基于EnergyPlus的建筑能耗模拟软件设计开发与应用研究

摘要

本文综述了国内建筑能耗模拟软件开发与推广应用情况，分析了国外能耗模拟软件的研究现状和趋势并重点介绍了能耗模拟软件EnergyPlus。EnergyPlus是美国能源部资助开发的新一代建筑能耗模拟软件，国外学者已广泛应用其进行能耗模拟研究，且已有许多以EnergyPlus为计算核心的建筑能耗模拟软件在开发之中。国内围绕EnergyPlus的研究也越来越多，但主要是应用EnergyPlus模拟软件进行负荷和能耗模拟研究，将其作为围护结构改进、系统优化等研究的实验平台。只有少数学者进行了优化软件应用界面、改进软件模拟基础方程、为软件增加符合中国实际情况的模拟模块等方面的研究。 本文的主要工作是基于EnergyPlus的建筑能耗模拟软件开发与应用研究。作者在充分研究EnergyPlus软件数据组织模式和数据结构的基础上，根据软件工程需求分析和界面设计的原则，完成了基于这一模拟核心的能耗模拟软件设计，同时还完成了第一个版本的开发工作。文中介绍了已开发版本的模块组成、用户界面和程序结构。这一研究工作突破了基于EnergyPlus建筑能耗模拟软件开发的关键环节，为后续的开发工作打下了基础。作者设计并构建了建筑能耗模拟软件开发的产学研相结合模式，依照这一模式，软件的后续开发工作将与软件公司合作开展。现在开发已进入实质阶段，并计划在2009年8月发布第一个正式商用版本。希望这一工作能促进能耗模拟软件在工程设计中更广泛应用并为科研工作与工程实际搭建沟通反馈的平台。 作者还应用EnergyPlus软件研究了建筑围护结构对空调系统峰值冷负荷影响，分析了强太阳辐射作用的空调负荷低减措施。通过模拟研究发现，外墙传热系数较高时，高反射率的外墙涂料对建筑能耗低减的作用非常明显；而只采用low-e玻璃时，高太阳辐射情况下降低冷负荷的效果并不明显；外窗外遮阳和玻璃间遮阳方式能取得很好的效果，值得推广应用；峰值负荷低减措施同时还能改善建筑负荷分布结构，有利于用系统在接近设计工况的情况下运行，提高系统能效达到节能目的。在此项研究的基础上，作者提出了建筑围护结构与暖通空调系统综合设计方法，在本文研究基础上进行的建筑能耗模拟软件开发将努力为这一设计方法的实现提供支持。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1研究课题的提出

1.2国外发展研究现状

1.3国内发展研究现状

1.3.1建筑能耗模拟软件简介

1.3.2建筑能耗模拟软件应用推广存在的问题

1.4本文研究的意义与主要内容

1.4.1研究的意义

1.4.2研究的主要内容

第2章EnergyPlus介绍

2.1 EnergyPlus的研发背景

2.2 EnergyPlus的特点

2.3 EnergyPlus的同步模拟解决方案

2.3.1同步模拟与顺序模拟的区别

2.3.2 EnergyPlus同步模拟基本方程

2.4 EnergyPlus的可靠性

2.4.1 EnergyPlus的测试与可靠性验证

2.4.2 EnergyPlus国内应用模拟结果和实际测量结果比较验证

2.5 EnergyPlus在国外的推广及应用

2.6 EnergyPlus国内相关研究

2.7 EnergyPlus的授权许可

2.8小结

第3章基于EnergyPlus的能耗模拟软件设计与开发

3.1软件与EnergyPlus的数据交换模式设计

3.1.1EnergyPlus输入输出特点

3.1.2软件数据组织模式

3.2需求分析与界面设计

3.2.1需求分析

3.3.2界面设计

3.3开发语言与开发环境

3.3.1编程语言特点介绍及比较

3.3.2开发语言与开发环境选择

3.4开发完成软件介绍

3.4.1建筑建模功能

3.4.2材料数据库

3.4.3计算结果显示

3.5开发完成软件程序说明

3.5.1总体框架

3.5.2程序介绍

3.6产学研结合的建筑能耗模拟软件开发

3.6.1产学研模式的设计与构建

3.6.2合作开发建筑能耗模拟软件AOEC

3.7本章小结

第4章 建筑围护结构对空调系统峰值冷负荷的影响分析

4.1简介

4.2建筑模型和气候特征

4.3高辐射强度下围护结构热工性能对冷负荷的影响

4.3.1外墙

4.3.2外窗

4.3.2综合实例分析

4.4建筑围护结构与暖通空调系统综合优化设计

4.5小结

结论与展望

参考文献

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

致 谢