tas也不是很开放，软件进一步发展只能靠自身的研发团队，并不能依靠第三方。所以它未来的发展受到限制。劣势031.3建筑能耗动态模拟建筑能耗动态模拟建立建筑能耗动态模拟模型模型运行与结果分析36零碳建筑的设计需要考虑的因素37建筑保温；建筑场所条件：太阳辐射、建筑朝向、主导方向、场地配置、建筑物遮挡等；建筑气密性；建筑几何尺寸；气候条件：建筑所在地的气候条件，同时需要考虑到建筑所在地未来气候变化；零碳建筑的设计需要考虑的因素38人工照明；自然通风；可再生能源系统；天然采光；被动太阳得热；内部得热；额外的供热或者制冷；建筑能耗动态模拟39

动态能耗模拟方法有顺序模拟法和同步模拟法两种。气象参数建筑描述HVAC系统资料机组资料建筑负荷计算机房模拟经济性分析经济性参数HVAC系统模拟建筑负荷计算气象参数建筑描述HVAC系统资料机组资料经济性参数机房模拟经济性分析HVAC系统模拟顺序模拟同步模拟一、建立建筑能耗