作为ANNEX30的一个参加者,清华大学提出了“分阶段设计,分阶段模拟”的思路,在充分考虑上述3个要素的基础上,开发出了建筑环境控制系统模拟分析工具包(DeST),并应用在若干实际工程中。DeST是基于功能的模拟软件,对应设计的不同阶段,提供相应的功能性模块。其任务是在设计的整个过程中,通过建筑模拟、方案模拟、系统模拟、水力模拟等手段对设计进行校核,并根据模拟数据结果对设计进行验证,从而保证设计的可靠性。 2、DeST的结构DeST在设计时充分考虑了“设计的阶段性”这一特点。相应于设计的不同阶段,DeST由不同的功能性模块组成,并根据阶段之间的联系在模块之间建立其相应的关联。 DeST所需要的气象数据由Medpha产生,其基础是20年的实测数据和随机气象数学模型。目前Medpha可以生成各格式的、193个中国城市的逐时气象参数。计算机辅助建筑描述程序CABD是一个基于ACAD平台的建筑描述界面,设计人员通过它描述建筑物的围护结构(几何尺寸,热特性参数)以及各种内扰的变化情况。在进行详细的建筑模拟时,需要输入各种经验系数(例如热量在空间内的分布等),这通过经验系数维护程序ECM完成。CABD是DeST的主控界面,它把用户绘制的建筑物的相关数据自动传输给建筑分析模拟模块BAS.BAS的任务对建筑物进行详细的逐时模拟,其数学模型是增强的状态空间法[6,7].BAS是一个精确的多空间建筑模拟程序,它负责计算逐时的房间基础室温[8](RBT,在没有任何空调系统影响下的房间温度)。逐时的基础室温反映了房间在被动热扰影响的下的热特性。在初步设计阶段,建筑师可以通过基础室温来比较各种因素的影响,如围护结构的材料、朝向、建筑物的形状等等。当建筑设计确定之后,方案模拟程序Scheme[8]可用来计算建筑物在各种空调方案(分区,系统类型,运行方式)下的热特性,在方案设计阶段,设计者可以通过模拟结果对不同的空调系统方案进行比较取舍。在方案确定之后,方案模拟程序计算出对机组或者末端的详细要求,通过逐时系统要求的送回风参数以及风量,空调机组选择程序ACSel对选择的设备进行全工况满足要求,另一方面可以检验各设备在全年工况下是否能完全满足需求,另一方面得到对冷热源的水温、水量要求。当对冷热源的需求明确后,类似的方法可以用于冷热源的需求明确后,类似的方法可以用于冷热源的优化选择,通过冷热源优化程序CPO对用户选择的冷冻机类型、台数和运行方式进行校核,保证机组在整个运行周期内保持最高的能效比。通过方案模拟得到全年逐时要求的风量后(对于变风量系统),再通过送风管网可及性分析DNA计算出风机全年的工况点,从而可以根据其全运行要求选择风机,使其大部时间工作在高效率区间内。同时,通过可及性分析也可计算出各末端要求的压差,以此通过NLA对变风量末端进行噪声分析。类似的策略可以用于水管分析,通过PNA来实现。 通过这样的结构设计,设计人员在每一个阶段都能利用相应的模拟模块来计算不同设计中系统的性能(满意度、能耗要求),并通过比较确定较佳的方案。同时,本阶段模拟的一部分结果也是下一阶段设计的输入(对下一阶段的需求。)作为一个服务于设计者的工具,DeST根据设计者的要求进行繁复的计算,而设计得通过分析模拟结果对设计进行比较取舍。 3、对已知和未知条件的处理设计过程包含各种不同的设计阶段,每个阶段的已知和未知条件不同,随着设计的展开,各阶段的已知和未知条件也随时之相互转化,前一阶段的未知因素通过设计成为本阶段的已知条件。 例如,在初步设计阶段,内外扰是已知条件,在这些扰运作用下建筑物的热特性是未知的;而到了方案设计阶段,建筑物的热特性成为已知因素,设计者需要在详细的建筑物热特性的基础上对空调方案进行比较、取舍,并为进一步的设备选择提供依据。建筑物的热特性是初步设计和方案设计之间的重要桥梁,通过设计分析,它从前一阶段的未知条件变为后一阶段的已知条件。 |