国外建筑热环境模拟和分析的软件介绍

国外建筑热环境模拟和分析的软件介绍

国内外应用进行建筑热环境模拟和分析的软件较多，其中较为普及和权威的主要有：DOE-2软件、RNSYS软件、ESP-r软件、Climate Surface软件以及FLUENT软件等。

1 DOE-2软件TopEnergy建筑

DOE-2是公认的建筑能耗分析结果最为准确的软件之一。该软件通过“建筑描述语言”Building　Descri ption Language，简称BDL)来解决大量的建筑体型、构造、设备性能甚至房间使用时间安排等输入的问题，并更新了HVAC系统分析模型，能耗计算、系统性能分析以及经济分析等的内核程序采用这方面比较成熟的软件NECAP (the NASA Energy-CostAnalysis Program)的算法。

NECAP是较早采用动态分析方法对建筑进行能耗分析的软件之一。它采用逐时的气象数据，并考虑了围护结构热容量的影响。在房间热响应分析中采用了加权系数法（即房间反应系数法），并能选择不同性能的制冷、采暖设备(包括中央系统和终端系统)以及可以安排设备的工作时间，可以对与建筑能耗有关的其它要求如设备容量、系统整体性能以及能源经济等作出评估。后来的美国能源部(the U.S.Department of Energy ，简称DOE)继承了该软件，并于1978年将软件改名为DOE-1.4面世。之后在该软件的基础上，由劳伦斯-伯克利实验室(U.S.Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL)发展为现在流行的DOE-2.0、DOE-2.1等系列.

2 TRNSYS软件
TRNSYS的全称为Transient System SimulationProgram，即瞬时系统模拟程序。该软件由美国威斯康星大学建筑技术与太阳能利用研究所的研究人员开发，并在欧洲一些研究所的共同努力下逐步完善，到今天版本己达到15.0。该系统的最大的特色在于其模块化的分析方式。所谓模块分析，即认为所有热传输系统均由若干个细小的系统（即模块）组成，一个模块实现一种特定的功能，如热水器模块，单温度场分析模块、太阳辐射分析模块、输出模块等。因此，只要调用实现这些特定功能的模块，给定输入条件，这些模块程序就可以对某种特定热传输现象进行模拟，最后汇总就可对整个系统进行瞬时模拟分析。比如：在分析建筑的能耗的时候，可以用到单温度场的分析模块(Single -zone analysismodule，TYPEl9)或多温度场的分析模块Multi-zoneanalysis module，TYPE56)，前者假定室内各处的空气温度是相等的，其主要用于对室内热环境以及建筑的能超作相对简单的分析；而后者则考虑到房间温度分布的不均匀性，因此，分析的结果更为精确。除此之外，要对某建筑进行能耗分析，还需要气象数据处理模块、各朝向太阳辐射计算模块、数据处理模块以及输出模块等。而这些模块在对其他热传输系统的分析中同样还要用到，但我们无需再单独编制程序来实现这些功能，只要调用这些模块，给与其特定的输入条件就可以了。由此可以看出该分析系统的优越之处。

3　ESP-r软件

ESP-r是由英国开发的在欧洲应用非常广泛的建筑能耗模拟分析软件。 ESP-r是一个集成的模拟分析工具，可以模拟建筑的声、光、热性能，还可以对建筑能耗以及温室气体排放作出评估以用于环境系统控制。可模拟的领域几乎涵盖建筑物理及环境控制的各个方面。在建筑的热性能以及能耗分析方面，该软件可以对影响建筑能耗以及环境品质的各种因素作深度的研究。其基本的分析方法为计算流体力学（Computing Fluid Dynamic ，简称CFD）中的有限容积法（Finite Volume Method），可以对建筑内外空间的温度场、空气流场以及水蒸汽的分布进行模拟，因此它不仅可以对建筑能耗进行模拟，还可以对建筑的舒适度，采暖、通风、制冷设备的容量及效率，气流状态等参量作出综合的评估。除此之外，该软件还集成了对新的可再生能源技术(如光伏系统、风力系统等)的分析手段。
　Climate Surface由苏黎世瑞士联邦技术学院建筑物理研究所研制开发。它是以建筑能耗分析为唯一目的的软件，适合于建筑设计初期阶段对建筑的能耗进行评估分析。该软件分析模型的核心是自由温度（Free-running Temperature）概念，即在无任何采暖、制冷设备的条件下，室内空气的温度。显而易见，该温度越接近人体的舒适温度区(一般认为20-26℃)，房间所需的采暖、制冷的能耗就越小。建筑节能设计的任务就是如何让室内的自由温度更加接近舒适温度区。计算分析模型基于能量平衡方程，经过一系列的简化后，将影响建筑室内空气自由温度的因素归结为时间常数т和窗户的得失热比γ两个量(其中γ影响着室内自由温度的平均值和波动大小，而т则主要影响室内自由温度的波动)，并由自由温度求出房间温度全年保持20-26℃时所需的能耗。该软件可以非常直观迅速地看到围护结构性能的调整所产生的建筑能耗的变化，是一个非常适合于建筑设计人员使用的简单的建筑能耗分析软件。
　　FLUENT软件设计基于CFD软件群的概念，针对各种复杂流动的物理现象，FLUENT软件采用适当的数值解法，以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到优化组合，从而高效率地解决各