5）夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準6(JGJ13422001）中明確規(guī)定采用DOE22軟件作為建筑節(jié)能設(shè)計的節(jié)能綜合性能指標的計算工具。

2、建筑能耗模擬軟件簡介

    目前在我國使用的建筑能耗模擬軟件主要有DOE22、EnergyPlus、TRNSYS、PKPM2CHEC和DeST等。

1)DOE22

    DOE22在建筑能耗模擬軟件發(fā)展的歷史上具有重大意義。DOE22是公認的最權(quán)威、最經(jīng)典的建筑能耗模擬軟件之一,被很多能耗模擬軟件,如eQUEST、EnergyPlus、CHEC和PowerDOE等借鑒和引用。DOE22采用經(jīng)典的LSPE結(jié)構(gòu),即Load模塊、System模塊、Plant模塊和Economic模塊。許多軟件至今仍采用DOE22的LSPE結(jié)構(gòu),并在其基礎(chǔ)上改進與創(chuàng)新。DOE22可以很精確地處理各種功能和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑,但是對系統(tǒng)的處理能力很有限,只能處理有限的幾種暖通空調(diào)系統(tǒng),且它是基于DOS環(huán)境下的軟件,界面不太友好。其次,DOE22的輸入較為麻煩,有固定的格式,必須采用手動編程的方法輸入,且有關(guān)鍵字σ求。另外,順序結(jié)構(gòu)是DOE22的重大缺陷,在實際的暖通空調(diào)過程中,建筑室內(nèi)熱環(huán)境、空調(diào)系統(tǒng)以及主機的運行情況等是耦合的,順序結(jié)構(gòu)的理念彼此沒有反饋,影響了計算結(jié)果的準確性。

2)EnergyPlus

    EnergyPlus整合了DOE22和BLAST的優(yōu)點,并加入了很多新的功能。它被認為是DOE22的一個很好的替代軟件。EnergyPlus吸收了DOE22的LSPE結(jié)構(gòu),并做出了改進,它采用如圖2所示的集成同步的負荷、系統(tǒng)和設(shè)備的結(jié)構(gòu),在上層管理模塊的監(jiān)督下,模塊之間彼掠蟹蠢,而不是單純的順序結(jié)構(gòu),計算結(jié)果更為精確。EnergyPlus與其說是個建筑能耗模擬軟件,不如說是個建筑能耗模擬引擎。它在開發(fā)的時候就把重心放在計算方法上,并沒有在軟件的界面上下很多功夫。它的源代碼是完全開放的,鼓勵第三方來開發(fā)合理的界面調(diào)用EnergyPlus并完成模擬。現(xiàn)在比較著名的DesignBuilder就是在它的基礎(chǔ)上完成的二次開發(fā)。同時,它可以與很多常用軟件,如TRNSYS、WINDOW5和COMIS等完成鏈接。

    EnergyPlus能精確地處理較為復(fù)雜的各類建筑。它在處理建筑熱過程的時候,考慮到了很多方面的因素,包括建筑的遮擋、綠化、風(fēng)、光、雨、雪等,在這方面,可以說是同類軟件中最為全面的。雖然EnergyPlus在DOE22的基礎(chǔ)上有很大的改進,力圖完成對所有暖通空調(diào)系統(tǒng)的模擬,而且也封裝了很多常用系統(tǒng),如熱泵和輻射供熱供冷等系統(tǒng)。但是,EnergyPlus本身還是立足于建筑模擬,其處理系統(tǒng)的能力偏弱,而且它對暖通空調(diào)系統(tǒng)控制方式的模擬能力較弱,它通常假定設(shè)備的調(diào)節(jié)胬硐牖的連續(xù)調(diào)節(jié),這對于設(shè)備部分負荷運行時的模擬是不太準確的。另外,EnergyPlus不穩(wěn)定,不太容易收斂并且經(jīng)濟性分析較為簡單。

3)TRNSYS

    TRNSYS和HVACSIM 等軟件采用了和EnergyPlus以及DOE22等軟件完全不同的設(shè)計思想。有些文獻也把它們認為是不同的兩類軟件。TRNSYS最大的特點是采用了模塊化的思想。每個模塊代表一個小的系統(tǒng)、設(shè)備或者一個熱濕處理過程。它采用/黑盒子0技術(shù)封裝了計算方法,使得用戶把主要精力放在模塊的輸入和輸出上,而不是組件的內(nèi)部。這些模塊可以很方便地搭建組成各種復(fù)雜系統(tǒng)。所以TRNSYS被認為是建筑能耗模擬軟件中模擬系統(tǒng)最靈活的軟件之一。

    TRNSYS具有十分強大的模擬控制器的功能,可以十分精確地模擬各種控制方式,在部分負荷的模擬中相對EnergyPlus等軟件有一定的優(yōu)勢。由于TRNSYS立足于系統(tǒng)而不是建筑,它在模擬系統(tǒng)、設(shè)備和控制方式的最優(yōu)化問題以及系統(tǒng)中參數(shù)監(jiān)測等問題時相對于EnergyPlus和DOE22這些立足于建筑的軟件是有優(yōu)勢的,但正因如此,它在建筑負荷以及建筑熱性能的模擬上偏弱。它所設(shè)定的建筑模型比較簡單,很難完成復(fù)雜建筑的描述,如不能按照建筑實際外形建立模型、沒有建筑陰影的計算、處理自然通風(fēng)和滲透通風(fēng)等問題時需要借助其它軟件。

    TRNSYS采用開放式的結(jié)構(gòu),用戶可以根據(jù)自己的實際情況在它提供的平臺下編寫并改進組件嵌入到TRNSYS中完成模擬,而且它與很多專業(yè)軟件,如EES、GenOpt、RansFlow、COMIS和CONTAM等都可以完成鏈接,同時也可以很方便地使用EnergyPlus等軟件的氣象文件和處理結(jié)果。這些特點使得TRNSYS成為了一個分享計算機能耗模擬成果的很好平臺。TRNSYS的另外一個重要優(yōu)勢是由于軟件開發(fā)者本身在太陽能領(lǐng)域具有優(yōu)勢,它在新能源系統(tǒng)尤其是太陽能系統(tǒng)的模擬上具有其它軟件無法比擬的優(yōu)勢,而且TRNSYS中的地耦合模型經(jīng)過一y權(quán)威機構(gòu)鑒定,被認為是較為準確合理的,可以很好地應(yīng)用于地源熱泵的設(shè)計和研究中。

4)DeST

    DeST采用的是現(xiàn)代控制理論中的/狀態(tài)空間法,求解時空間上離散、時間上保持連續(xù),其求解的穩(wěn)定性以及o差與時間步長的大小沒有關(guān)系,所以在步長的選取上較為靈活。DeST嵌入在AUTOCAD中,界面友好,所見即所得,但無法像PKPM那樣從AUTOCAD中讀取數(shù)據(jù),用戶必須自己建模。筆者認為,與其它軟件相比,DeST采用/分階段設(shè)計,分階段模擬的思想具有獨到之處。DeST以設(shè)計過程為驅(qū)動,利用已有的信息(未知的信息按理想的缺省值來設(shè)定),逐步深入,將未知轉(zhuǎn)化為已知,直到最后完成模擬。

    DeST模擬設(shè)計時采用建筑負荷計算、空調(diào)系統(tǒng)模擬、AHU(AirHandingUnit)方案模擬、風(fēng)網(wǎng)和冷熱源模擬的步驟,完全符合設(shè)計的習(xí)慣,對設(shè)計有很好的指導(dǎo)作用。其次,DeST也可求解比較復(fù)雜的建筑,它考慮了鄰室房間的熱影響,可以對圍護結(jié)構(gòu)和房間聯(lián)立方程求解。DeST吸收了TRNSYS的開放式特性,以期成為應(yīng)用建筑能耗模擬成果的一個優(yōu)良的通用平臺,為將來的擴展提供了堅實的基礎(chǔ)。再其次,DeST的適用范圍十分廣泛,針對不同的使用對象,DeST推出了不同的版本,如評估版和分析版等。然而,DeST在組件的瘸瀋廈揮蠺RNSYS方便,它的控制方式也沒有TRNSYS多樣靈活,本身所包含的設(shè)備和系統(tǒng)數(shù)目也沒有TRNSYS等軟件豐富。另外,DeST是基于AUTOCAD和MicrosoftAcess等平臺,沒有自己獨立運行的平臺,軟件的發(fā)展受制于AUTOCAD和MicrosoftAcess的發(fā)展。同時,由于目前我國還沒有完整的氣象數(shù)據(jù)燃,DeST的氣象數(shù)據(jù)庫是實測結(jié)合擬合得到的,一般認為在能耗模擬中還是應(yīng)該使用逐時氣象數(shù)據(jù),擬合的結(jié)果會給計算的準確性帶來隱患。

5)PKPM2CHEC

    PKPM2CHEC也是以DOE22軟件作為計算內(nèi)核,最大的特點是與標準規(guī)范結(jié)合緊密,它在設(shè)計時完全按照5夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標準6(JGJ13422001)進行。可以生成符合標準要求的建筑節(jié)能設(shè)計分析報告書和審查備案登記表。         PKPM2CHEC另一個比較大的優(yōu)勢是界面比較友好,輸入比較方便,它和國內(nèi)的多種建筑軟件都有接口,設(shè)計人員可將CAD圖紙直接轉(zhuǎn)換成模型中需要的數(shù)據(jù),同時比較注重對工程實際的指導(dǎo),在設(shè)計時能較好地結(jié)合能耗分析和經(jīng)濟指標進行最佳方案的選擇。

6)FLUENT等

    FLUENT、ANSYSY和Airpak等軟件的最主要應(yīng)用不是建筑能耗模擬,而是模擬室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)。但是當(dāng)遇到比較復(fù)雜的、比較新的傳熱傳質(zhì)系統(tǒng),現(xiàn)有的能耗模擬軟件無法處理時,可借助它們強大的解決流體換熱問題的功能,在一定程度上進行求解。

7)Matlab

    Matlab并不是一個建筑能耗模擬軟件,而是一個數(shù)m處理工具,但是它強大的數(shù)值處理和可視化功能,以及最優(yōu)化、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊系統(tǒng)等工具箱為二次開發(fā)提供了有力的工具。另外,Matlab自帶的Simulink是系統(tǒng)仿真的良好平臺,近年來有很多用戶借助這個平臺進行二次開發(fā),從而完成模擬計算。