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EnergyPlus建筑能耗模拟软件简介

EnergyPlus是由美国能源部和劳伦斯●伯克利国家实验室共同开发的一款建筑能耗模拟软件。EnergyPlus是在软件BLAST和DOE-2基础上进行开发的,具有BLAST和DOE-2的优点。EnergyPlus能够根据建筑的物理组成和机械系统(暖通空调系统)计算建筑的冷热负荷,这是通过暖通空调系统维持室内设定温度。EnergyPlus还能够输出非常详细的各项数据,如通过窗户的太阳辐射得热等,来和真实的数据进行验证。
 
主要功能
 
EnergyPlus既能够进行建筑冷热负荷计算,也能进行建筑全年动态能耗计算。主要有以下计算模块:
1.遮阳模块:可以模拟活动遮阳和固定遮阳。
2.自然采光模块:可以模拟在使用自然采光时建筑节约的照明能耗,同样可以计算逐时的采光系数。
3.自然通风模块:将通风模块和热环境模拟模块进行了动态的耦合,更接近现实情况。可以模拟自然通风和在暖通空调系统作用下的通风。
4.与地面接触的围护结构传热:通过数值分析的算法计算与地面接触的围护结构的传热量。
5.非均匀温度场设定:用于模拟高大空间等室内非均匀温度场下的传热过程。
6.HVACTemplate模块:用于快速构建供暖空调系统。
7.HVAC空调系统模块:HVAC模块可以构建常见的供暖空调系统,相比于HVACTemplate使用更加灵活。可以构建分散式空调系统、集中式空调系统和半集中式空调系统。更具体来说可以构建风机盘管系统,地源热泵、风冷热泵、蓄冷/热系统、地板辐射采暖/供冷系统;
8.可再生能源系统模块:主要有太阳能光伏/光热系统和风力发电系统。
9.经济成本估算模块:成本分析和全生命周期成本估算。
10.详细的输出模块:几乎可以输出任何的模拟数据,如用于场地分析的全年的气象数据(温度、湿度和太阳辐射等),室内的逐时温度湿度和舒适度,系统逐时供暖/供冷功率,自然通风下CO2的温度等。
 
主要特点
 
以下特点代表着EnergyPlus的主要功能: [2] 
1. 集成的联立的求解。EnergyPlus将建筑的初级系统和次级系统结合在一起进行求解。
2.用户自定义时间步长。步长小于1小时。
3.ASCII文本格式的天气文件,输入和输出文件。
4.基于热平衡的求解。这使得在每次计算都能对在建筑内表面和外表面的辐射和对流计算。
5.非稳态导热。计算通过屋顶、墙体和楼板等导热过程时采用的是非稳态导热过程。
6.改良的地面传热模型。地面传热模型通过三维有限差地面模型和简化的分析技术进行求解。
7.传热和传质结合的模型。传热传质耦合的模型使得计算水分的蒸发/冷却过程成为可能,这是通过导热方程的层层的迭代或者有效湿量渗透深度模型(EMPD)进行计算。
8/热舒适度模型。热舒适模型基于人的活动量、室内干球温度和相对湿度等因素。
9.各项异性的天空模型。有助于计算倾斜表面的太阳散射辐射计算。
10.先进的窗户传热计算。包括受控的窗户百叶、电致变色玻璃、层层热平衡计算。
11.室内照明控制。室内采光能够模拟室内照度计算、眩光模拟和控制、灯具的控制以及人工光源对制冷和供暖带来的影响。
12.基于“环”的暖通空调系统。这个系统使得空户可以对典型的暖通空调系统进行建模,也可自定义系统而不用更改程序代码。
13.大气污染模型。
14.能够和其他外部软件结合。如可以和DElight结合对照明进行更为细致的分析。
 
用户界面
 
EnergyPlus是采用ASCII文本格式的输入输出方式,对模拟人员的专业要求极高。许多开发团队在EnergyPlus的基础上进行了二次开发,提高EnergyPlus的易用性和可视化能力,其中比较有名的有Openstudio、DesignBuilder、Simergy。
Openstudio
OpenStudio是由美国可再生能源实验室(NREL)开发的基于EnergyPlus进行能耗分析,基于Radiance进行采光分析的建筑整体分析软件 [3]  。Openstudio是一款开源的免费的软件,在GitHub可以下载到其源代码。OpenStudio处于开发的阶段,常用其早期的版本Legacy Openstudio进行EnergyPlus建模。
Legacy OpenStudio是一款基于SketchUp建立建筑的几何形状作为EnergyPlus输入的软件 [4]  。
DesignBuilder
DesignBuilder是由英国DesignBuilder公司基于EnergyPlus开发的一款商业建筑能耗分析软件,具有可视化能力强,建模简单,能够进行采光模拟,CFD模拟等功能 [5]  。
 
学习方法
 
EnergyPlus功能强大开源免费,是国际上使用最为广泛的建筑能耗模拟软件。其既能够用于辅助被动建筑设计、供暖空调负荷计算、空暖空调辅助设计,也能够用于节能评估(LEED等),但不足之处在于入门较难。初学者可以通过以下方式进行学习:
1.读EnergyPlus自带的帮助文档。首先阅读《EnergyPlus Getting Started》,后在学习过程中参阅《Input Output Reference》。
2.看视频学习EnergyPlus。可以到百度视频中搜索关键词EnergyPlus进行学习 [6]  (点击参考资料查看)。
 
相关下载
 
到EnergyPlus官网进行下载 [7]  (点击参考资料查看),同样官网也提供了能耗模拟气象文件下载。

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