EnergyPlus能耗模拟软件.docx

EnergyPlus能耗模拟软件内容摘要：迄今世界各国都意识到能耗模拟分析的重要性。从20世纪60年代到今天，随着 计算机技术的开展完善，能耗动态模拟分析计算方法的日趋成熟，很多国家都根据自己的特 点及要求研发了建筑能耗计算程序，可以很方便地对建筑物进行全年动态模拟。美国是开 展建筑节能研究最早的国 国内能耗模拟软件现状迄今世界各国都意识到能耗模拟分析的重要性。从20世纪60年代到今天，随着计算机技术 的开展完善，能耗动态模拟分析计算方法的日趋成熟，很多国家都根据自己的特点及要求研 发了建筑能耗计算程序，可以很方便地对建筑物进行全年动态模拟。美国是开展建筑节能研究最早的国家之一，与节能标准相关的软件有120多种，有关建筑节 能评估的有70多种。其中具代表性的是美国能源部(DOE)和美国劳伦斯伯克利国家实验室 (LBNL)研发的 DOE-2 及基于 DOE-2 内核的应用软件(如 Power-DOE. Visual-DOE、EZDOE、 DesiCalc) 伊利诺斯大学研发的 BLASTfBuilding Loads Analysis and System Thermodynamics)、 美国可持续建筑工业委员会(Sustainable Buildings Industry Council)主持开发的Energy-10、得 克萨斯建筑工程大学建筑学院(College of Architecture Texas A&M University)开发的 ENER-WIN、 美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)开发的 SPARK(Simulation Problem Analysis and Research Kernel),以及威斯康星大学太阳能实验室 (Solar Energy Laboratory University of Wisconsin) JF发的 TRNSYS(Transient System Simulation Program)等。DOE软件在系统模拟时不可以调整系统结构，无法准确进行温度计算，不可以模拟自然通风、 墙体传湿、辐射顶板、DOAS等，因此，美国能源部组织多个部门共同开发新的建筑能耗模 拟软件EnergyPlus来全面代替DOE-2。加拿大也开发出可以迅速精确地计算出各种玻璃窗和 窗框的热性能的FRAME和VISION,以及可以校验建筑运行能耗的HOT2000。英国斯特拉思 克莱德大学机械学院(Department of Mechanical Engineering, University of Strathclyde)开发了 ESP-r,并将其作为建筑节能设计与节能分析的基本工具，写入相关的建筑节能标准或规范 中。英国Squareone公司开发的Ecotect(生态建筑大师)是一个全面的技术性能辅助设计软件， 它主要应用于方案设计阶段，具有速度快、直观、技术性强等优势，而且可以和一系列精确 分析软件相结合做进一步的分析。口本开发的HASP软件成为口本制定建筑节能标准的工具. 我国清华大学开发的建筑环境设计模拟分析软件DeST(designers simulation toolkits),可用于 建筑能耗模拟和环境控制系统的设计校核，起到提高设计质量、保证设计可靠性和降低系统 能源消耗的作用。EnergyPlus能耗模拟软件EnergyPlus建筑能耗模拟是在美国能源部支持下，由美国劳伦斯?/span伯克利国家实验室 (Lawrence Berkeley National Laboratory)、伊利诺斯大学(University of Illinois)、美国军队建筑 工程实验室(U.S. Army Construction Engineering Research Laboratory) 俄克拉荷马州立大学 (Oklahoma State University)及其他单位共同开发的，是一个全新的软件，它不仅吸收了建筑 能耗分析软件DOE-2和BLAST的优点，并且具备很多新的功能，被认为是用来替代DOE-2 的新一代的建筑能耗分析软件。EnergyPlus吸收了 DOE-2的LSPE结构，并做出了改进，它采用集成同步的负荷、系统和设 备的结构，在上层管理模块的监督下，模块之间彼此有反应，而不是单纯的顺序结构，计算 结果更为精确。EnergyPlus能精确地处理较为复杂的各类建筑，处理建筑热湿过程也是同类软件中考虑最为 全面的。EnergyPlus可以与很多常用软件如TRNSYS、WINDOWS和COMIS等完成链接，用户还可根据 自己的需要加入新的功能模块，方便用户对建筑系统做更详细的模拟。EnergyPlus软件的主要特点有：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lh的时间步长，在系统模拟中，时间步长自动调整：采用热平衡法模拟 负荷；采用CTF模块模拟墙体、屋顶、地板等的瞬态传热：采用三维有限差分土壤模型和简 化的解析方法对土壤传热进行模拟；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：采用各向异性的 天空模型以改进倾斜外表的天空散射强度；先进的窗户传热的计算，可以模拟包括可控的遮 阳装置、可调光的电铭玻璃等；日光照明的模拟，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；基于环路的可调整结构的空调系统模拟，用户可以模拟典 型的系统,而无需修改源程序;源代码开放,用户可以根据自己的需要加入新的模块或功能。 EnergyPlus6.0在Windows、Linux、Mac操作系统中都可以运行,模拟速度有明显提升，还 增加了最新的多区域和低能耗的例如文件；EP-Launch在Windows操作系统中在可以同时运 行多个模拟，通过EP-Launch查看输出结果也更加方便；在输入方面和输出方面，提高了输 入对象和输出结果之间的关联性；在窗和采光方面，增加了逐时日光模拟计算报告，采用了 WINDOW6.3来建立窗体模型和模拟输出窗体局部的IDF文件；在自然通风和机械通风方面 增加新的模型，包括室内CO2浓度综合模型，机械通气、渗透与管道泄漏之间相互作用的 简化模型；在空调系统模拟方面，新增了几种控制系统的选项，对空调设备性能参数有了进 一步细化描述，使空调系统的模拟更加精确；在经济性分析方面，增加了新的建筑生命周期 本钱计算。即使EnergyPlus6.0在模拟能力方面具有很大的优势，其用户界面友好性仍然较 差，输入和输出文件都是以ASCII文本形式为主，软件只检查输入参数是否合法，而不会检 查其合理性，这就需要用户用大量的时间来对建筑模型进行检查和调试。EnergyPlus软件的逐步成熟也使它在全世界范围内的用户不断增多，成为工程师和研究人员 信赖的建筑能耗模拟工具，EnergyPlus官方还免费提供软件下载使用和日常的网上技术支持。 由于EnergyPlus程序输入较为复杂，其用户界面极不友好，EnergyPlus软件大多直接地用于 科研，而用于新建建筑设计和既有建筑改造的实际工程的模拟分析很少。通过第三方界面程 序的开发，可将图形化界面引入到建筑及空调系统建模过程中，能极大地简化用户的工作量。 EnergyPlus的源代码是完全开放的，鼓励第三方调用EnergyPlus来开发出合理的用户界面。 目前已有多个基于EnergyPlus的界面工具被开发并被用户使用，根据EnergyPlus官方网站公 布的情况，己经或正在开发的EnergyPlus用户友好界面超过10种，其中Demand Response Quick Assessment Took Design Builder、EFEN、EPlus InterfaceHevacomp Design Simulation Hourly Load Calculation Program MC4 Suite 已经推出可用版本，EPlus Interface 目前在开发 测试版本，如下八种常见的EnergyPlus的友好界面工具。名称呼明CYPE-Building Services以EnergyPlus程序为计算引擎得出建筑物的冷热需求以及能源需求。 使用3D建模，可以进行热、声特性的分析，以及暖通空调、太阳能、给排水、燃气、电力 等方面的设计。Demand Response Quick Assessment Tool用户输入的基木信息，针对不同地区的不同类型建 筑需求的特征采取合理的响应策略（如室内温度的重新设定、送风温度控制和制冷循环控制 等），获得降低能耗节约开支的结果。DesignBuilder当前功能最为完备的EnergyPlus用户友好界面。它提供三维的建筑建模工具， 并且能够方便地输入各种参数以及查看各种输出报告。EFEN用于分析商业建筑和高层居住建筑外窗能耗影响的模拟软件。EPlusinterface仍在开发的软件，基于文本的界面是可用的，图形界面尚未提供。Hevacomp Design Simulation基于Energyplus程序的建筑设计、仿真模拟和节能认证的软件, 支持ISO、IEE、CIBSE、ASH RAE标准，通过设置可以定义复杂的空调系统，设计模拟结果可 以自动进行CFD分析，进而研究室内空气流动和温度分布。Hourly Load Calculation印度供暖、制冷与空调工程师协会ISHRAE开发的用于计算建筑负荷 的软件MC4 Suite与AutoCAD平台完全兼容，适用于多种系统的设计和仿真模拟这些界面工具可以使用户能够较为方便快速地建立建筑几何模型，而空调系统的输入界面较 为简单，空调系统流程的可视化往往仅限于系统存在的模板，无法满足复杂空调系统的输入 要求。建筑能耗模拟软件对建筑节能设计有不可替代的作用，我国现在的建筑能耗拟软件开发与推 广中还存在诸多问题。EnergyPlus是新一代的建筑全能耗分析软件，具备很多优点，EnergyPlus提供了多种空调系 统与建筑设备的详细模拟方法，但界面不友好，使用过程复杂，成为其学习和应用的难点， 通过学习了解EnergyPlus的界面工具、输入文件创立工具和第三方界面工具，找出适合自己 学习研究方向的EnergyPlus使用方法，对充分应用EnergyPlus建筑能耗模拟软件强大的模拟 功能是十分重要的，从而推动EnergyPlus能耗分析软件的广泛应用及开展，使我国的能耗分 析尽快和国际研究接轨。原文地址：