多层建筑能耗分析软件的开发与应用

计算机技术

多层建筑能耗分析软件的

开发与应用

哈尔滨工业大学　于　涛☆　方修睦中国建筑设计研究院　于晓明　王　建

摘要　介绍了多层建筑能耗分析软件所采用的计算方法, 并对软件的特点和结构进行了

说明。通过工程实例, 证明了该软件能客观地反映建筑物的能耗分布规律, 为建筑物热费的合理分摊研究提供了工具。

关键词　多层建筑　能耗分析　软件开发　供热收费

De v e l o p m e nt a n d a p p li c a ti o n of e n e r g y 2c o ns u m p ti o n

a n a l ysis s oft w a r e f or m ulti 2st or e y e d b uil di n gs

By Y u T ao ★, F ang X iumu , Y u X iaoming and Wang Jian

Ab s t r a c t 　P r e s e n t s

c a l c ul a t i on me t ho d s ,

c h a r a c t e ri s t i c s

a n d

c ons t r uc t i ons

of

t h e

s of t w a r e. It i s p r ove d t h a t t h e s of t w a r e c a n r e f l e c t t h e e n e r g y 2c ons ump t i on di s t ri b u t i on o bj e c t i ve l y i n b uil di n g s by t h e p r oj e c t e x a mp l e. Th e s of t w a r e t h e r e f o r e i s a us e f ul t o ol f o r f ur t h e r s t udy on h e a t i n g bill a ll o c a t i on.

Ke yw o r d s 　mul t i 2s t o r e y e d b uil di n g , e n e r g y 2c ons ump t i on a n a l ys i s , s of t w a r e d e ve l op me n t , h e a t c h a r gi n g

★Harbin Institute of Technology , China

　　我国多年以来实行的供暖按面积收费的方式, 是计划

经济的产物, 已经不能适应市场经济的需要。改革旧有的收费制度, 按照每户的用热量交供暖费, 已经成为我国建筑节能工作的重点。

在我国北方地区, 建筑物的冬季供暖能耗与外围护结构的构造有关。各个房间的供暖能耗, 则与该房间在建筑物中的相对位置有关。由于我国的居住建筑以公寓类为主, 因此不同位置房间的能耗差别问题更加突出。要解决此类建筑的热费的合理分摊问题, 首先要分析建筑物的能耗分布规律, 并依此进行热费分摊方法的研究。1　能耗分析方法的确定

目前可采用的建筑物能耗分析方法很多, 根据所依据的数学模型, 可将计算方法分为两大类:一类是建立在稳定传热理论基础上的静态能耗分析法, 另一类是建立在不稳定传热理论基础上的动态能耗模拟法。

静态能耗分析法的基本原理是将供暖期或供暖期中的各旬、各月的耗热量按稳态传热理论进行计算, 而不考虑各部分围护结构的蓄热效应。由于供暖期较长, 温度的日际

波动周期也较长, 围护结构蓄热对整个供暖期耗热量的影响甚微。它适用于只需知道整个建筑物或单位建筑面积在一个供暖期的耗热量, 并不需要详细掌握耗热量随时间变化的具体情况。静态能耗分析的方法主要有:有效传热系数法、度日法、BIN 方法(变基准温度的度日法) 、当量满负荷运行时间(τE ) 法等。各种静态分析方法各有特点, 文献

[1]中所采用的方法即为有效传热系数法。

动态能耗模拟法对室内外各种扰量考虑较细, 得到的结果也比较准确, 但是动态模拟工程非常复杂。利用计算机, 可以方便地对不断变化的室外参数作用下建筑物的冷热负荷进行动态计算, 以及对供暖系统的全年能耗进行动态模拟计算。目前世界上许多国家都开发出具有不同特点

☆于涛, 女,1978年10生, 在读博士研究生

150090哈尔滨市南岗区海河路202号哈尔滨工业大学二

区2312信箱

(0451) 6282133

E 2mail :hgdyutao@163. net 收稿日期:20020114

的建筑物能耗计算软件, 比较有代表性的有美国的DOE 22,

DEROB , 日本的HASP , 英国的Energy2, Seri 2Res , 瑞典的B K L , J ULO TTA , 芬兰的TASE , 法国的CLM2000以及我国的B TP ,EHL , 等等。

建筑能耗的静态能耗分析法和动态能耗模拟法各有特点。我国的《民用建筑节能设计标准》中给出的能耗分析方法就是静态法。

笔者利用文献[1]中的单位建筑面积传热耗热量计算公式与DOE 22软件对一栋6层的居住建筑的传热耗热量进行了分析, 分析结果见图1。由图1可知,

两种算法的计

算结果相差不大。鉴于静态能耗分析法简单的优点, 因此在进行传热耗热量

图1　围护结构传热耗热量的分析中

采用该方法。

而对于空气渗透耗热量的计算, 建筑物的能耗估算大多采用的是换气次数法。换气次数法是比较粗略估算渗风量的方法, 没有考虑不同地区风速大小的差异, 也没有考虑主导风向与非主导风向的影响, 以及外窗的类型、尺寸、构造等诸多因素的影响。在进行供暖设计时, 多层建筑的空气渗透耗热量一般是采用缝隙法计算的, 虽然考虑了风向与外窗的类型、尺寸、构造等诸多因素的影响, 但未考虑热压的影响。实际测定结果表明(图2) , 采用上述方法计算空气渗透耗热量,

与实际建筑物的负荷分布规律是不相符

的, 依此进行的建筑物的热费分摊系数的研究则

是不合理的。为此, 在空气渗透耗热量的计算中,

求使界面美观醒目、可视化程度强、人机接口友好、软件操作简单。

2. 2　程序设计采取模块化和结构化

将大问题划分为若干个彼此相对独立且可实现的小问题, 建立若干个具有特定功能的模块, 模块按照从上向下调用的原则构成层次系统, 且模块间接口简明, 各模块间遵循信息隐蔽原则, 加强了系统的内聚性, 减少了系统的耦合性。采用模块化和结构化设计的程序结构清晰, 易于阅读、理解和修改, 运行效率高, 整个程序具有构造性、严谨性和组合性, 很好地体现了软件工程的思想。2. 3　多渠道减少输入参数, 简化参数输入方法, 力求输入方便、快捷2. 3. 1　参数进行汇总和归类。分析数学模型中各个参数的性质和因变量, 抽象出计算各户耗热量所共需的参数作为公共参数, 余者作为单户计算参数, 并把参数分为必须输入的原始参数、可通过推导求得或可根据数据库查询的参数。在软件界面中, 公共参数和单户计算参数分别对应着公共参数输入窗口和单户计算参数输入窗口, 在各窗口又可根据参数的性质将其细分为建筑物整体外形参数、围护结构特性参数、气象参数等。2. 3. 2　提供输入参数的可选列表, 并辅以提示信息。2. 3. 3　控件间相互控制, 避免不必要输入。2. 4　建立各种功能的可视化数据库2. 4. 1　软件中数据库的分类及创建

可视化数据库编程的核心是把数据组件与数据库字段连接, 使数据组件直接动态感应数据库中数据的变化。本软件中的数据库按用途可分为参数输入数据库、参数输出数据库和查询数据库。参数输入、输出数据库是用数据库桌面系统创建的, 查询数据库是用OL E 动态链接Word 文档中的数据表格而创建的。2. 4. 2　数据库的访问

为了便于查询和调用, 将所有的参数输入、输出数据库都设立了别名。在软件中, 对参数输入数据库和参数输出数据库的访问是有区别的:前者中的数据需要在程序执行过程中及时被调用并直接参与运算, 因此是用Tquery 组件生成表格, 并用已置入参数的SQL (结构化查询语言) 对数据库进行动态查询的; 后者中的数据仅是用来显示计算结果, 所以是用Table 构件访问的, 这样能更方便、更快捷。2. 4. 3　对数据库的引申应用, 使输出直观、多元化

数据报表和数据的图表显示是对数据库进一步的引申应用, 是数据库数据记录的重要输出方式。把数据报表与一个数据库相连后, 可以在报表中输出数据值、图像、图标和图形, 可以统计数据、直接浏览数据或打印报表。通过把数据图表显示控件和数据库关联起来, 控件可以根据索引进行查询, 自动取得数据库记录并以图表形式显示出来, 同时保存所有的筛选条件和范围。有了这两项功能, 输出数据库中的数据可以被完整、形象地表达出来, 便于查阅和分析。2. 5　从使用者的角度出发, 通过窗体间的链接控件、工具

图2　实测结果与计算结果比较

考虑了风压和热压的综合作用。

2　软件开发的思想和具体作法　　建筑物的负荷分布规律是进行热费分摊系数研究的基础, 由于能耗分析涉及到的建筑物的基础数据较多, 所以对大量输入参数的多渠道简化是软件编制工作的前提, 功能强大的可视化数据库的建立是提高软件的工作效率和实用性的关键。为此, 笔者以Windows 作为软件开发平台, 用C ++Builder 作为工具语言, 在编制软件时着重从以下几点体现编程思想:2. 1　采用面向对象的界面设计, 建立良好的人机接口, 力

按钮的浮动提示、关键性操作和输入的提示对话框、详细的

帮助信息等手段来引导操作, 对各种输入和操作的合法性及可行性及时检测, 使用户使用时得心应手。

软件流程见图3。3　软件验证

完成软件的编制工作后, 笔者以大庆市万宝小区二期工程49号楼作为算例, 进行了能耗分析, 并利用单户耗热量的实测数据对软件进行了校核。

所分析的

图3　软件流程图

建筑物共6个

单元, 每个单元均为一梯两户, 试验主要集中在有代表性的山墙单元的12个用户。1层101,102用户均为两室两厅, 从2层到6层的各01用户为两室两厅,02用户为三室两厅, 其中02用户为山墙用户, 各户户型详见图4。试验时建筑物内无人居住

。

图6　建筑物能耗分布规律

计算结果进行比较, 图中给出了现场测定结果, 以及分别用

DOE 22、静态1(采用文献[1]规定的方法) 、静态2(用文献[1]规定的方法计算围护结构传热耗热量, 而用缝隙法计算渗风耗热量) 等方法计算的结果。

由图6可见:

a ) 目前所采用的静态计算方法所得到的计算结果及用DOE 22软件的计算结果均与实际的能耗规律偏差较大。

b ) 用所编制的软件计算的建筑物的能耗分布规律与实测结果基本吻合,2～6层各用户的耗热量指标与实测值吻合得较理想, 只是1层的计算结果与试验结果有一些偏离, 而用其它方法计算的结果也是如此。其原因可能是试验期间,1层房间由于管道跑水, 地面曾几次被泡, 导致地面很潮湿; 而在分析中所采用的传热系数是手册中提供的数据, 由此产生地面传热计算误差, 引起总耗热量指标偏差。4　结论　　通过以上的实际验证, 表明所开发的能耗分析软件所采用的计算模型和实现算法是正确的, 能客观地反映建筑物的能耗分布情况, 可为热费分摊方法的研究提供有效的工具。参考文献

1　J G J 2695　民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) 2　陆耀庆. 实用供热空调设计手册. 北京:中国建筑工业出版社,

19973　高甫生. 高甫生空调论文集. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,

19934　王建. 多层住宅建筑按户热计量收费修正系数方法的研究:[硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,20015　曹慧哲. 多层住宅建筑实行热计量后热费分摊模型的研究:[硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2001

图4　试验建筑单元平面图

图5是对试验建筑的围护结构传热耗热量的计算结

果。由图5可知, 所编制的软件的计算结果与DOE 22的动态计算结果基本吻合

。

・书讯・

《中央空调维护保养实用技术》

集中式空调系统在我国民用建筑中应用已十分普遍, 但近些年公共建筑里的空调病时有发生。导致这一现象的一个很重要原因就是系统维护管理人员没能定期清洗空调系统中的污染物, 任之肆意滋生, 危害人体。如今,SARS 病毒的蔓延使普通用户对空调系统有了新的认识, 并对系统的清洁卫生提出了更高的要求。

为此, 本书对中央空调系统作了较详细的阐述, 并重点介绍了系统及设备的维护保养知识; 水系统中的污垢、腐蚀和微生物的产生机理及控制、清洗方法; 送回风系统的清洁、消毒等实用技术, 并附以工程实例。

本书由张林华、曲云霞主编。预计2003年7月底面世。由中国建筑工业出版社出版发行, 全书约40万字, 估价25. 00元。

图5　传热耗热量

　　图6是根据本软件计算的建筑物耗热量指标,

为了对

(齐庆梅)