常用的能耗模拟软件

收稿日期：2011-09-14；修回日期：2011-09-24*基金项目：广州市教育局科技计划项目(项目编号：08C052)0引言能源问题已经成为我国现代化建设的一个重大挑战，随着我国建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，建筑能耗呈现急剧上升趋势，建筑耗能在我国总能源消耗的比例不断增加。

我国建筑围护结构保温隔热性能差，采暖空调系统效率低，导致单位建筑面积能耗为发达国家新建建筑的3倍以上。

正确分析建筑能耗，对于合理地利用能源，保护生态环境，促进经济的可持续发展均具有重大的现实意义和理论价值[1]。

建筑节能的核心是建造低能耗的建筑，涉及建筑围护结构、建筑设备系统等许多方面，因此，在建筑设计阶段，必须对建筑物的能耗，尤其是全年运行的动态能耗进行模拟，这使得各种建筑能耗模拟软件应运而生。

1能耗模拟软件现状迄今世界各国都意识到能耗模拟分析的重要性。

从20世纪60年代到今天，随着计算机技术的发展完善，能耗动态模拟分析计算方法的日趋成熟，很多国家都根据自己的特点及要求研发了建筑能耗计算程序，可以很方便地对建筑物进行全年动态模拟。

美国是开展建筑节能研究最早的国家之一，与节能标准相关的软件有120多种，有关建筑节能评估的有70多种。

其中具代表性的是美国能源部(DOE)和美国劳伦斯伯克利国家实验室(LBNL)研发的DOE-2及基于DOE-2内核的应用软件(如PowerDOE 、VisualDOE 、EZDOE 、DesiCalc)、伊利诺斯大学研发的BLAST (Building Loads Analysis and System Thermodynamics)、美国可持续建筑工业委员会(Sustainable Buildings Industry Council)主持开发的Energy-10、得克萨斯建筑工程大学建筑学院(College of Architecture Texas A&M University)开发的ENER-WIN 、美国劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laborato-ry)开发的SPARK (Simulation Problem Analysis and Research Kernel)，以及威斯康星大学太阳能实验室(Solar Energy Laboratory ，University of Wisconsin)开发的TRNSYS(Transient System Simulation Program)等[2]。

常用热能分析软件简介在经历了上个世纪70 年代的全球石油危机之后,建筑模拟受到了越来越多的重视,同时随着计算机技术的飞速发展和普及,大量复杂的计算变为可行。

于是在上个世纪70 年代中期,逐渐在美国形成了两个著名的建筑模拟程序:BLAST和DOE-2 。

欧洲也于上个世纪70 年代初开始研究模拟分析的方法,产生的具有代表性的软件是ESP-r。

现在运用比较广泛的计算机热工分析软件有DOE-2、EnergyPlus、ESP-R、ECOTECT、BLAST等。

国外常用的能耗模拟软件见下表：国内常用的能耗模拟软件见下表：1、DOE-2DOE-2是一个在美国能源部的财政支持下由劳伦斯伯克利国立实验室的模拟研究小组开发的，提供建筑设计者，和研究人员使用的计算机软件。

DOE-2功能非常强大，，他在美国已得到成功的运用并且成功地应用于若干个国家的建筑节能标准编制工作。

2、BLAST基于Windows的友好的操作界面，结构化的输入文件，可分析热舒适度，高强度或低强度的辐射换热，变传热系数下能耗分析。

输入文件可由专门模块HBLC在Windows操作环境下输入，也可在记事本中直接编辑。

它可供工业供冷，供热负荷计算，建筑空气处理系统以及电力设备逐时能耗模拟。

3、EnergyPlusEnergyPlus 是美国劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory) 等科研机构新开发的能耗分析软件。

4、ESP-RESP-r由Energy System Research Unit在位于苏格兰格拉斯哥的斯特拉思克莱德大学机械工程系的研究成果基础上开发。

优点是比较接近实际，整体的性的评价。

可模拟和分析当前比较前言的和创新技术。

但需要使用者有较强的专业知识，需对专业知识有较深入的了解。

5、ECOTECTEcotect是由英国Square One公司开发的生态建筑设计软件，它主要应用于方案设计阶段，具有速度快，直观，技术性强等优势，而且可以和一系列精确分析软件相结合作进一步的分析。

建筑能耗模拟软件建筑能耗模拟软件是计算分析建筑性能、辅助建筑系统设计运行与改造、指导建筑节能标准制定的有力工具，已得到越来越广泛的应用。

据统计，目前全世界建筑能耗模拟软件超过一百种，如美国BLASTs DOE-2、EnergyPlus,英国ESP-r,中国DeST等。

D0E-2是开发最早应用也最广泛的模拟软件之一，并作为计算核心衍生了一系列模拟软件，如eQuest, VisualDOE, EnergyPro等;EnergyPlus是美国能源部支持开发的新一代建筑能耗模拟软件, 目前仅是一个无用户图形界面的计算核心，以此为核心开发的软件有DesignBuilder 等DeST是以AutoCAD为图形界面的建筑能耗模拟软件。

在实际工程与研究中，建筑系统往往十分复杂，针对同一问题的研究，使用不同的模拟软件，由于用户对软件熟练程度不同、输入参数和软件计算核心存在差异，计算结果的差异较大，从而得出不同甚至相反的结论。

对大多数使用者而言，由于不了解软件的内部情况，往往简单地认为这种差异是软件本身引起的，从而对模拟工具和模拟方法产生质疑。

事实上，模拟结果的差异不仅受软件本身的影响，更加取决于使用者对软件操作的熟练程度。

1•计算核心的差异2•同一计算核心的的不同简化边界3.用户对软件操作的熟练程度直接影响模拟结果，因为用户决定了模型简化、输入参数和输出结果的选择建筑热平衡DOE-2采用反应系数法求解房间不透明围护传热，冷负荷系数法计算房间负荷和房间温度。

DOE-2不直接计算各围护内表面的长波辐射换热，而是将其折合在内表面与空气的对流换热系数中;在考虑围护内表面与空气的对流换热时，将空气温度设为固定值，求得自围护传入室内的热量，当空气温度改变后，不再重新计算；在考虑邻室换热时采用邻室上一时刻的温度进行计算，以避免房间之间的联立求解。

所以，DOE-2在负荷计算时没有严格考虑房间热平衡。

(假设各个房间都维持在同一个温度)。

当前国内外几款主要建筑节能软件分析建筑的能耗分析对建筑节能设计非常重要,设计人员需要根据计算的结果进行设计方案的调整和优化。

当前，国内外对建筑能耗计算方法的研究和软件的开发也屡见不鲜。

计算方法已经非常成熟,比较知名的软件也非常多。

比如国外的DOE-2、EnergyPlu,国内的CHEC、DEST等。

DOE-2DOE-2是美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的能耗分析模拟软件,包括负荷计算模块、空气系统模块、机房模块、经济分析模块。

它可以提供整幢建筑物每小时的能量消耗分析,用于计算系统运行过程中的能效和总费用,也可以用来分析围护结构（包括屋顶、外墙、外窗、地面、楼板、内墙等）、空调系统,电器设备和照明对能耗的影响。

Doe-2的功能非常全面而强大，经过了无数工程的实践检验,是国际上都公认的比较准确的能耗分析软件,并且该软件是免费软件，使用人数和范围非常广泛。

ViualDOE是一款基于DOE-2开发的标准的建筑能耗模拟软件。

这款软件可以帮助建筑师或者设备工程师进行建筑的能耗模拟，设计方案的选择，还可以进行美国绿色建筑标准中能耗分析部分的评价。

ViualDOE可以模拟包括照明，太阳辐射，暖通系统，热水供暖等建筑所有主要的能耗。

并可以从DOE-2输出文件中自动提取计算结果。

相对与DOE-2来说，用户可以比较容易的上手使用。

但是软件的输人格式DOE-2的输入语言，因此用户需要了解一些DOE-2输入文件的格式规则，对于需要模拟复杂的高级用户，用户需要手动修改输入文件。

目前软件为全英文版,尚未出现比较成熟的汉化版本。

eQUESTeQUEST同样是一款基于DOE-2基础上开发的建筑能耗分析软件,它允许设计者进行多种类型的建筑能耗模拟,并且也向设计者提供了建筑物能耗经济分析、日照和照明系统的控制以及通过从列表中选择合适的测定方法自动完成能源利用效率。

这款软件的主要特点是为DOE-2输入文件的写入提供了向导。

用户可以根据向导的指引写入建筑描述的输入文件。

1、DOE-2：可以通过提供的实时天气信息、建筑几何结构、HVAC描述等预测建筑物每小时能耗和能源成本。

适用于各种住宅建筑和商业建筑。

由一个用于输入的子系统（BDL处理器）和四个仿真子系统（LOADS、SYSTEMS、PLANT 和ECON ）组成。

LOADS的输出信息作为SYSTEMS的输入信息，SYSTEMS的输出信息作为PLANT的输入信息，PLANT的输出信息作为ECON的输入信息，层层相关。

在建筑设计研究和翻新改造分析中应用近20年。

优点：有非常详细的建筑能耗逐时分析报告，可处理结构和功能较为复杂的建筑。

不足：DOS下操作界面，输入较为麻烦；对专业知识要求高。

2、EcoTect：一种连接了3D模具的高视觉性建筑设计和分析工具，具有广泛的分析功能，包括：热量、能源、照明、声学和成本等方面。

其建模和分析能力可以处理各种大小和复杂程度的建筑几何结构。

最主要的优点是专注于反馈建筑设计过程的初期。

可以提供包含输入3D CFD模拟数据的可视化空间分析结果。

随着由于建筑物的几何形状和材料特性变化而不断更新的交互式声学和太阳能射线追踪提供实时动画功能。

优点：可以处理各种复杂程度的建筑结构，简单准确，而且可提供可视化分析报告。

不足：由于其可以执行许多不同类型的分析,用户在输入建筑的相关信息之前需要了解不同的建模和数据要求。

3、EnergyPlus：基于BLAST和DOE-2的最受欢迎的特性和功能的结构化模型，采用文本文件进行输入输出。

在用户设置的时间步长(默认为15分钟) 计算的负荷被传给建筑系统仿真模块在同一时间步长。

根据变化的时间步长，进行加热和冷却系统和电气系统响应的计算。

主要用于多区域气流分析、太阳能利用方案设计和建筑热性能研究。

优点：提供关键词解释，操作相对简单。

通信接口使用IFC标准建筑模型，因此可以从CAD程序获取建筑几何结构。

不足：相比图形文件，文本文件输出不够直观，需要经过电子数据表格作进一步的处理。

国内外建筑物的相关物理分析软件1 •能耗分析软件目前国内外的能耗分析软件有几十种，以下是列出的国内外使用频率，市场占有率，和精确度较高的一些软件的基本介绍。

国外常用的能耗模拟软件介绍通过建筑描述语言”来解决大量建筑体型，构造，设备性能甚至是房间使用时间安排的输入问题，现有HVAC系统分析，能耗计算，系统物理分析和经济分析等。

基于DOE语言的能耗模拟软件，能够进行多层次全面的耗能分析。

备注美国能源部推荐的DOE-2 80年代的产物，DOE语言较为复杂，现较多采用基于DOE语言的深化版Energy plus国际上使用较多的能耗分析软件，精确度高，可以查看各部分的能耗分析结果，但是本地化较差。

目前无中文版。

能耗分析软件列表DOE-2En ergy PlusEquest Equest是DOE-2的简化版，它让能耗模目前比较简单操作方便的以D0E-2拟能够为更多的设计人员方便的使用，为能耗内核基础的模拟分析软件，也它也适用于建筑设计的各个阶段。

是国内使用较多的国外软件之一。

Visual DOE是一款基于DOE-2开发的能以DOE-2为耗能内核的模拟分析软耗模拟软件，可帮助设计师进行建筑物件能耗模拟，设计方案选择，还可以用在LEED的评估中。

建筑物全年的逐时能耗，太阳能模拟，地源热泵空调系统模拟等计算有效的模拟建筑物室内空间设计，能耗分析，可再生资源的利用，绿色设计评价的有效工具，现归属于Autodesk的能耗分析软件，能够进行能耗模拟，并且与Autodesk的系列产品有很好的数据衔接英国的ESP-r是世界上公认的优秀建筑热环境模拟软件之一，精确度比较高。

尽管很容易导入REVIT等软件产生的模型，但是只适用于设计规划初期，产生的数据对建筑师仅起到参考的作用。

Visual DOETRNSYSESP-rECOTECTIES英国IES公司开发的集成化模拟分析软IES拥有较多的模拟分析模块，却在件，IES容易与LEED等评估系统相结合，建模上较弱，还有在模型的导入上也进行评估，同时也添加有疏散模拟，设存在着问题。