論文計算機模擬技術在建筑節能方面的應用(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 發展到最終設計前，您可以依據一些簡單的概念模型測試不同的方案形式。 ECOTECT 軟件最初作為某些概念的例證出現于安德魯馬歇爾博士在西澳大利亞大學建筑與藝術學院的博士論文中。這篇論文主要論述建筑的各種特性是建筑師在概念構思階段首要考慮的因素，它不是在整個設計過程的最后可能會考慮的裝飾品。如果 從開始就關注到這個因素，那么建筑師將會節約大量的時間和精力。 ECOTECT 最有用的功能是它的交互式分析方法。例如，可以更換地毯的類型并立即比較房間聲反射，混響時間，照度和室內溫度的變化。增加一個新的窗戶并馬上觀察熱量變化，權衡天光因素的影響，太陽輻射和建筑總造價。 ECOTECT 是同類產品唯一包括了舒適度分析，溫室氣體排放，典型能量分析以及運行成本核算的軟件，它可以讓用戶直觀的進行類比。 ECOTECT 的另外一個主要部分是其創新的三維用戶界面。傳統的幾何 CAD 系統并不適合于初期的方案設計，它們要 求輸入大量的詳細數據，這就迫使設計者在進行直觀思維時更多去考慮數字問題。現在，一個靈活和直觀的三維狗在系統出現了，它發掘出建筑組成元素之間令人驚異的內在簡單關系，這種關系簡化了復雜幾何體的構思過程，并在很大程度上改善了正在進行的設計工作的靈活性。 使用 ECOTECT 可以完美實現以下功能 1． 直觀的顯示陰影和反射效果并生成動畫 2． 生成交互式太陽軌跡圖并即時進行遮蔽分析 3． 計算任意表面的太陽輻射及遮蔽百分比 4． 計算任意空間或其中任意點的天光照度和人工照度 。 5． 計算任意區域的月熱增益和小時溫度 變化表 6． 生成原料消耗和環境影響的時間表 7． 追蹤任意形狀空間內任意部分的聲部傳導路徑 8． 在四周有障礙的空間內計算聲波的延遲率 9． 快速計算和統計任意空間內的聲波反射次數 VRML 進行交互式瀏覽并向客戶展示產品 RADIANCE 光照軟件進行精確物理光照分析 CAD 格式和分析格式文件 南京大學 人居環境與可持續發展 新生研討課論文 ~ 10 ~ eQuest: eQuest 借鑒并采用了經典的 LSPE 結構，即 Load 模塊、 System 模塊、 Plant 模塊和 Economic 模塊如圖： eQuest 支持 8760 小時全年能耗模擬，支持（ 1）特定的工作日類型：每一個 season 里可設置 3 種工作日（周一到周五，周日，節假日），可最多設置 52 個season。（ 2）支持多種類型的氣象參數： TMY, TMY2, TRY, CTZ, CTMY,WYEC, WYEC2（ 3）多種定義能源價格的方式：分時定價，按容量定價，統一定價 等（ 4）導入 dwg 文件，簡化建模的過程（ 5）可以成為 HVAC 的設計工具 eQuest（ Doe2）能夠模擬的一些特殊的空調系統如：地源熱泵系統、水側變流量系統、雙風機雙風管變風量系統（ DualFan DualDuct VAV systems）、自然通風（ ShermanGrimsrud 公式僅僅表達了傳熱，不包含傳質）、自定義設備的性能曲線（通過輸入數據點）、熱電聯產、蓄能系統： TES model 可模擬水蓄能和冰蓄能、光電轉換（僅限高級用戶，因為要修改 input 文件）、熱回收通風（僅限高級用戶，因 為要修改 input 文件） 南京大學 人居環境與可持續發展 新生研討課論文 ~ 11 ~ 幾種常用計算機模擬軟件的比較 軟件名稱 性能特點 DOE 一 2 適用于各類住宅和商業建筑。它可以進行逐時能耗分析， HVAC 系統運行的壽命周期成本 (LCC)分析，有 20 種輸入校核報告， 50 種月度或年度綜合報告，700 種建筑能耗逐時分析參數，用戶可根據具體需要選擇輸出其中一部分。有非常詳細的建筑能耗逐時分析報告，可處理結構和功能較為復雜的建筑。但是操作較復雜，須經過專門培訓，對專業知識要求較 高。這是目前最強大的模擬軟件。 BLAST 適用于工業供冷，供熱負荷計算，建 筑空調系統以及電力設備逐時能耗模擬。輸人文件可由專門的模塊 HBLC 在 Windows 操作環境下輸人，也可在記事本中直接編輯。基于 Windows 的友好的操作界面，結構化的輸人文件，可分析熱舒適度，高強度或低強度的輻射換熱，變傳熱系數下能耗分析。對專業知識和工程實際有較深刻的理解才能設計出符合要求的模型。 Energy Plus 適用于多區域氣流分析，太陽能利用方案設計及建筑熱性能研究。 ASCII 輸人、輸出文件，可供電子數據表作進一步的分析。對建筑的描述簡單，輸出文件不夠直觀。 ENERWIN 適用于瞬時熱 流計算，能耗分析，壽命周期成本分析。提供一個簡單的畫板輸人建筑的基本布局，建筑圍護結構的熱工性能，室內逐時溫度設定。有表格和圖像形式的月度、年度能耗報告，圖形操作界面，有較為合理的缺省值。建筑可超過 98 個分區，提供 20 多種墻窗類型。算法較為簡單，只有 9 種 HVAC系統可供選擇。 ESPr 適用于對影響建筑能源特性和環境特性的因素做探人的評估。內置 CAD 繪圖插件，或者直接導人 CAD 文件。可模擬和分析當前比較前沿或創新的技術。需要較強的專業知識 Ecotect 該軟件自帶了功能強大的建模工具，可以快速建立起 直觀、可視的三維模型。然后只需根據建筑的特定情況，確定建筑材料的技術參數，即可在軟件中完成對模型的綜合技術分析。計算、分析過程簡單快捷，結果直觀。模型最后還可輸出到渲染器中進行效果圖渲染，還可導出動畫，為用戶提供一個三維動態的觀賞途徑。 eQuest eQuest 是一個綜合性能較強，簡便易用的建筑能耗綜合分析工具，其主要目的就在于讓逐時能耗模擬能夠為更多的設計人員方便的應用。它引用了 DOE2 的計算核心 ,并拓展了 DOE2 的功能 ,使建模更加簡單快捷 ,結果輸出可視性更強。 EQuest 能夠模擬的一些特殊 的系統如：地源熱泵系統、水側變流量系統、雙風機雙風管變風量系統、自然通風、自定義設備的性能曲線等等，這就為后期對建筑的性能改良以及效果比較提供了有利條件。此外， eQuest 采用的計算方法是反應系數法。該方法的最大特點是不要求以周期擾量為前提 ,可以用時間序列表示外擾的變化 ,適用于任何擾量 ,這是它區別于其它分析法的重要特點 ,因此適用于全年負荷計算和模擬。 eQUEST 的使用 南京大學 人居環境與可持續發展 新生研討課論文 ~ 12 ~ Information 總體概況 Project Name 工程名稱 Building Type 建筑類型 Code Analysis 代碼分析 Location Set 區位設置 Region 區域 City 城市 Weather File 氣象資料 Utility/Rate 應用設施 /功率 Electric 電 Gas 氣 Area and Floors 面積和層數 Building Area 建筑面積 Number of Floors 層數 Above Grade 地上層數 Below Grade 地下層數 Cooling and Heating 制冷和制熱系統 Cooling Equip 制冷裝置 Heating Equip 制熱裝置 Other Data 其他數據 Analysis Year 模擬年份 Daylighting Controls 天然采光控制 Usage Details 使用詳細說明 Footprint 建筑底面 Footprint Shape 底面形狀 Zoning Pattern 樣式 Zone Names and Characteristics 名稱和特征 Building Orientation 建筑朝向 Plan North 默認向北 Footprint Dimensions 底面大小 Area Per Floor, Based On 單層面積 Building Area/Number of Floors 建筑面積 /層數 Dimensions Specified Above 理論面積 Floor Heights 層高 南京大學 人居環境與可持續發展 新生研討課論文 ~ 13 ~ FlrToFlr 地板到地板 FlrToCeil 地板到天花 板 Roof,Attic Properties 屋頂，頂層設置 Envelope Constructions 建筑墻壁設計 Roof Surfaces /Above Grade Walls 屋頂表面 /地上墻體 Construction 材質 Ext Finish/Color 外飾面 /顏色 Exterior Insulation 外表面保溫 Add39。l Insulation 夾層保溫 interior Insulation 內表面保溫 Ground Floor 地板 Exposure 表面 Construction 材質 Ext/Cav Insul 外表面保溫 Interior Finish 內飾面 Below Grade Walls 地下墻 Construction 材質 Insulation 保溫 Infiltration(Shell Tightness) 滲透（表面密集性） Perim 周邊區域 Core 核心區域 Interior Constructions 建筑內部設計 Ceilings 天花板 Int. Finish 內飾面 batt Insulation 石棉保溫 Vertical Walls 立面墻 Wall Type 墻體類型 Floors 地板 Int. Finish 內飾面 Construction 材質 Concrete Cap 混凝土柱帽 Rigid Insulation 硬性隔熱板 Slab Perates Wall Plane Slab Edge Insul 平板邊緣保溫 Slab Edge Finish 平板邊緣裝飾 南京大學 人居環境與可持續發展 新生研討課論文 ~ 14 ~ Doors 外部門 Describe Up To 3 Door Types 門類型設置（至多 3 種） Door Type 門類型 Doors by Orientation 門朝向 Door Dimensions and Construction / Glass Definitions 門大小，結構和玻璃類型 Ht(ft)／ Wd(ft) 高度 /寬度 Construction 結構 Glass Category and Glass Type 玻璃種類 Frame Type 門框類型 Frame Wd(in) 門框厚度 Windows 外部窗 Window Area Spec