01-07在线视频

那这一节中

我们将对模拟分析之中

经常会碰到的

一系列问题进行探讨

在模拟分析之中

我们往往首先需要

明确模拟的目标

在确定模拟目标之后

我们要需要

正确的设计计算的工况

同时合理简化计算模型

以提高计算精度和提高计算速度

同时在合理简化模型的基础上

确定输入的参数

符合实际的工程需求

同时也对计算结果

进行合理的分析

得到科学正确的结果

在明确模拟目标方面

针对不同的需求

我们往往有不同的模拟目标

在性能化检验方面

我们需要的是

能耗与参照值的对比

而在复杂结构负荷计算方面

我们关注的是全年逐时负荷

在方案比选和复杂系统分析方面

我们更多的关注的是

初投资和运行情况

在系统风险估计方面

我们往往会关注的是

室内参数是否

在我们的舒适范围之内

以及出这个舒适范围的风险

和概率是多少

因此针对不同的模拟目标

对评价结果有显著性的影响

例如往往我们在评价

一个夏季住宅围护结构

是否优化的这么一个过程中

我们可以采用两种不同的评价指标

一种是采用高于26度的自然室温

作为评估标准

另外一种是采用的是

空调设定温度为26度状况下时

空调系统的耗热量作为评价标准

大家可能觉得这两种评价指标的

分析结果是一致的

但在很多实际工程之中

这两种评价指标

分析出来的优化结果

却是相反的一个结论

例如在广州地区住宅建筑里面

如果采用高于26度的自然室温

作为评价准则的话

它是应该是减少保温增加层高

同时增加自然通风

来降低这个室内环境温度

这么一个目标

使得室内环境温度

尽可能接近于室外温度

同时也减少碳辐射的热

而如果采用空调设定温度

为26度的这种耗冷量

为评价指标的话

它更多的是减少层高增加保温

减少窗墙比然后减少自然通风

作为它的目标

那这样的话

采用两种不同的评价指标

它的围护结构优化的方向

却是截然相反的

那应该采用哪种评价指标

作为它的合理的指标呢

这往往要根据实际

最终你的建筑物

使用的这种需求来决定

例如这个广州地区的住宅

是用于农宅

今后大部分时间

是采用自然冷却的这种方式

不采用空调制冷的话

那就应该采用高于26度的

自然室温作为其评价指标

而如果说是它是城镇的这种住宅

大家今后很多时间

都会采用空调进行制冷

那这样的话就应该采用

空调设定温度为26度的这种状况下

耗冷量作为它的评价指标

因此对今后这栋建筑

实际的使用方式进行预估

是我们明确模拟目标的一个关键点

有一些研究正在开展

计算机自动优化的研究工作

通过自动遍历模拟各种工况

从而得到最优的设计方案

但是由于实际工程之中

需要考虑因素非常的多

其中包括节能

和包括可靠性等等各个方面

因此在设计中

应该通过自己的

工程实际经验和理解提出若干个合理的方案

然后通过计算机来承担

复杂而重复性的

这种性能评估工作

从而为我们做不同方案的比选

提供数据依据

从而提高我们的设计方案和水平

那这种方式和完全

靠计算机遍历的方式相对比

更好的把人的创造性

和评价的这种综合性才体现出来

而由计算机来承担其中

复杂而重复性枯燥性的

这种计算工作

这是一个人机在设计过程之中

相互匹配的

一个比较好的配合方法

在明确模拟目标的基础上

需要从解决的问题出发

合理恰当的设计

计算案例和设定值

从而保证计算

和比较结果具有可信性

特别是在一些方案比选的情况中

需要将对比的方案

放在同等的工况下进行对比

以保证计算结果的可对比性

以下举一个在围护结构

优化设计之中

我们往往需要比选

采用单层窗和双层窗的两个案例

进行方案比选

如果采用单层窗的话

它的初投资相对来讲会比较低

但是它的全年逐时的耗冷量

会相对会比较高

它需要用的能耗将会高一些

如果采用双层窗的这种方案

它的初投资会高

但是它的运行能会比较低

但是在我们的计算之中

往往有一些默认的设定值

像包括这种今后的设备系统

采用的是电制冷

还是直燃机来进行计算

这些设定值虽然很不起眼

但是会对最后计算结果

产生非常大的影响

例如在我们这个单层窗

和双层窗的方案比选的案例之中

如果里选用性能比较高的

这种电制冷的话

因为这个双层窗比单层窗

能够降低的这种耗冷量是一定的

如果选用这种比较高效的

制冷机组的话

它全年能够降低的运行费用

相对来讲是比较低

那这样的话的

回收期相对而言就会比较高

达到24年左右

而如果采用这种能效比

比较低的这种直燃机

作为默认的这种冷热源的话

由于它的运行费用

相对会比较高一些

这样的话它回收期就知道8年

因此对比这不同的

这种默认值的这种假设

就会对最后的评估的结果

产生非常显著的影响

如何在我们计算之中

合理给出这种默认值

是一个设计计算的

一个非常重要的关键点

而我们一般会采用

我们今后通常或者最大概率

可能会使用的这种设备系统

作为默认计算的设定参数

另外有一个案例

是美国前能源部部长朱棣文提出

如果将所有的屋顶都漆成白色

和路面和汽车

都采用浅色的这种涂装

就可以大量反射太阳辐射热量

在降低温室效应的作用上

相当于世界上

所有的汽车停驶11年

所减少的碳排放

那这是一个

非常鼓舞人心的一个结果

通过计算分析

采用这种白屋顶的这种方案的话

全美国每年可以

降低空调耗电400亿度电

预计每年可以节省

空调运行费用7.5亿美元

那它的计算方法是什么呢

我们可以仔细看到

它的计算的案例

选择的是对这种白屋顶

非常有利的这种计算案例

例如它的屋顶面积

占表面积的比例非常的大

和我们常规的建筑

有非常显著的差别

然后围护结构的性能

也不是特别好的一种性能

以及室内发热量也比较小

如果和我们中国的建筑

相对比的话

我们第一没有

这么大的屋顶面积

第二围护结构性能

也比这个案例要好

第三室内发热量相对会大一点

而这三个因素会使得

涂白屋顶的实际效果大打折扣

另外在一些

节能设计优化的过程之中

我们往往会采用多种节能措施

然后通过模拟方法

逐步确定每一步

应该采用什么样的节能措施

例如在昆明新机场的建设过程中

我们需要对比采用玻璃幕墙保温

以及过度季采用新风制冷的

这么两种不同的方案

在固定新风量的状况下

可以通过计算可以看得到

如果采用玻璃幕墙保温的话

往往还会使得室内的负荷会增加

这是由于室内发热量相对比较大

而在昆明地区

室外空气环境温度会比较适宜

而如果做了保温的话

会使得室内的热量

无法通过围护结构散发出去

而导致室内的耗冷热量会增加

因此在固定新风量状况下

围护结构保温的优化结果是

尽可能采用不保温的单层玻璃

而另外一种状况

如果我们的空调系统

采用的是可变新风的空调系统

那在室外空气环境

比较合适的时候

我们可以通过增加新风量的方法

来降低室内的冷负荷的需求

那这样的话

如果在室外环境不合适的时候

我们如果有好的围护结构保温

那将显著的降低室内的冷热负荷

因此如果空调系统

是一个可变新风的空调系统的话

那围护结构最好是采用

这种双层玻璃的玻璃幕墙

这样的话使得整个冷热量

能够进一步的下降

因而在我们刚刚这个案例中

就会发现一个

非常有意思的一个现象

那就是多个措施的优化过程之中

它的优化的路径会影响到

最后优化的这个结果

如果我们先优化的是

玻璃幕墙的围护结构的

保温性能的话

那可能最后优化的结果是

不保温的幕墙加上

可变通风的空调系统

而如果我们反过来

首先优化的是空调系统

到底应该不应该采用

可变通风的这种方式

那得到的结果的话

会是保温的幕墙加上

可变通风的这种空调系统

那同学们往往会问

那我们究竟应该

采用什么样的方式

来对多种节能措施进行优化

那从很多经验和大量的研究表明

我们应该首先找到

这个节能的主要的关键点

例如在这个昆明的案例之中

是否可变通风是主要的关键点

那可能在我们的

节能设计过程之中

我们首先要把在对节能贡献率

最大的这种因素进行优化

然后再按照这种节能的贡献率

逐步进行优化

这样的话最终可以获得

最优的这么一套节能措施的组合

第三需要合理的简化

我们的计算模型

在简化模型之前

首先需要对问题的热过程和原理

有一定的了解

从而明确主要的影响因素

从而保证输入参数的精度

具有一致性

例如可以采用的措施包括

将大系统分割成

若干个独立问题进行分析

同时也可以将若干个类似的问题

合并成一个问题进行处理

在有标准层的建筑中

可以考虑将多层建筑

简化成一层来进行计算

同样在同一墙面上

有多个同样的窗户

也可以按照面积合并的方法

进行计算

也可以将多个同功能同朝向的

这种房间进行合并进行计算

这样可以实现

在不降低计算精度的情况下

大幅提高计算效率

但也有的时候

我们不能够对这种大的系统

进行简化的合并计算

例如对于单一的风机盘管而言

我们是一个通断控制的一个状况

这样计算出来的结果

它是一个在0 1状态下的

一个运行的结果

当我们有一百个风机盘管的时候

它由于这一百个风机盘管

不会同步的开停

那我们就无法

对这一百个风机盘管

采用同样的模型进行计算

而往往我们会采用

另外一种概率模型

对这一百个风机盘管

进行描述和分析

因此它的最后计算结果

是一个开停的比例

而并不是一个确定的一种状态

第四需要合理的确定输入参数

由于计算参数

对计算结果的影响非常显著

在计算不同目标的问题的时候

有时候需要采用不同的输入参数

例如我们在分析太阳能光伏板

或太阳能集热器

一年到底能够发多少电

或者集到多少热这么一个问题上

我们往往需要

采用太阳能辐射极大年

极小年和标准年分别进行计算

这样的话我们可

以获得太阳能集热器

和太阳能光伏板

这样能够产生的最大的能量

最小的能量和一个平均的

一个能量大概是多少

另外以在乌鲁木齐的住宅建筑

冬季采暖负荷计算为例

如果我们考虑建筑物

是否是重型结构以及有没有内墙

以及室外的边界条件

用平均的室外气象参数

还是逐时的室外气象参数

作为边界条件的话

我们可以看到

这几种不同的工况下

它的能耗计算结果

大概有将近一倍的这种差距

所以如何给定比较符合

实际工程状况的这种边界条件

以及充分的考虑到

不同的输入参数的敏感性的话

是保证计算结果准确性的关键点

与实验测试不同

由于计算模拟往往

会带来非常大量的数据

和很多不同的这种模拟指标

因此在处理计算结果的过程之中

很容易产生一些偏差

对计算结果的分析

首先应该按照工程经验

进行检查和分析

判断计算结果的正确与否

以及明确造成

这些现象的主要的原因

以在北京地区办公建筑

不同朝向做保温为例

我们通过计算可以看到

在保温前和保温之后

不同朝向的节能率

有非常大的差别

例如东向和西向的节能率

大概在33%左右

而在南向可以达到45%

如果我们以节能率作为一个是否

应该做保温的评价准则的话

那可能在南向做保温

往往是一个比较好的一种选择

而如果我们不采用节能率

而采用节能量作为评价准则的话

我们可以看到在北向做保温

节能量却是最大的

而在南向做保温

节能量却是最小的

那为什么节能量

和节能率在这个评价方面

会产生这么大的一个差别呢

那是由于节能率是一个相对指标

而节能量是一个绝对指标

而我们在建筑节能方面

往往是用采用投资回收期

作为一个评价指标

那节能量是更符合投资回收期

概念的一个评价准则

而节能率往往会受到

不同朝向用能的绝对值的影响

有时候会给大家带来很多误解

因此采用节能量作为评价手段

对于围护结构保温的评价会更好

由于模拟计算的结果

只是通过计算机计算了

大家公认的一些自然规律

或者是公式

来替代繁重的这种手工计算

因此在计算结果上

总体上应该反映的是

一个工程的能耗水平和影响大小

因而总体而言是在意料之中的

但同时又是出乎意料之外的

那是在排除了案例的设计不合理

应用方法不恰当等等情况之后

它能够不断的加深

我们对工程问题的认识和理解

从而提高我们的设计水平