建筑能耗模拟方法简介

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1、,建筑能耗模拟方法简介,2,设计基础,建筑 冷热负荷 和 电负荷 的逐时准确计算、模拟是三联供系统优化配置与运行分析的基础。 建筑全能耗分析软件的计算方法一般都是基于动态的环境;为保证计算结果的准确度,软件都需要室外逐时的气象数据或典型气象年数据,而且需要尽可能详细的体型描述数据及相应的热工性能数据。,3,建筑全能耗分析软件：,DOE-2 EnergyPlus eQuest TRNSYS ESP-r 中国的DeST、CHEC等等。,这些软件具有各自的特点 例如，DOE-2能够准确地模拟较复杂的围护结构的负荷，TRNSYS在模拟空调系统时能够提供最大的灵活性,4,建筑全能耗分析软件：,在美国有两

2、个著名的建筑模拟程序：BLAST和DOE-2 欧洲代表性的软件是ESP-r 国内有影响力的模拟软件是清华大学开发的DeST（前身是BTP）,5,DOE-2是公认的最经典的建筑能耗模拟软件之一,DOE-2可以提供整幢建筑物每小时的能量消耗分析,用于计算系统运行过程中的能效和总费用,也可以用来分析围护结构（包括屋顶、外墙、外窗、地面、楼板、内墙等）、空调系统,电器设备和照明对能耗的影响。 其输入方法为手写编程的形式，要求用户手写输入文件，输入、输出档格式均为英文，且格式要求比较严格，对于中国用户来说不易上手。但DOE-2有大量的数据库和研究文献,用户可以通过学习比较详细的了解运用。,1,6,Ene

3、rgyPlus是在BLAST和DOE-2的基础上开发的,EnergyPlus是一个建筑能耗逐时模拟引擎,采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法来模拟建筑系统的实际运行状况，从而预测年运行能耗和费用的软件； 在计算负荷时，时间步长可由用户选择，一般为10到15分钟。在系统的模拟中，软件会自动设定更短的步长（小至数秒，大至1小时）以便于更快地收敛。EnergyPlus采用CTF来计算墙体传热，采用热平衡法计算负荷。,2,7,EnergyPlus是在BLAST和DOE-2的基础上开发的,采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法 在计算负荷时，用户可以定义小于1个小时的时间步长；在系统模拟中，时间步

4、长自动调整，以加快收敛。 采用热平衡法模拟负荷 采用联立的传热和传质模型对墙体的传热和传湿进行模拟 采用各向异性的天空模型以改进倾斜表面的天空散射强度 先进的窗户传热的计算，可以模拟包括可控的遮阳装置、可调光的电铬玻璃等 它在处理建筑热过程的时候,考虑到了很多方面的因素, 包括建筑的遮挡、 绿化、风、光、雨、雪等,EnergyPlus具有以下主要特点：,8,EnergyPlus是在BLAST和DOE-2的基础上开发的,EnergyPlus运算时间相对于DOE-2来说要长许多,EnergyPlus对暖通空调系统控制方式的模拟能力较弱,它通常假定设备的调节为理想化的连续调节,这对于设备部分负荷运行

5、时的模拟是不太准确的。,另外,EnergyPlus不稳定，不太容易收敛并且经济性分析较为简单。,劣势,9,eQuest简介,计算软件根据室外气象条件 围护结构情况 采用一种正向思维计算出室内温度以及室内得热量进而计算出负荷 它的计算过程是一个动态平衡的过程 后一时刻室内温度 冷热负荷以及供暖空调设备的耗电量要受前一时刻的影响 可根据输入的建筑情况 建筑结构 围护结构材料 供暖空调方式与系统布置形式 室内人员活动规律 照明设备情况 和室内设计温度值 计算出建筑的全年动态能耗,3,10,eQuest简介,eQuest则简化了DOE-2建模的过程。 8760小时（全年）能耗模拟 特定的工作日类型：每

6、一个season里可设置3种工作日（周一到周五，周日，节假日），可最多设置52个season。 定义能源价格的方式：分时定价，按容量定价，统一定价 eQuest能够模拟的一些特殊的空调系统 热电联产、蓄能系统、光电转换,优势,11,eQuest运算时间相对于DOE-2来说要长许多,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，比如他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,12,TRNSYS,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； 形成终端用户程序，为非TRNSYS用户提供方便； 输出结果可在线输出100多

7、个系统变量，可形成EXCEL计算文件； 与EnergyPlus、MATLAB等其它软件建立链接。,4,软件具有以下主要特点：,13,TRNSYS,优势,在新能源系统尤其是太阳能系统的模拟上具有其它软件无法比拟的优势。,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,14,TRNSYS,劣势,但它在建筑负荷以及建筑热性能的模拟上偏弱。它所设定的建筑模型比较简单,很难完成复杂建筑的描述,如不能按照建筑实际外形建立模型、 没有建筑阴影的计算、处理自然通风和渗透通风等问题时需要借助其它软件,该软件立足于系统而不是建筑,它在模拟系统

8、、设备和控制方式的最优化问题以及系统中参数监测等问题时相对于EnergyPlus和 DOE-2有优势,15,ESP-r,功能： ESP-r 在欧洲应用非常广泛，是一个集成化的模拟分析工具，除了可以模拟建筑中的声、光、热以及流体流动等现象外，还可以对建筑能耗以及温室气体排放作出评估，可以对建筑的采暖、通风、制冷设备的容量及效率作出综合的评估。 除此之外，该软件还集成了对新的可再生能源技术 ( 如光伏系统、风力系统等 ) 的分析手段。,5,16,ESP-r,ESP-r特点,2）对于设备侧可以进行HVAC,太阳能设备，光电板等进行模拟各个模拟模块可以独立模拟，也可以整体模拟，可以得到很详细结果,1）

9、对于建筑侧进行很详细的模拟，包括 建筑传热，遮阳分析,17,DeST,DeST由清华大学空调实验室研制开发。DeST通过采用逆向的求解过程;基于全工况的设计, DeST在每一个设计阶段都计算出逐时的各项要求(风量、送风状态、水量等等),使得设计可以从传统的单点设计拓展到全工况设计,6,两个版本,应用于商业建筑的商建版本（DeST-c）,应用于住宅建筑的住宅版本（DeST-h）,18,DeST,功能：1）建筑物全年的逐时能耗模拟计算；2）冷热电联产系统模拟计算；3）太阳能（光热和光伏）模拟计算；4）地板辐射供暖、供冷系统模拟计算；5）蓄冷、蓄热系统模拟计算；6）优化空调系统方案，预测系统运行费用

10、；7）燃料电池系统模拟计算；,19,DeST,由于目前我国还没有完整的气象数据文件,DeST的气象数据库是实测结合拟合得到的, 一般认为在能耗模拟中还是应该使用逐时气象数据,拟合的结果会给计算的准确性带来隐患。,优势,1）在组件的扩充上没有TRNSYS方便； 2）控制方式也没有TRNSYS多样灵活； 3）本身所包含的设备和系统数目也没有 TRNSYS等软件丰富。,步长选取比较灵活，但用户必须自己建模；可求解复杂的建筑,它考虑了邻室房间的热影响,可以对围护结构和房间联立方程求解。,劣势,20,住宅建筑热环境模拟工具包（简称“DeST-h”）,DeST-h主要用于住宅建筑热特性的影响因素分析、住宅

11、建筑热特性指标的计算、住宅建筑的全年动态负荷计算、住宅室温计算、末端设备系统经济性分析等领域。,技术特色,4.1 精确模拟建筑中各房间的室温状况 4.2 精确模拟夜间通风对室内热环境的影响 4.3 精确模拟邻室传热对各房间热环境的影响 4.4 精确模拟间歇空调启停对于装机容量和运 行能耗的影响 4.5 精确模拟内外保温对于空调供暖负荷的影响,21,商业建筑热环境模拟工具包（简称“DeST-c”）,DeST-c对商业建筑的模拟分成建筑室内热环境模拟、空调方案模拟、输配系统模拟、冷热源经济性分析几个阶段; DeST-c先后应用于国家大剧院、深圳文化中心、西西工程等大型商业建筑的设计过程，并对中央电

12、视台、解放军总医院、北京城乡贸易中心、发展大厦等多栋建筑空调系统改造进行模拟给出改造方案。,22,CHEC,1）CHEC软件最大的特点是便捷的输入方式，设计师可以采用自己绘制的CAD图纸直接进行模型数据的转换,无需用户手写输入。 2）CHEC软件比较注重和各地的节能规范相结合,注重各地的材料使用和气候差异,可以生成完全符合各地审查规范要求的计算报告书。该软件采用DOE-2软件作为计算内核，完全按照夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准进行编制，通过调用DOE-2内核,模拟全年的气象数据,进行全年的动态能耗模拟分析,生成详尽的空调采暖全年能耗报告。,7,Company name,23,“逐时能源负荷分

13、摊比例”的方法,电力负荷的大小及逐时变化特征与建筑物内各种用电设备的安装功率、设备的耗电性能及作息时间直接相关。由于建筑物内用电设备的使用及人员的作息时间具有很大的随机性，我们很难根据耗电设备来准确预测逐时电负荷。,8,优势,它可以同时计算出全年逐时冷热电负荷，能够很方便地统计出热电比，这在很多负荷计算软件中是做不到的,冷热负荷,主要包括空调冷负荷、空调热负荷以及生活热水负荷，,主要由建筑物内各种用电设备造成,电力负荷,24,“逐时能源负荷分摊比例”的方法,在进行逐时冷热电负荷计算时，不考虑耗电设备的直接影响，而是在针对建筑类型进行市场调查研究的基础上来进行预测的。其步骤如下：,(1)对建筑使

14、用功能进行分析； (2)对该气候区域内的同类建筑的能耗状况进行调查，得到单位面积的平均耗能量； (3)采用日本三联供设计手册中的相关数据，利用小时能源负荷分摊比例的方法，根据调查到的数据，对逐时冷热电负荷进行模拟计算，其计算流程如图1所示。,25,负荷因子计算方法,传统的设计方法可以初步确定机组的容量。但由于设计负荷不能反映出不同建筑类型负荷的逐时变化特点，不能反映热电冷负荷间的相互作甩与联系，方案也就不能给出各个不同时段机组具体的运行策略，不能对系统进行全年逐时的技术经济模拟分析 而学者Michael提出的负荷系列法，将全年冷热负荷的逐时变化利用对典型天负荷进行三角变换而获得（补充：同种类型

15、建筑来说，负荷的逐时变化特点可以利用一个反映该建筑类型属性的无因次因子来表述，我们把这无因次因子称为“负荷因子”，它反映的是负荷的逐时变化信息，是一个介于O1之间逐时变化的无量纲数。）,9,26,负荷因子计算方法,根据用电设备的耗电关系，建筑电负荷分为两类,空调耗电“负荷因子”与冷热“负荷因子存在一定的函数关系，具体数值与所选择的空调系统相关；,建筑功能电“负荷因子”主要与建筑的使用功能及属性有关。电力负荷的大小及逐时变化特征与建筑物内各种用电设备的安装功率、设备的耗电使用性能及作息时问直接相关。,与建筑使用功能相关的电负荷，包括照明、常用电器、运输设备等。,与冷热负荷相关的空调耗电负荷,Company name,27,负荷因子计算方法,该方法虽然计算方便，但物理概念不清晰，预测误差较大。,Thank You !,