当前课程知识点:建筑环境学 > 第三讲 建筑热湿环境 > 3.5 负荷的计算方法 > 3.5.5计算机模拟分析软件
在上个世纪60年代末
随着计算机应用的发展
美国的研究人员就基于逐时稳态计算
开发了一些计算机模拟程序
如GATE
这样就把设计人员从繁杂的手工计算中
解放出来了
随着70年代末石油危机的出现
人们逐渐认识到建筑节能的重要性
同时随着计算机技术的飞速发展和普及
大量复杂的计算就变为可行了
这样就出现了各种各样的
可以进行全年冷热负荷计算的
计算机建筑能耗模拟软件
例如在国际上应用得比较普遍的
美国的DOE-2、EnergyPlus
英国的ESP-r
以及中国的DeST
下面简单介绍一些典型的
建筑能耗模拟分析软件
非常有意思的是
全球几大地区开发的
计算机模拟软件都有着自己独到的风格
首先来看看美国
美国是最早开发
建筑热工性能模拟软件的国家
广泛采用的是反应系数法
最具有代表性的是DOE-2
由美国能源部主持
由劳伦斯伯克利国家实验室开发
于1979年首次发布
它曾经是国际上应用最普遍的
建筑热模拟商用软件
DOE-2采用的是反应系数法
适用于常物性墙体
假定室内温度恒定
不考虑不同壁面
和不同房间之间的相互影响
由于反应系数截取的项数有限
故模拟厚重墙体的时候会造成比较大的误差
但由于美国采用厚重墙体的建筑比较少
所以在应用上问题也不大
90年代后
美国在DOE-2的基础上
开发了升级版的建筑热模拟软件EnergyPlus
最早采用的也是反应系数法
但后来改成了与中国的DeST一样的
状态空间法
欧洲的代表性建筑热模拟软件
是英国Strathclyde大学
于1977-1984年间开发的ESP-r
目前是IES等多种商用模拟软件的
计算核心
ESP-r采用的是有限差分法
来求解一维传热过程
不需要对基本传热方程进行线性化
所以可模拟具有变物性材料
和非线性部件的建筑
比如说有特隆布墙
或相变墙体材料等变物性材料的建筑
由于欧洲有大量厚重围护结构的建筑
而且也是最早开展相变墙体材料
特隆布墙等应用研究的地区
所以采用有限差分法
也有利于开展这方面的研究
采用有限差分法的ESP-r
它的时间步长通常以分钟为单位
所以对计算机的速度和内存
有较高的要求
曾经成为推广应用上的一个障碍
不过随着个人电脑的计算速度
和内存容量的迅速提高
目前这也不算是一个大问题了
最后介绍的是我们中国自己的
建筑能耗模拟分析软件DeST
DeST是上世纪90年代 清华大学开发的
建筑与暖通空调系统分析和辅助设计软件
求解建筑热过程的基本方法是状态空间法
就是借用现代控制论中的
“状态空间”的概念
把建筑物的热过程模型表示成这个形式
在这个式子中
输入项T是空气
围护结构表面温度
与内部温度构成的向量
输出项T上面一个点
是T对时间的导数
扰动项u是由外温变化 太阳辐射
室内长波辐射等各项内外扰组成的向量
A、B、C都是由建筑结构
及其热物性决定的矩阵
状态空间法的求解是在空间上进行离散
在时间上保持连续
对于多个房间的建筑
可对各围护结构和空间列出方程
直接联立求解
不需要把单片墙孤立出来计算
因此可处理多墙面
和多房间之间的相互影响
也可以考虑室内温度的变化
它的解的稳定性以及误差
与时间步长无关
所以时间步长可以取几秒钟
也可以取1小时
但是它与反应系数法
有一个相同的局限性
就是要求系统线性化
限于常物性材料
所以也不能用于模拟
相变墙体材料等变物性材料的热过程
-1.1 建筑环境与人类文明发展
-1.2 适应气候的传统民居建筑
-1.3 适应气候的各类传统建筑
-1.4 本课程的任务与重要性
-补充视频资料
-练习题
--练习题--作业
-2.1 地球绕日运动的规律
-2.2 太阳辐射
--太阳辐射
-2.3.1 室外气候
--室外气候
-习题2.1
--习题2.1--作业
-2.3.2 室外气候
--室外气候
-2.4 城市气候
--城市气候
-习题2.2
--习题2.2--作业
-补充视频资料
-3.1 基本概念与术语
--基本概念与术语
-3.2 得热与来源
--得热与来源
-3.3 围护结构的热工特性
-3.3.1 通过非透光围护结构的传热过程
-思考题3.1
-思考题3.2
-思考题3.3
-习题3.1
--习题3.1--作业
-3.3.2 通过透光围护结构的传热过程
-3.4冷负荷与热负荷的基本原理
-思考题3.4
-习题3.2
--习题3.2--作业
-3.5 负荷的计算方法
-思考题3.5
-习题3.3
--习题3.3--作业
-4.1.1 人体热平衡
--人体代谢与体温
--服装的作用
--人体的能量代谢
-4.1.2 温度感受系统与调节系统
-习题4.1
--习题4.1--作业
-4.1.3 热感觉与热舒适
--热感觉
--热舒适
--影响热舒适的因素
-4.2 人体对稳态热环境的反应
-讨论1
-习题4.2
--第四讲 人体对热湿环境的反应--习题4.2
-4.3 人体对动态热环境的反应
-4.4 其他热湿环境的物理变量
-4.5 热环境与劳动效率
--热环境与劳动效率
-4.6 人体热调节的数学模型
-讨论2
-习题 4.3
--习题 4.3--作业
-5.1 概论
--概论
-5.2 室内空气污染源和污染途径
-5.3 室内空气污染对人体健康的影响
-习题5.1
--习题5.1--作业
-5.4 室内空气质量评价方法与标准
-5.5 室内空气污染的控制方法
-习题5.2
--第五讲 室内空气质量--习题5.2
-6.1 概述
--概述
-6.2 室内空气环境营造方法
-习题6.1
--习题6.1--作业
-6.3 基本原理:稀释与置换
-6.4 室内空气环境的评价指标
-6.5 主要评价测量指标的测量方法
-习题6.2
--第六讲 室内空气环境营造的理论基础--习题6.2
-7.1 声波的基本物理性质
-7.2 人体对声环境的反应原理和噪声评价
-7.3 声音传播与衰减的原理
-7.4 材料与结构的声学性能
-7.5 噪声的控制与治理方法
-习题7
--第7讲 建筑声环境--习题7
-8.1 光的性质与度量
--光的性质与度量
-8.2 视觉与光环境
--视觉与光环境
-8.3 天然采光
--天然采光
-8.4 人工照明
--人工照明
-8.5 光环境控制技术的应用
-习题8
--第8讲 建筑光环境--习题8
-期末考