空调负荷计算软件对比报告

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1、国内外空调负荷计算软件的对比分析报告1 几种常见空调动态负荷计算的基本方法及原理介绍 在建筑热环境的全年动态模拟上,理论上已经逐渐发展成熟,分析方法很多,有谐波反应法、反 应系数法、Z传递函数法等。不同的算法即是空调负荷计算软件的基础。1.1 谐波反应法 室外空气综合温度作用下形成空调负荷有两个过程：一是室外综合温度作用（外扰） 产生室内得热量；另一个是室内得热量经围护结构和室内家俱等吸热、放热，最后形 成冷负荷的过程。两者的共同点是扰量具有周期性和围护结构及整个房间对扰量具有 衰减和延迟作用。谐波法对扰量（室外综合温度）进行谐波分解，用指数式表示。1.2 反应系数法该方法把墙体和房间分别当作

2、线性的热力系统，利用系统传递函数得出某种单位 扰量下的各种反应系数，再用反应系数来求解传热量和负荷。反应函数是指当平壁的 一个表面温度保持不变，另一个表面上作用了一个单位温度扰量时平壁表面的热流变 化。反应函数是时间的函数。反应系数是反应函数在各特定时刻的一组离散值，即反 应函数在每隔时段!（常取为一小时）时的值。反应系数法对扰量的分解主要采用单位三角波函数或单位矩形波函数，而这两种 波形的函数都可以由单位阶跃函数构成，因此单位阶跃函数是更基本的扰量形式。1.3 Z传递函数法Z传递函数法是对反应系数法的一种改进。在反应系数法中，把平壁作为一个热 力系统，通过单位扰量反应函数的离散值反应系数来计

3、算逐小时的传热（或吸 热）量。但在空调负荷计算的实际情况中，不仅计算的对象传热量或吸热量是 离散的，而且实际的扰量室外温度和太阳辐射也是离散的。由于所考查的系统 输入输出都是逐小时离散的，因此可考虑采用采样数据系统和Z变换来研究这个系统。 Z 传递函数法便是基于这样一种思想发展起来的。Z传递函数法计算得热和冷负荷不考虑外扰是否呈周期性变化也不用付里叶级数 表示用时间序列表示外扰变化即可在空调负荷计算中可将维护结构连同空气视为一 个热力系统将日射和室外温度变化等视为作用于其上的扰量而将维护结构的热流和 室温作为这一热力系统对扰量的响应这样就可以将外扰或室内得热作为系统的输入 而将其响应作为输出。

4、1.4 冷负荷温差/冷负荷系数法冷负荷温差是建立在Z传递函数基础上的一种简化手算方法。方法把得热计算和 负荷计算两步合并成一步，通过冷负荷温度差（或冷负荷温差）直接从各种扰量源求 得分项逐时冷负荷。冷负荷温度差可以根据某地的标准气象、室内设计参数、 不同建筑类型等典型条件事先计算成表格查用。针对一些定型的围护结构、根据典型条件（室外温度、日较差、纬度等）计算出 冷负荷逐时值。将逐时冷负荷除以该结构的传热系数和面积，得出逐时冷负荷温差值。1.5 辐射时间序列法与利用反应系数法计算冷负荷一样辐射系数法也是根据得热量来计算冷负荷不 同的是在辐射系数法中得热量指的是辐射得热量而不包括对流得热量。对流得

5、热直接 转换成即时冷负荷，把某时刻对流得热和辐射得热所形成的冷负荷相加便得出该时刻 空调总的冷负荷。2 国内外常用负荷计算软件介绍随着经济发展，建筑设计和使用中也不断提倡低碳节能。空调系统的能耗一直是建筑 能耗中的主要部分，目前发达国家的空调用电已经占全国总耗电的2030，上海每年夏 季的空调耗电也达到了这个数字,空调系统的节能要求也就提到了十分重要的位置而空调负 荷站建筑能耗的比例是比较大的，众所周知，空调系统的节能必须在设计、施工、调试等 每一个环节都不能有所疏忽；而优秀的空调系统的设计，首先离不开对建筑物的空调系统 负荷进行准确的计算；空调系统的高效率的运行管理也离不开准确的能耗模拟分析

6、。所以 近些年空调负荷计算软件有结合在建筑能耗中的趋势。更多的软件从建筑能耗角度出发综 合考虑空调负荷和使用能耗，这将是负荷计算软件的发展趋势。2.1 国内常用负荷计算软件2.1.1 鸿业鸿业暖通空调负荷计算软件是鸿业科技有限公司在1994年开发的，早期的负 荷计算软件采用的是冷负荷系数法，后期的版本采用了谐波反应法。鸿业公司最新推出空调谐波法冷负荷计算软件无需安装直接cop 丫到任何目 录下即可运行，不生成任何系统文件，可以直接在Win 95/Wi n98/Wi n2000下使 用。该软件的开发填补了我国在空调谐波法冷负荷计算的空白。采用先进的数学 模型，可以对任何房间、任何构造、任何地点、

7、任何实际条件做出计算。从而将 广大的暖通专业技术人员在满足规范要求的前提下，从繁琐的计算工作中解脱出 来，也可以为满足建筑节能而对建筑物全年能耗分析计算。在软件开发过程中直 接得到我国知名暖通专家的指导，因此保证了软件的先进性和计算结果的可靠性。2.1.2 天正暖通天正暖通THvac最新版支持AutoCAD200X，是天正公司积累多年之后的扛 鼎之作。内嵌天正建筑软件TArch模块，支持天正建筑各个版本绘制的建筑条件 图。采用三维管道设计，模糊操作实现管线与设备、阀门精确连接。专业计算实 现与图形的结合，快速准确。因为天正建筑绘图在国内使用非常多，所以与其能 够很好衔接的天正暖通得到广泛应用。

8、2.1.3 PKPMPKPM也是以DOE-2软件作为计算内核，最大的特点是与标准规范结合紧密， 它在设计时完全按照夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准(JGJ 134-2001)进 行。可以生成符合标准要求的建筑节能设计分析报告书和审查备案登记表。 PKPM 另一个比较大的优势是界面比较友好，输入比较方便，它和国内的多种建筑软件 都有接口，设计人员可将CAD图纸直接转换成模型中需要的数据，同时比较注重 对工程实际的指导，在设计时能较好地结合能耗分析和经济指标进行最佳方案的 选择。2.1.4 HDY- SMADHDY- SMAD是上海建筑设计研究院有限公司与上海华电源信息技术有限公 司决心发扬双方的

9、长处,在原有基础上联手开发新的空调负荷计算及分析软件,并 确定新软件名称为“HDY-SMAD空调负荷计算及分析软件”。整个软件采用Visual C+ +开发，采用面向对象开发技术设计和编程，总计完 成350个源代码文件，计软件源代码20余万行，共分成185个独立类和功能模块。HDYSMAD空调负荷计算及分析软件Win dows95/98/2000/NT/XP下可以独立 运行，对硬件没有特殊的要求，该软件有界面友好的安装程序。使用软件的部分典型用户包括：上海建筑设计研究院有限公司、华东建筑 设计研究院有限公司、浙江省建筑设计研究院、江苏省建筑设计研究院、同济 大学建筑设计研究院、浙江大学建筑设计

10、研究院以及建设部、信息产业部、国 家电力公司、轻工业系统等所属建筑设计研究院。2.1.5 DeSTDeST求解建筑热过程的基本方法是状态空间法。这种方法的特点是空间上 差分而时间上保持连续，求解过程中，内部空间温度场不均匀的模拟对象可 以差分为若干个温度节点，内部空间温度比较均匀的模拟对象则单独作为一个温 度节点，这些节点的温度都随时间连续变化。DeST求解的稳定性以及误差与时间 步长的大小没有关系，所以在步长的选取上较为灵活。DeST嵌入在AUTOCAD中， 界面友好，所见即所得，但无法像PKPM那样从AUTOCAD中读取数据，用户必 须自己建模。DeST模拟设计时采用建筑负荷计算、空调系统

11、模拟、AHU(Air Han di ng Unit) 方案模拟、风网和冷热源模拟的步骤，完全符合设计的习惯，对设计有很好的指 导作用。其次，DeST也可求解比较复杂的建筑，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。DeST吸收了TRNSYS的开放式特性，以期成 为应用建筑能耗模拟成果的一个优良的通用平台，为将来的扩展提供了坚实的基 础。再其次，DeST的适用范围十分广泛，针对不同的使用对象，DeST推出了不 同的版本，如评估版和分析版等。然而，DeST在组件的扩充上没有TRNSYS方便，它的控制方式也没有TRNSYS 多样灵活，本身所包含的设备和系统数目也没有TRNSYS等

12、软件丰富。另外，DeST 是基于AUTOCAD和MicrosoftAcess等平台，没有自己独立运行的平台，软件的 发展受制于AUTOCAD和Microsoft Acess的发展。同时，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。2.2 国外常用负荷计算软件国外的负荷计算软件非常多，也同样有单独的负荷计算软件或者和能耗分析相结 合的能耗模拟软件。其中使用的比较多的主要有eQUEST、EnergyPlus、DOE-2等。 下面对他们进行简要介绍。2.2.1 equesteQU

13、EST是一款基于DOE-2基础上开发的界面建筑能耗模拟软件，不仅吸收 了能耗分析软件DOE-2的优点，并且增加了很多新功能，使建筑建模过程更加简 单，结果输出形式更加清晰。eQUEST能耗计算软件运用动态计算方法计算建筑的能耗及各个组件的影响 因素。该软件采用反应系数法计算建筑围护结构的传热量，反应系数法是先计算 围护结构内外表面温度和热流对一个单位三角波温度扰量的反应，计算出围护结 构的吸热、放热和传热反应系数，然后将任意变化的室外温度分解成一个个可叠 加的三角波，利用导热微分方程可叠加的性质，将围护结构对每个温度三角波的 反应叠加起来，得到任一时刻围护结构表面的温度和热流。eQUEST能耗

14、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。对要控制室内热环境的房间， 由选定的供暖空调系统根据室内负荷情况提供冷热量，以维持室温在允许的范围 内波动。eQUEST软件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。eQUEST软件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，动 态地计算出建筑全年能耗。2.2.2 DOE2DOE-2在建筑能耗模拟软件发展的历史上具有重大意义。DOE-2是公认的最 权威、

15、最经典的建筑能耗模拟软件之一，被很多能耗模拟软件，如eQUEST、 EnergyPlus、CHEC和PowerDOE等借鉴和引用。DOE-2采用经典的LSPE结构o, 即Load模块、System模块、Plant模块和Economic模块。DOE-2可以很精确地处理各种功能和结构复杂的建筑，但是对系统的处理能 力很有限，只能处理有限的几种暖通空调系统，且它是基于DOS环境下的软件， 界面不太友好。其次，DOE_2的输入较为麻烦，有固定的格式，必须采用手动编 程的方法输入，且有关键字的要求。另外，顺序结构是DOE-2的重大缺陷，在实 际的暖通空调过程中,建筑室内热环境、空调系统以及主机的运行情况

16、等是耦合 的,顺序结构的理念彼此没有反馈,影响了计算结果的准确性。2.2.3 BLASTBLAST可以用于预测建筑能耗，能源效率及成本，包括三个主要的子程序：负 荷预测、空气系统模拟和cen tral pla nt。负荷预测在给定的室外气候条件、建筑 结构以及运行策略,使用所有表面和室内空气的辐射、对流和导热平衡方程式计算 逐时负荷,包括传递负荷,日照负荷,内部得热,渗透风量,以及为了维持室内温 度而采取的控制策略。BLAST可用于预测新建或改造建筑的能耗情况，而且可用于 任何建筑。2.2.4 EnergyPlusEnergyPlus整合了DOE-2和BLAST的优点，并加入了很多新的功能。它被认为 是DOE. 2的一个很好的替代软件。EnergyPlus吸收了DOE-2的LSPE结构，并做 出了改进，在上层管理模块的监督下，模块之间彼此有反馈，而不是单纯的顺序 结构