Energyplus在建筑能耗模拟中的应用的探究分析

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摘要：建筑能耗模拟在绿色建筑设计和建筑节能改造中起着举足轻重的作用。本文对现有的建筑能耗模拟软件energyplus的主要功能和特点进行了详细的介绍，同时也介绍了建筑能耗分析方法及其基本原理。文中也将目前常用的建筑能耗模拟软件作出了比较，最后对能耗模拟软件在应用中存在的问题作了初步的分析。

关键词：建筑能耗、建筑节能、模拟软件、静态能耗分析法、动态能耗分析法

Abstract: the building energy consumption in the green building design and simulation construction energy-consideration plays an important role. In this paper, the existing energy consumption of the simulation software of the main function and characteristics of the Energyplus is introduced in detail, and introduces the building energy consumption analysis method and its basic principle. This paper will also now commonly used energy consumption of the simulation software to make the comparison, the final simulation software in energy consumption of problems existing in the application of the initial analysis.

Keywords: building energy consumption, energy conservation of the building and simulation software, static analysis method, the dynamic energy consumption energy consumption analysis method

中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：

前言

建筑能耗模拟的发展起源于上世纪60年代中期，一些学者采用动态模拟方法分析建筑围护结构的传热特性并计算动态负荷。随着20世纪70年生的全球石油危机，当今社会愈来愈重视建筑能耗模拟。目前,建筑节能已经成为一个备受关注的话题了。因而，建筑能耗模拟软件在建筑节能领域中也发挥着至关重要的作用。考虑到建筑热工部件机理以及建筑热湿过程的复杂性,相应的热工计算复杂,计算量巨大。所以只有凭借计算机这样能够在短时间内大量重复人脑活动的工具,才可能完成这样复杂的运算。因此,在进行建筑能耗模拟计算时,能耗模拟软件起着不可替代的作用。

关于建筑能耗模拟软件Energyplus的介绍

EnergyPlus的研发背景

EnergyPlus是在美国能源部的大力支持下，经过美国劳伦斯·伯克利国家实验室、伊利诺斯大学、美国军队建筑工程实验室、俄克拉何马州立大学及其他单位共同开发的一个全新的建筑能耗模拟软件。它不仅吸收了建筑能耗模拟软件DOE-2和BLAST的优点，而且还具备许多新的功能。它替代了建筑能耗模拟软件DOE-2，并成为新一代的建筑能耗模拟软件[1]。

决策者们同时还发现要训练新的人员来熟悉DOE-2和BLAST的程序结构和复杂代码需要花费大量的时间和金钱。这种情况下，赞助者和开发团队终于达成一致：用一个新软件取而代之。于是，DOE-2和BLAST的开发团队合并，开始新程序的开发。1998年12月4日，EnergyPlus开始进入测试阶段。经过3年的测试和开发改进，2001年12月EnergyPlus了第一个正式版本。此后每半年更新一次，6年以后，2007年4月，EnergyPlus进入较为成熟的2.0时代。2008年10月的3.0版本对软件参数组织进行了较大调整，为后面的进一步发展做好了准备，现在已的最新的版本是2010年10月12日的EnergyPlus6.0.0 [2]。

1.2EnergyPlus的特点

EnergyPlus与DOE-2和BLAST相似，也是一个能耗分析负荷计算软件。用户输入描述建筑物理特征和相关设备的参数之后，软件就能计算得到所有得到设定条件下的冷热负荷，并且能够得出空调冷热源和末端风机等设备的具体能耗。软件为各种设备，如地源热泵、太阳能集热板等提供了参数输入模型。在模拟过程中为了得到正确的负荷和能耗，用户需要确定他输入的参数是否与建筑物的实际情况一致。

EnergyPlus的主要特点有：采用集成同步的解决方案；在模拟计算负荷时，用户可以分时定义时间步长，基于ASCII文本的天气、输入、输出文件；采用热平衡法来描述建筑的热负荷；采用导热传递函数模块模拟墙体、屋顶、地板等的瞬态传热；采用三维有限差分土壤模型进行模拟土壤传热；对墙体的传热和传湿采用联立的传热和传质模型进行模拟；通过热舒适模型进行模拟热舒适度；通过各向异性的天空模型对倾斜表面的天空散射强度进行改进；可以对室内照度计算、仿真和眩光、灯具进行控制，以及减少在加热和制冷时人工照明的影响；对于可调整结构的环路空调系统的模拟，用户可以通过模拟典型的系统，而无需修改源程序；源代码是开放的，用户可以根据需要自行加入新的模块或功能[3]。

1.3EnergyPlus的可靠性

EnergyPlus研发的重要组成部分就是对软件进行工业标准的测试，其目标是尽量消除EnergyPlus软件的漏洞，现已完成了多种不同类型建筑的相关测试。完成的测试的内容包括分析测试和比较测试。

分析测试内容包括：HVAC测试，执行标准ASHRAE 865；建筑构造测试，执行标准ASHRAE 1052。比较测试内容包括：ANSI/ASHRAE 140-2007标准测试，IEA SHC BESTest，EnergyPlus HVAC组件比较测试，EnergyPlus全局热平衡测试，新版本与之前版本比较测试等。

其测试结果和可靠性结论如下：应用EnergyPlus2.2.0.023版本ANSI/ASHRAE 140-2007标准所规定的测试建筑类型进行了详细模拟。采用了18种不同功能的建筑对EnergyPlus的负荷预测能力进行了测试，建筑设定情况包括以下13种：重质围护结构与轻质围护结构建筑、兼具重质和轻质围护结构的建筑、无外窗建筑和有不同朝向外窗的建筑、无外窗外遮阳和有外窗外遮阳的建筑、无温控系统和有温控系统的建筑、无夜间通风和有夜间通风的建筑、无空间温度限制和有空间温度限制建筑。对以上设定情况下，将EnergyPlus的对年冷热负荷和峰值冷热负荷预测结果与其他国际能源署1995年2月起规定采用的8种的建筑全能耗模拟软件进行了比较，在超过100种基础且深入的测试中，EnergyPlus满足了可靠性要求，其与其他软件的最大偏差不超过5.2%[4]。