目前,隨著建筑能耗模擬在建筑節(jié)能領(lǐng)域的使用越來越廣泛，人們在應(yīng)用的同時，也發(fā)現(xiàn)了很多問題。

 一、 模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性問題

    對于種類繁多、功能齊全的軟件,很多用戶不禁要問:這些軟件模擬的結(jié)果可靠嗎?它們模擬的結(jié)果相互吻合嗎?哪個軟件模擬的結(jié)果最精確?在模擬的過程中,很多用戶都發(fā)現(xiàn)有時模擬的結(jié)\x00和實際情況不相符,即使模擬一個很簡單的建筑,結(jié)果也很難說完全正確,甚至在完全相同的條件下,使用不同的軟件得出的結(jié)果有時差別都很大。為什么能耗模擬的結(jié)果會不可靠、不準(zhǔn)確呢?有關(guān)專家認(rèn)為有主觀和客觀兩方面的原因\x00

1、客觀原因

    客觀上,由于建筑的熱濕過程非常復(fù)雜、取決于很多因素,而在實際的計算中,軟件設(shè)計者根據(jù)自身對問題的理解,進(jìn)行了假設(shè)和簡化。

    1)長波輻射難以確定。建筑熱負(fù)荷計算過程中,建筑內(nèi)表面之間、建筑內(nèi)表面和空氣之間、建筑外表面和環(huán)境之間的長波閔涫且桓齜淺８叢擁墓程,為四次方的非線性關(guān)系。而且長波輻射聯(lián)系的對象比較多,角系數(shù)難以確定,同時它和圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的傳熱是耦合的,計算過程復(fù)雜。為了解決這個問題,EnergyPlus忽略了內(nèi)表面和空氣之間的長波輻射;TRNSYS用網(wǎng)絡(luò)法計算長波輻射,這種方法和使用復(fù)合換熱系數(shù)的計算結(jié)果有很大差距;DeST在處理這個問題時考慮了內(nèi)表面和空氣的長波輻射,并將這個問題簡化為溫差的線性關(guān)系,在計算輻射時,將內(nèi)表面的溫度近似認(rèn)定為293K,同時近似認(rèn)為內(nèi)表面的角系數(shù)和面積成比例。

    2)建筑內(nèi)家具、設(shè)備和人員的不確定。在實際應(yīng)用中,建筑室內(nèi)是不可避免的有家具、設(shè)備和人員的,它們都具有蓄熱能力。但是在模擬中,用戶很難確定它們的具體數(shù)目、位置和特性。DeST將家具簡化為平板;TRNSYS將它們和空氣一起考慮,提出了室內(nèi)綜合熱容的概z,但是需要用戶確定。由于在模擬過程中很難確定此參數(shù),TRNSYS一般也近似將室內(nèi)綜合熱容簡化為空氣的熱容。

    3)實際參數(shù)的復(fù)雜性。在實際建筑和系統(tǒng)中很多參數(shù)是不均勻的,并z是單一的狀態(tài),而為了模擬的方便,很多軟件都采用集總參數(shù)法,認(rèn)定狀態(tài)均一。比如在各類軟件中常設(shè)定建筑每個房間的溫度為單一值、設(shè)備內(nèi)的參數(shù)值一樣,這些和實際都是有差別的。

    4)對流換熱系數(shù)難以確定。建筑的對流換熱系數(shù)取決于很多因素,很多軟件為了簡化運(yùn)算將它們?nèi)槎ㄖ?。TRNSYS分別將內(nèi)、外表面的對流換熱系數(shù)分別設(shè)定為11W/(m2稫)和64W/(m2稫);EnergyPlus將其近似處理為定值或者基于溫差等。然而在雨天或者雪天,對流換熱系數(shù)急劇變化,

可高達(dá)1000W/(m2?/span>K),但是目前很少有軟件考慮這個問題,并且在有對流和輻射綜合換熱的時候,二者的比率很難確定。

    5)熱橋的影響。模擬計算中為了求解方便,通常將墻體的傳熱簡化為一維傳熱,而實際的傳熱中有熱橋,尤其當(dāng)窗墻比較大、窗框的面積較大時,傳熱經(jīng)常是二維、甚至三維的過程。

    6)自然通風(fēng)難以確定。自然通風(fēng)和滲透通風(fēng)在建筑能耗中是很重要的部分,但是目前自釋ǚ緄募撲慊雇Ａ粼詼ㄐ苑治?。很秶嗧贾苯佑捎脩舳吭O(shè)定自然通風(fēng)量和滲透通風(fēng)量。TRNSYS、COMIS和CONTAM等專業(yè)自然通風(fēng)軟件都留有接口,可以調(diào)用;EnergyPlus也可以調(diào)用COMIS;DeST建立了自然通風(fēng)的復(fù)雜模型。這些專業(yè)自然通風(fēng)軟件本身的精確性還有待驗證,而且在實際使用過程,阻力系數(shù)難以確定。一般在使用過程中,用戶直接設(shè)定通風(fēng)量為定值,沒有考慮自然通風(fēng)和建筑熱過程的耦合作用。

    7)太陽輻射對建筑物的影響難以確定。太陽輻射對建筑物的影響示鲇詰乩砦恢謾⑹奔?、祬Q?、材料、建治镏g的相互關(guān)系等因素,計算過程復(fù)雜,通常做了很多簡化。TRNSYS在計算時沒有考慮建筑陰影的影響;DOE22和TRNSYS將溫差傳熱和因玻璃吸收了太陽輻射溫度升高而引起的傳熱分開來處理;EnergyPlus將進(jìn)入房間的直射輻射近似處理為全部到達(dá)地面或者在各個面之間平均分配。

    8)末端的復(fù)雜性。實際的暖通空調(diào)中有很多末端,在大型系統(tǒng)中甚至有成千上萬的末端。這些末端形式并不完全相同,形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò),高度非線性,彼此之間互相影響,再加上系統(tǒng)和建筑的蓄能作用,軟件很難模擬。DOE22對它們的模擬只能是近似的使用經(jīng)驗公式,很難進(jìn)行全年逐時動態(tài)的模擬;EnergyPlus僅可以模擬比較簡單的幾個小型系統(tǒng),無法完成大型系統(tǒng)的計算;DeST雖然提出了等效末端用戶的概念,將整個末端等效為一個等效用戶,但當(dāng)實際系統(tǒng)很復(fù)雜且具有很強(qiáng)的非線性時,這種等效是否準(zhǔn)確還有待檢驗;TRNSYS在理論上講是可以進(jìn)行復(fù)雜的模擬的,但若實際系統(tǒng)過于復(fù)雜,計算量很大,幾乎不可操作。

    9)實際控方式難以模擬。在暖通空調(diào)系統(tǒng)中,控制方式起著很大的作用,同樣的系統(tǒng)在不同的控制方式下能耗的差別很大。實際系統(tǒng)中不管是主機(jī)、水泵或末端都有各自特有且復(fù)雜的控制方式。目前很多軟件的控制方式比較簡單,在DOE22、EnergyPlus和DeST中,控制方式偏少,而且由于步長過大,在一些需要反應(yīng)時間很短、精度要求較高的控制系統(tǒng)中無能為力;TRNSYS雖然在控制方式的模擬方面有很強(qiáng)大的功能,但是其建筑負(fù)荷計算能力偏弱,精確模擬時計算量過大。

    10)模擬過程中很難準(zhǔn)確獲得建筑和暖通空調(diào)系統(tǒng)的實際數(shù)據(jù)。在模擬計算時,實際建筑和暖通空調(diào)系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)往往為設(shè)計或者某些特定條件下的參數(shù),而實際的參數(shù)值往往偏離設(shè)計值,甚至是變化的。例如:建筑材料的熱物性參數(shù)往往隨著建筑的地理位置、氣候、朝向、使用年限,尤其是濕度等條件發(fā)生很大變化;暖通空調(diào)設(shè)備由于使用年限以及匹配問題往往與實際設(shè)定的工況偏離很遠(yuǎn)。即使是通過實地測量,用戶也只能獲得某一個時間段的參數(shù),對于較長時間段參數(shù)的獲取幾乎無能為力。

2、主觀原因

    1)在進(jìn)行建筑能耗模擬時,首先要解決的問題就是從實際問題中抽象出軟件可以接受的模型,并略去對問題影響不大的因素。很多用戶由于對專業(yè)問題認(rèn)識不足,輸入的模型不能反映問題本質(zhì)。即使是模擬中出現(xiàn)了問題也無法分析問題原因,無法確定模擬結(jié)果準(zhǔn)確與否。

    2)沒有采用耦合的模擬計算方式。暖通空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜性的一個很重要的原因就是系透叨銳詈?。系统笣h剎嗟幕蝗群徒ㄖ室內(nèi)熱環(huán)境,負(fù)荷側(cè)的換熱和地埋管、冷卻塔等源側(cè)的換熱是耦合的,它們是互相影響互相制約的,要準(zhǔn)確地模擬這個過程就必須在模擬中形成一個閉環(huán),進(jìn)行迭代運(yùn)算,才可能達(dá)到匹配。DeST在設(shè)計時就考慮了系統(tǒng)以及建筑的耦合匹配問題,而EnergyPlus中橢媚Ｄ獾南低潮匭胛閉環(huán)系統(tǒng)。

    3)由于計算機(jī)模擬的重心已經(jīng)從早期的算法研究轉(zhuǎn)移到應(yīng)用模擬方法上來,所以現(xiàn)在很多用戶關(guān)注的都是軟件的界面,而對軟件的基本算法、特點和局限性等完全不了解,在使用時無法選擇合理的軟件,給出合理的輸入和評價。比如,DeST等軟件在計算時,都假設(shè)系統(tǒng)是線性的,它無法處理相變墻體、變物性材料等非線性問題。如果用戶不了解這些當(dāng)然會得出不合理的結(jié)果。

    4)在模擬過程中,很多用戶都發(fā)現(xiàn)模擬計算的負(fù)荷結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計手冊中給出的值有差異,且往往是模擬的結(jié)果偏小。主要原因包括3方面,首先,標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計手冊和模擬軟件的負(fù)荷計算理論有很大的不同。前者的負(fù)荷計算方法一般是采用類似度日數(shù)法等穩(wěn)態(tài)、靜止的計算方法,沒有考慮歷史的影響,后者一般使用的都是動態(tài)的方法。其次,標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計手冊對于滲透通風(fēng)等采用了近似的方法,而軟件采用復(fù)雜的數(shù)值計算方法。第三,氣象參數(shù)的影響。模擬軟件一般采用典型氣象年數(shù)據(jù),其本質(zhì)上是平均概念的氣象參數(shù),而標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計手冊采用的是累年不保證多少天的數(shù)據(jù),本質(zhì)上是極端條件,的氣象參數(shù)。

二、 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏

    基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對于建筑能耗模擬是十分重要的,而在我國,氣象參數(shù)數(shù)據(jù)庫、材料熱物性數(shù)據(jù)庫以及設(shè)備在多工況下的數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)還是很缺乏的,這給模擬帶來了很大的困難。

    1)氣象參數(shù)對于能耗模擬是非常重要,同樣一項節(jié)能措施,由于地域的不同、氣象參數(shù)的不同,可能結(jié)果差異很大,甚至完全相反。我國由于各種原因,目前還沒有自己完整全面的氣象數(shù)據(jù)庫,一般使用美國的典型氣象年數(shù)據(jù)。通常認(rèn)為,典型氣象年數(shù)據(jù)的溫濕度等參數(shù)是比較準(zhǔn)確的,而太陽輻射的數(shù)據(jù)被很多用戶認(rèn)為不太可靠。而且該數(shù)據(jù)是1960~1991年的統(tǒng)計結(jié)果,近年來由于全球氣溫變暖,氣象參數(shù)是有變化的。筆者在使用的過程中發(fā)現(xiàn),美國的TMY2數(shù)據(jù)相比我國權(quán)威部門提供的近年來的氣象參數(shù)有一定的差距。

    2)在目前使用的各種軟件中,缺乏我國廣泛使用的建筑材料的完整熱物性數(shù)據(jù)庫,很多用戶只能使用國外的數(shù)據(jù)庫,而國外的建筑材料和我國的是存在差異的,這就影響了模擬計算結(jié)果的正確性。

    3)設(shè)備在多工況狀態(tài)時的實驗數(shù)據(jù)不足。在模擬過程中,由于很多設(shè)備的運(yùn)行工況很難用理論公式推導(dǎo)出來,只能用經(jīng)驗數(shù)據(jù)擬合,而現(xiàn)在的很多設(shè)備僅有旒乒た魷碌氖據(jù),沒有多工況下的數(shù)據(jù),這給模擬計算帶來了很大的困難。有時不得不假設(shè)設(shè)備為靜態(tài)的,也就不能發(fā)揮模擬軟件動態(tài)計算的優(yōu)點了。

三、缺乏結(jié)合規(guī)范的專業(yè)建筑節(jié)能評估軟件

    國內(nèi)目前使用的軟件中,僅有PKPM2CHEC等少數(shù)軟件和規(guī)范結(jié)合的較為緊密,而像國外比較著名的COMcheck2EZ那樣的專業(yè)建筑評估軟件則很少。COMcheck2EZ內(nèi)置了很多ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,可為用戶提供建筑節(jié)能的一致性評估。

四、建筑能耗模擬軟件和經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)合的不夠

    很多用戶在模擬的時候,僅關(guān)注能耗的計算,沒有關(guān)注經(jīng)濟(jì)性分析,有些軟件甚至沒有經(jīng)濟(jì)性分析模塊,而且目前很少有軟件和比較公認(rèn)n壽命周期費用分析方法緊密結(jié)合。

三、 建筑能耗模擬軟件的展望

   針對能耗模擬軟件的n點以及存在的一些問題,我國建筑能耗模擬軟件的發(fā)展應(yīng)考慮如下建議。1)針對軟件的特點和計算方法,用戶和軟件設(shè)計人員應(yīng)針對實際模擬時出現(xiàn)的問題進(jìn)行深刻的交流,加強(qiáng)對軟件的認(rèn)識以及對軟件模擬結(jié)果的客觀評價。同時要了解各種軟件的特點,在應(yīng)用過程中,使用多種軟件聯(lián)合解決問題。2)盡快建立自己的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是模擬的前提,而我國目前在這個方面還是非常落后的。3)加強(qiáng)軟件和規(guī)范的結(jié)合以及開發(fā)具有建筑節(jié)能審計和評估的軟件,推動建筑節(jié)能的發(fā)展。4)軟件要和經(jīng)濟(jì)性分析緊密結(jié)合。經(jīng)濟(jì)性分析是保證建筑節(jié)能經(jīng)濟(jì)合理性的重要分析手段和工具。