EnergyPlus能耗的几点分析
基于EnergyPlus的几种典型平面形状的塔式办公建筑的能耗差异分析
摘 要 ： 塔 式 办 公 建 筑 的空 调 能 耗 占到 建筑 总 能 耗 的 ５ ０ ％～ ６ Ｏ ． 建 筑 内部 的太 阳 辐 射 得 热 量 的 多 少 直 接 影
响着 建 筑 的 空 调 能 耗 ， 这 个 又 与建 筑 外 围 护 结 构 的 面 积 、 朝 向 及 建 筑 的 外 形 等 有 密 切 关 系． 采用 Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｐ ｌ ｕ ｓ 建 筑 全 能 耗模 拟 软 件 对 圆 形 、 正六边形 、 正方形 、 正 三 角形 平 面 形 状 的 塔 式 办 公 建 筑 进 行 的 全 年 能 耗 模 拟 ， 根 据模 拟 结 果 对 这 几 种 塔 式 办 公 建 筑 的能 耗 差 异 进 行 了分 析．
设计 或 分析建 筑及 暖通 空 调系统 的软 件 ， 它 们具 有不 同 的功能 和复 杂程度 ， 面 向不 同 的用 户 ， 大致 可分
为 以下 四大类 ．
ａ ） 设计 用软 件 （ ｐ ｒ ａ ｃｔ ｏ ｏ ｌ ｓ ）： 建筑师、 工 程 师等 用 来 进 行 建 筑及 系统 设计 的软 件 ， 如
观 的结果 ；
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ １ — ２ １
修 改 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ７ — ２ ２
基金项 目： 陕 西 省 重 点 科 技创 新 团 队 （ ２ ０ １ ２ ＫＴＣ － Ｉ １ ） ； 广 东 省部 产 学 研 集 合 专 项 资 金 资 助 项 目（ ２ ０ １ １ Ａ０ ９ １ １ ０ ０ ０ ０ ４ ３ ）
作者简介 ： 张 明（ １ ９ ７ ６ 一 ） ， 陕西西安人 ， 工程师 ， 主要从事建筑节能设计 、 建筑节 能检测 、 建筑能耗分析等研究 ．
基于EnergyPlus的被动式超低能耗建筑能耗模拟分析
基于EnergyPlus的被动式超低能耗建筑能耗模拟分析周文倩;李祥立;王群鹤【摘要】本文以济南某被动式超低能耗二层别墅为研究对象, 利用EnergyPlus能耗模拟软件对该建筑进行全年逐时动态模拟分析, 将其结果与现行的节能建筑设计标准计算结果进行对比, 得出该研究对象的节能率为 35%, 分析了影响建筑能耗的主要因素, 为建筑节能的进一步发展提出建议.【期刊名称】《建筑热能通风空调》【年(卷),期】2018(037)011【总页数】4页(P59-62)【关键词】被动房;超低能耗建筑;EnergyPlus;节能效果【作者】周文倩;李祥立;王群鹤【作者单位】大连理工大学建设工程学部;大连理工大学建设工程学部;大连理工大学建设工程学部【正文语种】中文鉴于日益严峻的能源形势，世界各国逐步开启了节能减排计划。
1988年，瑞典的Bo Adamson和德国Feist想设计一种不需要“采暖空调主动供冷热”的房屋，称为“被动房”[1]，此后完成了一整套被动式建筑技术和施工规范的工作。
被动房作为实现超低能耗建筑的一种有效途径，现已在多个国家被推广实施。
位于德国海德堡市中心的海德堡铁路城，是目前世界上最大的被动房建设项目[2]。
清华大学环境能源楼、新疆的“幸福堡”综合楼等项目是国内在被动式技术上的初步探索。
本文选择济南市为研究地点，参照不同的标准计算建筑能耗，以EnergyPlus全能耗分析软件为主要技术手段，分析不同节能标准下建筑的节能率。
1 建筑模型信息1.1 建筑概况本文选取的二层别墅位于济南市长清区，南北朝向，建筑高度为9.88 m，总建筑面积为288 m2。
别墅内常住人口为5人。
该建筑属于居住建筑，主要房间设置有：厨房、餐厅、客厅、起居室、卧室、卫生间、车库。
建筑平面图如图1、图2所示。
图1 一层平面图图2 二层平面图1.2 建筑围护结构模拟建筑的围护结构主要包含有地面、外墙、外窗等构件。
在本文所选的建筑中，外门只存在门厅处，其面积占比相对于其他构件来讲很小，所以不列入考虑。
EnergyPlus介绍
EnergyPlus介绍：该软件主要特点有：1、采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法；2、在计算负荷时，用户可以定义小于1h的时间步长，在系统模拟中，时间步长自动调整；3、采用热平衡法模拟负荷；4、采用CTF模拟墙体、屋顶、地板等的瞬态传热；5、采用三维有限差分土壤模型和简化的解析方法对土壤传热进行模拟；6、采用联立的传热和传质模型对墙体的传热和传湿进行模拟；7、采用基于人体活动量、室内温湿度等参数的热舒适模型模拟热舒适度；8、采用各向异性的天空模型以改进倾斜表面的天空散射强度；9、先进的窗户传热的计算,可以模拟包括可控的遮阳装置、可调光的电铬玻璃等；10、日光照明的模拟,包括室内照度的计算、眩光的模拟和控制、人工照明的减少对负荷的影响等；11、基于环路的可调整结构的空调系统模拟,用户可以模拟典型的系统,而无需修改源程序；12、与一些常用的模拟软件链接, 如WINDOW5，COMIS，TRNSYS，SPARK 等，以便用户对建筑系统作更详细的模拟；13、源代码开放,用户可以根据自己的需要加入新的模块或功能。
2.2.1 负荷模拟EnergyPlus 是一个建筑能耗逐时模拟引擎，采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法。
在计算负荷时，时间步长可由用户选择，一般为10 到15 分钟。
在系统的模拟中，软件会自动设定更短的- 30 -步长（小至数秒，大至1 小时）以便于更快地收敛。
EnergyPlus 采用CTF 来计算墙体传热，采用热平衡法计算负荷。
CTF 实质上还是一种反应系数，但它的计算更为精确，因为它是基于墙体的内表面温度，而不同于一般的基于室内空气温度的反应系数。
热平衡法是室内空气、围护结构内外表面之间的热平衡方程组的精确解法，它突破了传递函数法（TFM）的种种局限，如对流换热系数和太阳辐射得热可以随时间变化等。
在每个时间步长，程序自建筑内表面开始计算对流、辐射和传湿。
由于程序计算墙体内表面的温度，可以模拟辐射式供热与供冷系统，并对热舒适进行评估。
energyplus采光计算原理
energyplus采光计算原理
EnergyPlus是一种建筑能源模拟软件，它可以用于模拟建筑物
的能耗、照明、采暖、通风和空调系统等方面。
在EnergyPlus中，
采光计算是通过模拟建筑内部的光照分布来评估建筑内部的照明情
况的。
采光计算的原理涉及建筑内部的光照分布、建筑材料的光学特性、窗户和天窗的设计等因素。
EnergyPlus通过考虑建筑的几何形状、窗户的位置和朝向、材料的反射和透射特性等因素来进行采光
计算。
在进行采光计算时，EnergyPlus会考虑建筑内部的自然光和人
工照明的影响。
它会模拟太阳的位置、光线的穿透和反射、建筑内
部的遮挡物等因素，从而评估建筑内部不同位置的光照水平。
这些
计算可以帮助设计者优化建筑的采光设计，减少人工照明的使用，
提高建筑的能效性能。
总的来说，EnergyPlus的采光计算原理是基于建筑的几何形状、材料属性、自然光和人工照明的影响，通过模拟光线的传播和反射
来评估建筑内部的光照情况，为建筑能源效率的提高提供支持。
EnergyPlus中关于多联机室外机参数的解释
●制冷量关于低温的曲线:Curve:Biquadraticf(x,y)=0.576882692+0.01744795*x+0.000583269*x^2 -1.76324E-06*y-7.47E-09*y^2-1.30413E-07*x*y;●制冷量边界曲线Curve:Cubicf(x)= 25.73473775 -0.03150043*x -0.01416595*x^211=<x<=30●制冷量关于高温的曲线:Curve:Biquadraticf(x,y)=0.6867358+ 0.0207631*x+ 0.0005447*x^2 -0.0016218*y -4.259E-07*y^2 -0.0003392*x*y;●制冷量总和修正系数(容量配比系数)Curve:Linearf(x)= 0.618055 + 0.381945*x;（1.0<x<1.5）1<f(x)<1.2●等量长度的配管修正系数Curve:Biquadraticf(x,y)= 1.0693794 -0.0014951 *x+ 2.56E-06*x^2 -0.1151104*y + 0.0511169*y^2 -0.0004369*x*y; 8<x<175;0.5<y<1.5先计算室外机，验证开始。
1．选型室外机能力修正方法：:额定容量配比系数。
:实际容量配比系数:室内机额定功率之和:室外机额定功率(EIO文件中显示的只是额定的容量配比系数)现在已经确定出室外机实际的容量配比系数。
:室外机能力修正系数:进入冷凝器的室外干球温度：室内湿球温度的加权平均值现在已经确定出，室外机的制冷能力关于温度的修正系数现在确定出来了配管的修正系数。
现在也确定出来了室外机的实际制冷量。
2. 实际运行的制冷量现在确定出来了室外机冷凝器的全热制冷量。
下面确定室内机的修正：现在得出了室内机的能力修正系数。
EnergyPlus建筑能耗模拟与应用-深圳地区
EnergyPlus建筑能耗模拟与实例分析深圳市建筑科学研究院鄢涛卜增文刘俊跃摘要介绍了能耗模拟程序EnergyPlus的主要功能和特点。
以深圳地区为例，分析了IWEC气象数据中温度和太阳辐射值偏差对能耗模拟的影响。
通过对比能耗模拟值与实测值，对采用该软件进行建筑能耗动态模拟的适用性做出初步分析，并提出了部分建议。
关键词EnergyPlus 能耗动态模拟1 概述上世纪最后二十多年里，美国能源部资助的两个建筑能耗逐时模拟程序—BLAST和DOE-2在世界范围内得到了广泛应用，其中DOE软件据估计已经为人们节约了200 亿美元[1]。
但是随着时间的推移，人们发现进一步扩展它们的功能变得异常困难。
基于上述原因，美国能源部联合了美国陆军建筑工程研究实验室、伊利诺斯大学、劳伦斯伯克利国家实验室等机构，从1996年开始开发一个新的建筑能耗软件EnergyPlus。
这个软件集合了BLAST和DOE-2大部分特性和功能，于2001年4月发布使用。
EnergyPlus被认为是新一代能耗模拟软件，但与其他大型能耗模拟软件一样，依然存在一些需要完善的地方，比如：界面不太灵活，系统节点输入不可视，导致用户输入时容易出错；定义每面墙时需要输入所有角点的坐标，且对于分隔不同热区的内墙或楼板等需输入两次，而DOE-2围护结构的输入就比EnergyPlus 简洁；不能模拟系统环路压力变化；复杂的系统模拟比较耗时，且易发散；提供的系统模板尚不全面；设备性能曲线定义较复杂等。
2 软件气象数据简析EnergyPlus中国的气象数据采用的是国际能耗计算气象数据IWEC（International Weather for Energy Calculation）。
IWEC包括了众多国际城市的数据，主要适合于逐时能耗模拟软件（DOE-2, BLAST 和EnergyPlus），可用来模拟建筑典型年能耗量。
IWEC不适合于模拟风能等可再生能耗系统，因为IWEC在选取典型月时着重强调的是干球温度和太阳辐射，风速等参数则无法保证其典型性。
EnergyPlus建筑能耗模拟辅助供暖空调系统节能设计
气象分析
首届建筑性能分析沙龙——上海站
从4月1日到10 月15日
首届建筑性能分析沙龙——上海站
建筑冷负荷分布（4/01-10/15）
• 设计总冷负荷2850kW
小时数
350
306
303
300
250
200
174
175
181
174
150
136
124
133
100
92
50
0
首届建筑性能分析沙龙——上海站
首届建筑性能分析沙龙——上海站
建筑设计早期的节能优化的重要性
• 绿色建筑设计、综合设计（Integrated Design)的设计方法是现今 的潮流设计方法。
• 在建筑设计早期20%的设计决策会对最终的设计方案造成80%的 影响[1]。
• 然而在建筑设计早期很多决策都是基于经验和直觉做出的[2]。
一台开利风冷螺杆机组 1348kW，一台开利风冷螺
杆机组1499kW。
三台开利风冷螺杆机组 950kW
418207.4 404919.4
方案2比方案1年节能13288kWh，制冷节能3.2%。 当然实际情况下还要考虑设备间的大小，投资成本分析下等众多因素。进行权衡判断。
首届建筑性能分析沙龙——上海站
建筑设计早期的设计决策的影响
很多绿色建筑认证，包括 LEED和绿建都是按照传统 的设计方法设计之后再加 入绿色“元素”。绿色建 筑并不绿色的现象。
首届建筑性能分析沙龙——上海站
利用能耗模拟辅助建筑早期节能设计
• 建筑设计早期进行能耗模拟分析是种定量的有数据依据的分析方 法。
• 研究表明能耗模拟软件的运用能够提高建筑的节能水平[3]。 • 利用能耗模拟辅助被动式设计，如遮阳、围护结构设计等 • 利用能耗模拟辅助供暖空调系统设计
建筑全能耗分析软件Energy Plus及其应用
① ☆ 潘毅群 ,女 ,1970 年 12 月生 ,博士 ,副教授 200092 上海市赤峰路 67 号同济大学南校区楼宇设备工 程与管理系 (021) 65072569 E2mail : pyqbb @online. sh. cn
·4 · 专题研讨 暖通空调 HV &A C 2004 年第 34 卷第 9 期
节点 ,以便连接 。这些连接起来的部件还可以与房 间进行多环路的连接 ,因此可以模拟双空气环路的 空调系统 ,如独立式新风系统 (dedicated outdoor air system , DOAS) 。一些常用的空调系统类型和配 置已做成模块 ,包括双风道的定风量空气系统和变 风量空气系统 、单风道的定风量空气系统和变风量 空气系统 、组合式直接蒸发系统 、热泵 、辐射式供热 和供冷系统 、水环热泵 、地源热泵等 。 1. 2. 3 设备模拟
·2 · 暖通空调 HV &A C 2004 年第 34 卷第 9 期
专题研 讨 建筑全能耗分析软件 EnergyPlus 及应用
同济大学 潘毅群 ☆ 特灵空调公司 吴 刚 美国卡内基梅隆大学 Volker Hartkopf
摘要 介绍了新一代建筑全能耗分析软件 EnergyPlus 的基本原理 、特点和新功能及其与 DO E22 的比较 ,并将其应用于某一实际的建筑冷热电联产系统的模拟 ,根据模拟结果对整个系 统进行了全年能耗和经济性分析 。
d) 专业分析软件 ( specialized analysis tools) : 用于科研 ,拥有专门开发的精确的模型 ,例如计算 流体力学 ( CFD) 模拟软件 Fluent 、照明模拟软件 Radiance 等 。
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EnergyPlus能耗的几点分析
1、建筑全能耗分析软件介绍
世界上有很多用来设计或分析建筑及暖通空调系统的软件，它们具有不同的功能和复杂程度，面向不同的用户。
建筑全能耗分析软件可以用来模拟建筑及空调系统全年逐时的负荷及能耗，有助于建筑师和工程师从整个建筑设计工程来考虑如何节能。
大多数的建筑全能耗分析软件由四个主要模块构成：负荷模块、系统模块、设备模块和经济模块。
这四个模块相互联系形成一个建筑系统模块。
其中负荷模块模拟建筑外围护结构及其与室外环境和室内负荷之间的相互影响。
系统模块模拟空调系统得空气输送设备、风机、盘管以及相关的控制装置。
设备模块模拟制冷机、锅炉、冷却塔、能源储存设备、发电设备、泵等冷热源设备。
经济模块计算为满足建筑负荷所需要的能源费用。
有些软件没有经济模块，有些软件把系统模块和设备模块合并为一个模块。
2、EnergyPlus模拟介绍
EnergyPlus是美国能源部资助的、由劳伦斯·伯克利国家实验室等科研机构协作开发的一种功能齐全的建筑能耗分析软件，作为已有的两个著名的能耗分析软件BLAST和DOE-2的全新替代产物EnergyPlus不但继承了BLAST 和DOE-2程序原有的特点和功能，同时在计算方法和程序结构等方面均有了很显著的进步。
1）负荷模拟
EnergyPlus采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法，在计算负荷时，时间步长可由用户选择，一般为10～15min。
在系统的模拟中，软件会自动设定更短的步长以便于更快地收敛。
EnergyPlus采用CTF来计算墙体传热，采用热平衡法计算负荷。
CTF实质上还是一种反映系数法，但它的计算更为精确，因为它是基于墙体的内表面温度，而不同于一般的基于室内空气温度的反应系数法。
在EnergyPlus中采用各向异性的天空模型对DOE-2的日光照明模型进行了改造，以更为精确地模拟倾斜表面上的天空散射强度。
2 ）系统模拟
EnergyPlus采用模块化的系统模拟方法，时间步长可变。
空调系统由多个部件构成，这些部件包括风机、冷热水及直接蒸发盘管、加湿器、转轮除湿装置、蒸发冷却装置、变风量末端装置、风机盘管等。
这些部件由模拟实际建筑管网的水或空气环路连接起来，每个部件的前后都需要设定一个节点，以便连接。
这些连接起来的部件还可以与房间进行多环路的连接，因此可以模拟双空气环路的空调系统。
3）设备模拟
EnergyPlus模拟的冷热源设备包括吸收式制冷机、电制冷机、引擎驱动的制冷机、燃气轮机制冷机、锅炉、冷却塔、柴油发电机、燃气轮机、太阳能电池等。
这些设备分别用冷水、热水和冷却水回路连接起来。
设备模拟采用曲线拟合法。
3、EnergyPlus的输入输出
EnergyPlus可以预测全年8760小时建筑物逐时的室内热环境参数和能耗，要求使用者提供：
1）建筑物本身的详细描述。
包括建筑物所在地理位置和时区等的描述和围护结构的各种性能参数，比如墙体的组成及各种组成的比热、密度、传热系数等，单层或双层窗户的形式和窗玻璃的热传导率等等。
2）建筑物内部人员、照明、电器以及其他与内部负荷有关的设备的情况。
主要指人员的数量、活动的时间、活动的强度、照明和电器设备的功率、开启的时间等参数。
3）建筑物所用的HVAC设备和系统得详细描述。
这一部分主要是指各种HVAC设备的效率、压头、工作时间等参数和整个系统的设备连接方式包括系统的各个环路和组成环路的分支以及分支节点的布置等。
4）其它数据
主要是指对各种参数的设定值，包括送风温度，水环路的送水温度，区域温度的设定，区域控制设备的类型等。
EnergyPlus包括四个输入模块。
气象数据：在EnergyPlus程序库中包含了世界上许多城市的气象数据，在使用时，需要调用这些数据，并使用weather converter程序转换为EnergyPlus可以使用的数据。
用户数据：当使用EnergyPlus进行模拟时，需要对建筑进行整体的描述包括建筑所在的经度、纬度、时区，并按照建筑内空调系统得布置把整个建筑进行分区。
材料数据库：EnergyPlus在描述围护结构时，需要输入组成围护结构的各种材料的厚度、粗糙度、比热、密度、传导率、对热的吸收率、反射率等参数。
构造数据库：使用EnergyPlus模拟空调系统时，需要描述组成空调系统得各个环路、组成各个环路的分支以及分支之间连接的节点。
四个输出模块：
负荷报告：通过模拟可以得到室内空气温度、湿度。
各个区域的人员、灯光、设备的负荷区域的潛热负荷、显热负荷等结果。
系统报告：可以输出机组冷冻水和冷却水的出口温度及流量，机组的耗电量等参数。
经济报告：可以输出室内舒适度指标PMV等经济性指标。
4、EnergyPlus的计算思路
EnergyPlus是基于动态负荷理论，采用反应系数法对包括建筑物及相关的供热、通风和空调系统设备能耗情况进行模拟分析的一款大型能耗分析计算软件。
输入建筑的地理位置，相关的气象资料，建筑材料及围护结构的基本信息，内部使用情况（包括人员、照明、设备和空气流通的情况），供热、通风、空调系统及其相关冷、热源的设计、运行、控制提供指导。
EnergyPlus不但可以对实际的
建筑物进行模拟计算，也可以虚拟的建筑物情况通过建立分析模型进行能耗模拟计算。
5、EnergyPlus能耗分析的理论基础
进行空调房间的全年负荷模拟和建筑物的能耗分析，必须了解房间内的热量变化和转换过程以及负荷的计算方法。
EnergyPlus程序所采用的负荷计算方法是房间热平衡法。
基本假设为房间空气温度是均衡一致的，围护结构表面温度是均衡一致的。
计算出任意扰量下的墙体传热量后，就可以对包括所有室内家具、设备等在内的房间整体的热特性进行分析计算，以求解除房间的冷热负荷及温湿度状态。
房间空气热平衡方程式如下：
式中：—各表面与室内空气的对流传热量（W）；
—通过表面i的对流传热量（W/m2）；
N—围护结构表面的个数；
—表面i的面积（m2）；
—它对应着表面热平衡方程中的日射、灯光、人员和设备得热中的对流部分以及水分蒸发所导致的潜热量（W）；
—房间需要排出的热量，即除热量（W）；
—新风和渗透风的重量风量之和（Kg）；
—空气比热（W/kg·K）；
—室外空气温度。
它不同于室外综合温度（K）；
—室内空气的热容量（W）。
通过上述热平衡方程组，即可得出房间的冷热负荷或房间温度状况。
6、结语
能耗分析软件EnergyPlus根据不稳定传热原理对建筑的动态负荷进行模拟计算，考虑了围护结构对室外温度变化的衰减和延迟效应，从而可以较为准确地反映建筑物的负荷变化情况。
参考文献
[1] 贺平，孙刚. 供热工程[M]. 北京：中国建筑工业出版社，1993.
[2] 徐占发. 建筑节能常用数据速查手册. 北京：中国建筑工业出版社，2006.。