目前,隨著建筑能耗模擬在建筑節能領域的使用越來越廣泛，人們在應用的同時，也發現了很多問題。

 一、 模擬結果的準確性問題

    對于種類繁多、功能齊全的軟件,很多用戶不禁要問:這些軟件模擬的結果可靠嗎?它們模擬的結果相互吻合嗎?哪個軟件模擬的結果最精確?在模擬的過程中,很多用戶都發現有時模擬的結\x00和實際情況不相符,即使模擬一個很簡單的建筑,結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果有時差別都很大。為什么能耗模擬的結果會不可靠、不準確呢?有關專家認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雜、取決于很多因素,而在實際的計算中,軟件設計者根據自身對問題的理解,進行了假設和簡化。

    1)長波輻射難以確定。建筑熱負荷計算過程中,建筑內表面之間、建筑內表面和空氣之間、建筑外表面和環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系。而且長波輻射聯系的對象比較多,角系數難以確定,同時它和圍護結構之間的傳熱是耦合的,計算過程復雜。為了解決這個問題,EnergyPlus忽略了內表面和空氣之間的長波輻射;TRNSYS用網絡法計算長波輻射,這種方法和使用復合換熱系數的計算結果有很大差距;DeST在處理這個問題時考慮了內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系,在計算輻射時,將內表面的溫度近似認定為293K,同時近似認為內表面的角系數和面積成比例。

    2)建筑內家具、設備和人員的不確定。在實際應用中,建筑室內是不可避免的有家具、設備和人員的,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,TRNSYS一般也近似將室內綜合熱容簡化為空氣的熱容。

    3)實際參數的復雜性。在實際建筑和系統中很多參數是不均勻的,并z是單一的狀態,而為了模擬的方便,很多軟件都采用集總參數法,認定狀態均一。比如在各類軟件中常設定建筑每個房間的溫度為單一值、設備內的參數值一樣,這些和實際都是有差別的。

    4)對流換熱系數難以確定。建筑的對流換熱系數取決于很多因素,很多軟件為了簡化運算將它們取為定值。TRNSYS分別將內、外表面的對流換熱系數分別設定為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,對流換熱系數急劇變化,

可高達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,尤其當窗墻比較大、窗框的面積較大時,傳熱經常是二維、甚至三維的過程。

    6)自然通風難以確定。自然通風和滲透通風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苑治觥：芏噯砑直接由用戶定量設定自然通風量和滲透通風量。TRNSYS、COMIS和CONTAM等專業自然通風軟件都留有接口,可以調用;EnergyPlus也可以調用COMIS;DeST建立了自然通風的復雜模型。這些專業自然通風軟件本身的精確性還有待驗證,而且在實際使用過程,阻力系數難以確定。一般在使用過程中,用戶直接設定通風量為定值,沒有考慮自然通風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奔洹⒌匭巍⒉牧稀⒔ㄖ物之間的相互關系等因素,計算過程復雜,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將進入房間的直射輻射近似處理為全部到達地面或者在各個面之間平均分配。

    8)末端的復雜性。實際的暖通空調中有很多末端,在大型系統中甚至有成千上萬的末端。這些末端形式并不完全相同,形成了復雜的網絡,高度非線性,彼此之間互相影響,再加上系統和建筑的蓄能作用,軟件很難模擬。DOE22對它們的模擬只能是近似的使用經驗公式,很難進行全年逐時動態的模擬;EnergyPlus僅可以模擬比較簡單的幾個小型系統,無法完成大型系統的計算;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,但當實際系統很復雜且具有很強的非線性時,這種等效是否準確還有待檢驗;TRNSYS在理論上講是可以進行復雜的模擬的,但若實際系統過于復雜,計算量很大,幾乎不可操作。

    9)實際控方式難以模擬。在暖通空調系統中,控制方式起著很大的作用,同樣的系統在不同的控制方式下能耗的差別很大。實際系統中不管是主機、水泵或末端都有各自特有且復雜的控制方式。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,在一些需要反應時間很短、精度要求較高的控制系統中無能為力;TRNSYS雖然在控制方式的模擬方面有很強大的功能,但是其建筑負荷計算能力偏弱,精確模擬時計算量過大。

    10)模擬過程中很難準確獲得建筑和暖通空調系統的實際數據。在模擬計算時,實際建筑和暖通空調系統的輸入參數往往為設計或者某些特定條件下的參數,而實際的參數值往往偏離設計值,甚至是變化的。例如:建筑材料的熱物性參數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生很大變化;暖通空調設備由于使用年限以及匹配問題往往與實際設定的工況偏離很遠。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,對于較長時間段參數的獲取幾乎無能為力。

2、主觀原因

    1)在進行建筑能耗模擬時,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問題認識不足,輸入的模型不能反映問題本質。即使是模擬中出現了問題也無法分析問題原因,無法確定模擬結果準確與否。

    2)沒有采用耦合的模擬計算方式。暖通空調系統復雜性的一個很重要的原因就是系透叨銳詈稀Ｏ低掣漢剎嗟幕蝗群徒ㄖ室內熱環境,負荷側的換熱和地埋管、冷卻塔等源側的換熱是耦合的,它們是互相影響互相制約的,要準確地模擬這個過程就必須在模擬中形成一個閉環,進行迭代運算,才可能達到匹配。DeST在設計時就考慮了系統以及建筑的耦合匹配問題,而EnergyPlus中橢媚Ｄ獾南低潮匭胛閉環系統。

    3)由于計算機模擬的重心已經從早期的算法研究轉移到應用模擬方法上來,所以現在很多用戶關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,都假設系統是線性的,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然會得出不合理的結果。

    4)在模擬過程中,很多用戶都發現模擬計算的負荷結果和標準及設計手冊中給出的值有差異,且往往是模擬的結果偏小。主要原因包括3方面,首先,標準及設計手冊和模擬軟件的負荷計算理論有很大的不同。前者的負荷計算方法一般是采用類似度日數法等穩態、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的方法。其次,標準及設計手冊對于滲透通風等采用了近似的方法,而軟件采用復雜的數值計算方法。第三,氣象參數的影響。模擬軟件一般采用典型氣象年數據,其本質上是平均概念的氣象參數,而標準及設計手冊采用的是累年不保證多少天的數據,本質上是極端條件,的氣象參數。

二、 基礎數據的匱乏

    基礎數據對于建筑能耗模擬是十分重要的,而在我國,氣象參數數據庫、材料熱物性數據庫以及設備在多工況下的數據庫等基礎數據還是很缺乏的,這給模擬帶來了很大的困難。

    1)氣象參數對于能耗模擬是非常重要,同樣一項節能措施,由于地域的不同、氣象參數的不同,可能結果差異很大,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據庫,一般使用美國的典型氣象年數據。通常認為,典型氣象年數據的溫濕度等參數是比較準確的,而太陽輻射的數據被很多用戶認為不太可靠。而且該數據是1960~1991年的統計結果,近年來由于全球氣溫變暖,氣象參數是有變化的。筆者在使用的過程中發現,美國的TMY2數據相比我國權威部門提供的近年來的氣象參數有一定的差距。

    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據庫,很多用戶只能使用國外的數據庫,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果的正確性。

    3)設備在多工況狀態時的實驗數據不足。在模擬過程中,由于很多設備的運行工況很難用理論公式推導出來,只能用經驗數據擬合,而現在的很多設備僅有旒乒た魷碌氖據,沒有多工況下的數據,這給模擬計算帶來了很大的困難。有時不得不假設設備為靜態的,也就不能發揮模擬軟件動態計算的優點了。

三、缺乏結合規范的專業建筑節能評估軟件

    國內目前使用的軟件中,僅有PKPM2CHEC等少數軟件和規范結合的較為緊密,而像國外比較著名的COMcheck2EZ那樣的專業建筑評估軟件則很少。COMcheck2EZ內置了很多ASHRAE標準和規范,可為用戶提供建筑節能的一致性評估。

四、建筑能耗模擬軟件和經濟性分析結合的不夠

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

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展應考慮如下建議。1)針對軟件的特點和計算方法,用戶和軟件設計人員應針對實際模擬時出現的問題進行深刻的交流,加強對軟件的認識以及對軟件模擬結果的客觀評價。同時要了解各種軟件的特點,在應用過程中,使用多種軟件聯合解決問題。2)盡快建立自己的基礎數據庫。基礎數據是模擬的前提,而我國目前在這個方面還是非常落后的。3)加強軟件和規范的結合以及開發具有建筑節能審計和評估的軟件,推動建筑節能的發展。4)軟件要和經濟性分析緊密結合。經濟性分析是保證建筑節能經濟合理性的重要分析手段和工具。