論建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)論文.doc

論建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)論文 目前，建筑能耗模擬軟件在建筑節(jié)能領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于建筑的物理特性復(fù)雜，熱濕過(guò)程的計(jì)算量巨大，只能采用計(jì)算機(jī)在短時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜的運(yùn)算。因此，在進(jìn)行建筑能耗分析計(jì)算時(shí)，能耗模擬軟件發(fā)揮著巨大作用。建筑能耗模擬主要包括建筑負(fù)荷和能耗的模擬，為后續(xù)的節(jié)能設(shè)計(jì)、節(jié)能評(píng)估、節(jié)能審計(jì)以及節(jié)能措施的制定提供參考;通過(guò)不同工況的模擬，進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)、設(shè)備、暖通空調(diào)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和控制策略等的優(yōu)化，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性分析得出最佳方案;設(shè)備與系統(tǒng)各種運(yùn)行狀況的預(yù)測(cè)，在內(nèi)外擾動(dòng)等復(fù)雜因素的作用下，系統(tǒng)中參數(shù)的變化很復(fù)雜。通過(guò)建筑能耗模擬軟件，能比較方便地預(yù)測(cè)各種工況下的系統(tǒng)參數(shù)，為節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定、實(shí)施提供輔助作用。 目前，建筑能耗模擬軟件主要有DOE-2、EnergyPlus、Trnsys、PKPM-CHEC和DeST等。DOE-2建筑能耗模擬軟件采用模塊結(jié)構(gòu)，包括Load模塊、Economic模塊、Plant模塊和System模塊。在實(shí)際的過(guò)程中，建筑室內(nèi)熱環(huán)境、主機(jī)以及空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況是相關(guān)的，但DOE-2方式彼此沒(méi)有反饋，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果失真。EnergyPlus整合了DOE-2和其他類型模擬軟件的優(yōu)點(diǎn)，采用集成同步的負(fù)荷、系統(tǒng)和設(shè)備的結(jié)構(gòu)，在管理模塊的監(jiān)督下，彼此之間有反饋，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確。EnergyPlus作為建筑能耗模擬引擎，能夠精確地處理較復(fù)雜的各類建筑。在處理建筑熱過(guò)程時(shí)考慮了多方面的因素。 因此，基于云計(jì)算的建筑能耗模擬與優(yōu)化平臺(tái)采用EnergyPlus為能耗模擬引擎，通過(guò)軟件即服務(wù)(SAAS)的方式，構(gòu)建其輸入文件(IDF或IMF文件)，對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)輸出進(jìn)行文檔化、圖形化等處理，向用戶提供建筑能耗模擬和優(yōu)化服務(wù)。 1平臺(tái)架構(gòu) 建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺(tái)能夠向用戶提供專業(yè)級(jí)建筑能耗模擬分析和優(yōu)化服務(wù)，對(duì)用戶的專業(yè)性要求低，操作簡(jiǎn)單，支持不同類型的能耗模擬輸入文件，包括IDF文件、IMF文件、GBXML文件和自定義的建筑相關(guān)參數(shù)。該平臺(tái)提供了國(guó)內(nèi)常見(jiàn)建筑形式的熱工參數(shù)模板，可以通過(guò)簡(jiǎn)單圖形化的修改，完成建筑能耗模擬相關(guān)參數(shù)的輸入，形成標(biāo)準(zhǔn)的IDF文件。同時(shí)，該平臺(tái)支持智能的任務(wù)管理，能夠同時(shí)針對(duì)多個(gè)用戶的多個(gè)模擬任務(wù)進(jìn)行模擬計(jì)算、優(yōu)化和分析，并以數(shù)據(jù)和圖表的形式呈現(xiàn)專業(yè)建筑能耗模擬分析報(bào)告。針對(duì)用戶提交的建筑方案，模擬分析系統(tǒng)對(duì)新建建筑和已有建筑給出采用不同建筑參數(shù)的對(duì)比分析報(bào)告。 1.1平臺(tái)體系架構(gòu) 平臺(tái)體系架構(gòu)如圖1所示。通過(guò)IaaS的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)為EnergyPlus模擬計(jì)算引擎、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、Web服務(wù)，提供包括計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源等基礎(chǔ)設(shè)施保障。通過(guò)PaaS平臺(tái)即服務(wù)提供模擬、優(yōu)化應(yīng)用服務(wù)、EnergyPlus計(jì)算服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、Web應(yīng)用服務(wù)，對(duì)前端客戶需要的功能進(jìn)行支撐。通過(guò)SaaS軟件即服務(wù)的方式，以Web、APP等形式向用戶提供建筑能耗的模擬服務(wù)，用戶可通過(guò)Web、APP生成模擬和優(yōu)化任務(wù)，查看模擬和優(yōu)化結(jié)果。 2平臺(tái)邏輯架構(gòu) 平臺(tái)邏輯架構(gòu)如圖2所示，主要包括輸入文件處理、核心系統(tǒng)和輸出文件處理。 輸入文件處理主要針對(duì)不同形式的數(shù)據(jù)輸入，包括EnergyPlus標(biāo)準(zhǔn)的IDF/IMF文件、Revit導(dǎo)出的綠建文件GBXML、用戶自定義的參數(shù)文件及相關(guān)的CAD文件。IDF/IMF作為EnergyPlus標(biāo)準(zhǔn)輸入文件，通過(guò)驗(yàn)證后可以直接作為平臺(tái)的輸入文件;GBXML文件作為Revit導(dǎo)出文件，需要后端的輸入文件處理并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用戶可對(duì)其參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，生成IDF文件作為輸入文件;用戶自定義文件根據(jù)不同的輸入文件模板，通過(guò)平臺(tái)軟件進(jìn)行建筑及其相關(guān)參數(shù)的自定義，最終生成IDF文件。 平臺(tái)核心部分包括Web服務(wù)，EnergyPlus、Trnsys計(jì)算引擎、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)。Web服務(wù)對(duì)用戶的Web應(yīng)用軟件、APP軟件提供服務(wù)，實(shí)現(xiàn)包括模擬任務(wù)、用戶管理、優(yōu)化管理、系統(tǒng)管理等業(yè)務(wù)邏輯;EnergyPlus、Trnsys計(jì)算引擎完成能耗的模擬計(jì)算，并輸出相關(guān)的模擬計(jì)算結(jié)果;數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)存儲(chǔ)與平臺(tái)相關(guān)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括模擬任務(wù)數(shù)據(jù)、模擬產(chǎn)生的結(jié)果數(shù)據(jù)、文檔結(jié)果信息、輸入文件信息等。輸出文件處理模塊針對(duì)EnergyPlus、Trnsys計(jì)算引擎輸出的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果文件，按照用戶的需要，輸出不同格式、不同形式的能耗模擬分析報(bào)告。 2平臺(tái)功能 用戶端的系統(tǒng)功能包括模擬任務(wù)管理、建筑模板、氣候參數(shù)、優(yōu)化設(shè)定和系統(tǒng)管理，平臺(tái)端功能包括任務(wù)執(zhí)行管理、結(jié)果分析管理、建筑模板管理、計(jì)算引擎管理、氣候文件管理、優(yōu)化設(shè)定和系統(tǒng)管理。 任務(wù)管理以IDF/IMF、GBXML文件為輸入文件，結(jié)合平臺(tái)提供的建筑模板，實(shí)現(xiàn)模擬分析任務(wù)的創(chuàng)建。任務(wù)的輸入文件可以采用IDF、IMF、GBXML等文件，也可以采用建筑模板進(jìn)行簡(jiǎn)單的修改。模擬分析結(jié)果報(bào)告以任務(wù)為單位進(jìn)行管理。新建任務(wù)中，可以關(guān)聯(lián)所處的地理位置和相關(guān)氣候參數(shù)。 建筑模板主要根據(jù)典型的建筑設(shè)計(jì)和實(shí)施方案給出，包括用來(lái)進(jìn)行模擬的主要參數(shù)，如建筑的建筑、結(jié)構(gòu)、水電暖等基本信息，以及建筑構(gòu)件、材料的數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)實(shí)際建筑情況選擇參數(shù)，快速構(gòu)建用來(lái)模擬的IDF/IMF文件。 氣候參數(shù)給出平臺(tái)所支撐的氣候數(shù)據(jù)，可根據(jù)所處的地理位置選擇，用戶也可以加入自定義的氣候參數(shù)，在建立新任務(wù)時(shí)通過(guò)地理位置自動(dòng)獲取氣候參數(shù)文件。在模擬中可以對(duì)建筑方案進(jìn)行優(yōu)化對(duì)比，通過(guò)調(diào)整建筑的朝向、窗墻比、相關(guān)材料、空調(diào)系統(tǒng)，給出建筑優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案或節(jié)能改造方案。 3平臺(tái)應(yīng)用分析 建筑能耗模擬與優(yōu)化軟件平臺(tái)主要應(yīng)用于新建建筑設(shè)計(jì)、現(xiàn)有建筑節(jié)能改造項(xiàng)目支撐、國(guó)家建筑節(jié)能、綠建標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的支撐等方面。 (1)新建建筑通過(guò)平臺(tái)能夠給出不同方案的能耗情況，可以給出更加細(xì)致、精確的能耗分析報(bào)告。針對(duì)同種建筑設(shè)計(jì)方案，可以通過(guò)調(diào)整窗墻比、玻璃所用材料、外圍護(hù)等優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (2)節(jié)能改造項(xiàng)目通過(guò)平臺(tái)模擬輸出的精確能耗分析，可以精準(zhǔn)地了解節(jié)能改造建筑的潛力，支撐節(jié)能項(xiàng)目改造決策。該平臺(tái)能夠提供直觀、科學(xué)、合理的節(jié)能潛力分析報(bào)告，增強(qiáng)節(jié)能改造項(xiàng)目的必要性和可行性。 (3)針對(duì)綠建標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，可通過(guò)平臺(tái)對(duì)綠建標(biāo)準(zhǔn)中要求的項(xiàng)目進(jìn)行模擬分析，支