PDF《建筑环境设计模拟分析软件 DeST》

-1- 建筑环境设计模拟分析软件 DeST 第十二讲、软件结构体系 清华大学 吴如宏 江亿吴如宏,男,1974 年2月生,大学,工程师

100084 北京清华大学建筑学院建筑技术科学系 (010)62789761 wrh@m165.

com 摘要 本文介绍 DeST 软件的结构体系.该结构体系是以数据为核心的模块化结构体系形式,在 该结构体系中, 各个独立模块都遵循同一个操作模式, 即数据的输入输出都直接通过数据 核心进行,模块的任务就是获取数据,处理数据,然后输出计算结果.该结构体系的核心 在于其数据结构设计, 了解了该数据结构设计, 也就了解了整个软件结构体系的关键之所 在,在此基础上,用户可以通过扩充该软件的系统数据库,开发同等功能的替换模块或者 扩充结果报表模板等各种形式对软件进行功能和应用领域扩展, 最终达到利用这个软件平 台为各种科研和应用服务的目的. 关键字 DeST 软件结构体系 数据组织 Building environment design simulation software DeST(12): Software structure By Wu Ruhong, Jiang Yi Abstract This article introduces the software structure of DeST. In this structure, there is a data center with other function modules. Every individual module functions in a same mode, in which data transfers direct to data center. The modules get data from data center, deal the data and put the result back to data center. In this structure, the design of data structure for the data center is the most important thing. As far as the knowledge of data structure has been obtained, one can handle the whole DeST system without any difficulty. One can expand the system database of DeST, or develop an alter module which solve the same problem as the original one, or design new report templates to custom the software. In this way, DeST plantform can be used to accomplish variable tasks in researches and design projects. Keyword DeST Software structure Data structure

1 前言 随着 DeST 软件不断在国内外被广泛了解和应用,使用该软件的科研技术人员已经能够利 用该软件完成包括建筑负荷计算、空调系统方案模拟等常见任务.因其应用领域广泛,这就需 要使 DeST 能够成为开放式平台,大家都能利用这一软件作为基础平台,开发各自的功能模块 和应用,以此来满足对建筑和系统等方面的不同需求. 实际上, DeST 软件从最初的设计上就已经考虑到了这种需求, 软件的基本结构体系和分阶 段的设计指导思想 [1] 保证了该软件作为一个软件平台所应有的可扩展性与开放性特征.以此软 件平台为基础推出的住宅版、住宅评估版、商业建筑版、商业建筑评审版等等不同的应用版本, 就是软件结构体系这种特征的具体体现. 为了让 DeST 软件能够在更多的研究和应用领域获得更加广范的支持和应用,推动建筑节 能事业不断进步与发展,需要有更多的使用者在掌握了软件的应用能力的基础上,更深入了解 软件的基本结构体系,拓展该软件的功能和应用领域,解决使用者在科研与应用中的一些实际 问题.

2 功能模块 -2- DeST 的软件结构由多个相对独立的模块相互拼装构成, 各个模块之间的数据流通过数据库 进行传递,其特点是,各模块之间并不直接进行数据交换,各模块从数据库检索必要的源数据, 确认其需要的数据在数据库中已经存在,然后读入源数据并完成特定的计算任务,计算任务完 成后也只需要将其计算结果写入数据库中相应的位置. 这一结构特征如图

1 所示.每一个功能模块都与处于核心位置的数据库直接关联,而数据 库中的数据按照其相应的功能也可划分为不同的数据集,称为数据组织,这将在第

3 节中加以 详细介绍.这样的结构特征使得各个功能模块相对独立,保证软件的可扩展性,同时又能通过 核心数据库的连接实现对建筑和系统的联合模拟,保证软件的适应性,使其能够同时处理不同 特点的模拟对象.这就保证了 DeST 可以作为一个软件平台,为用户提供一个适应能力强、开 放和可扩展的基础工具,用户既可以用自己编写的模块替换现有的功能模块,又可以通过编写 新模块实现新的计算功能,从而完成各种模拟分析工作. 下面分别对各个功能模块进行介绍,文中所述准备数据是指执行本模块之前需要从数据库 中提取的必要数据, 是模块执行计算任务的前提条件, 这些数据可以由其它功能模块计算得来, 也可以由用户采用其它方式写入数据库. 图1DeST 功能模块数据流程图 2.1 CABD-绘图模块(含模块 A、B、C、D、E) 绘图模块是软件中的基础模块,执行建筑建模,热环境描述,系统描述等一系列建筑模型 相关的描述任务.采用辅助绘图系统直观表达了建筑的构造样式,为建筑热环境的描述提供了 便利. 2.1.1 建筑建模与热环境描述(A) 通过楼层定义和绘制建筑围护(门窗墙)的方式建立三维建筑模型,识别独立的封闭空间 确定房间及房间的连接关系,通过定义房间的功能确定房间的内扰模式,通过定义围护的构件 材料确定围护热特性. 准备数据:无 输出数据:建筑模型及其热特性,房间功能(家具系数,采光要求,人员热扰,设备热扰, 灯光热扰,空调需求) . 2.1.2 空调系统分区与系统描述(B) 通过添加系统和将房间加入系统的方式确定空调分区,通过对系统和房间的详细描述确定 系统参数和末端参数. 准备数据:建筑模型 输出数据:空调系统和空调房间的对应关系,空调系统的设定,空调房间的末端设定. 2.1.3 风网描述(C) 通过绘制通风管道、风口的方式确定空调系统送回风网络,通过识别风管、风口及房间的 连接形式确定通风网络的节点支路模型. -3- 准备数据:建筑模型,空调分区与系统描述 输出数据:通风节点支路模型. 2.1.4 冷热源、水系统描述(D) 通过定义冷热源设备配置和水系统连接形式确定冷热源系统形式和设备参数. 准备数据:无 输出数据:冷热源系统设备型号和水系统连接形式. 2.1.5 水网描述(E) 通过绘制输水管路连接冷热源与 AHU 或FCU 等用能设备确定水网连接形式. 准备数据:无 输出数据:水网连接形式. 2.2 BSHADOW-阳光遮挡计算模块(F) 在已经建立的建筑模型的基础上,计算不同的太阳高度角和方位角的情况下,建筑互遮挡 和自遮挡的阴影分布. 准备数据:建筑模型 输出数据:不同太阳位置下各受光表面的光斑面积比例. 2.3 LIGHTING-自然采光计算模块(G) 通过房间的外窗描述确定房间的自然光源,结合建筑遮挡的计算结果和气象数据中的太阳 辐射数据计算房间实际获得的自然采光照度. 准备数据:建筑模型,表面光斑面积比例 输出数据:房间逐时自然采光照度及必要的补充照明功率要求. 2.4 BAS-房间计算模块(H) 综合建筑围护设定,建筑热环境设定及房间空调设定计算房间室内状态,相应的显热负荷 和潜热负荷. 准备数据:建筑模型与热环境描述,空调分区与系统描述(非必要) ,表面光斑面积比例 输出数据:空调房间和非空调房间的逐时室内状态,空调房间达到空调要求所需要的逐时 室内显热负荷、潜热负荷以及新风负荷. 2.5 SCHEME-空调系统方案模拟模块(I) 根据房间的负荷计算结果和空调系统的设定,计算确定的系统方案下,空调系统的运行状 况. 准备数据:建筑模型,空调分区与系统描述,房间计算结果 输出数据:空调系统逐时送回风状态,冷热负荷以及系统是否满足要求,系统分区内房间 的室内状态,送风量,负荷及需要由末端处理的部分负荷. 2.6 AHU-空气处理设备模拟模块(J) 根据系统方案模拟的结果和 AHU 的设定, 计算 AHU 各空气处理设备负担的处理负荷及出 口空气状态. 准备数据:空调分区与系统描述,房间计算结果,空调系统方案模拟结果 输出数据:空调系统 AHU 各空气处理设备逐时处理负荷及出口空气状态,AHU 设备是否 满足要求. 2.7 DNA-通风计算模块(K) 首先在满足房间全年送风要求的情况下确定风管尺寸和阻力特性,然后根据通风节点支路 矩阵模型、 风速风向、 空调系统送风状况等联合室温计算模块迭代计算各节点支路的通风状况. 准备数据:建筑模型,空调分区与系统描述,风网描述,房间计算结果 输出数据:通风节点支路模型的通风状况. 2.8 CPS-冷热源、水系统模拟模块(L) 根据冷热源的设定和空调系统的负荷处理要求,确定冷热源,输水系统等的运行状况,燃 料消耗量以及能源利用效率. 准备数据:空调系统描述,冷热源、水系统描述,水网描述,空调系统方案模拟结果,AHU 空气处理设备模拟结果 -4- 输出数据:冷机、热源、冷却塔设备逐时冷热量,燃料、电力消耗量,能源利用效率,设 备开启状态,水泵扬程、流量、效率、开启状态,冷热源是否满足要求,空气处理室加湿、再 热设备及生活热水对冷热源的能源需求. 2.9 EAM-经济性分析模块(M) 针对不同设计阶段的已知设计因素,确定相应阶段所能确定的空调系统的初投资、运行费 和经济性指标. 准备数据:建筑模型,各阶段描述和计算结果 输出数据:不同设计阶段的空调系统初投资,运行费和经济性指标. 2.10 结果展示模块(N) 采用一系列 Excel 报表或 Word 报告模板, 将不同阶段的计算结果采用各种统计方法以报表 或报告的形式输出. 准备数据:建筑模型,各阶段描述和计算结果 输出数据:无.

3 数据组织 DeST 软件采用的数据库是 ACCESS97 格式的文件数据库 [2] ,在总体上,DeST 软件的数据 组织包括以下这三大部分: u 系统数据库,主要包括各种预置的气象参数,建筑构件及空调设备等性能参数. u 项目数据库:存放整个项目的建筑建模、热环境描述、空调系统、冷热源配置等信息. u 结果数据库:保存逐时计算模块计算产生的逐时数据. 数据按功能分类形成一定的数据集,每个数据集由一个或多个数据表通过各项数据的唯一 编号(ID)相互关联引用构成,在项目数据库中,这种关联引用通常是一对多或一对一的关系, 用ID 相互引用;

构件与材料的关联引用是多对多的关系,这种情况用一个关联数据表表达. 下面将每个数据集的来源模块和服务对象模块一一列出,并列出其中每个数据表所包含的 主要字段名称及其数据说明,某些关联引用的 ID,列出其所指向的数据表. 注:表中未注明温度单位为℃,未注明湿度是指含湿量,单位 g/kg.dra. 3.1 建筑模型和热环境描述 来源模块:CABD 建筑建模和热环境描述模块(A) 服务对象模块: 空调系统分区和系统描述模块 (B) ;

风网描述模块 (C) ;

阳光遮挡计算模块 (F) ;

自然采光计算模块(G) ;

房间计算模块(H) ;

空调系统方案模拟模块(I) ;

通风计算模块(K) ;

经济性分析模块(M) ;

计算结果展示模块(N) 3.1.1 建筑环境-ENVIRONMENT 数据库字段 数据说明 ENVIRONMENT_ID 编号 SOUTH_DIRECTION 图中南向与 X 轴成的角度(°) DATA_SOURCE 气象数据的来源标记, 0-3 位(0-15)来源: 0-内置, 1-DeST 气象数据库, 2-公开的 气象数据集, 3-用户输入, 4-15 其它数据源;

4-7 位(0-15)类型: 0-典型年,1-焓值 极高年,2-辐射极低年,3-辐射极高年,4-气温极低年,5-气温极高年 CITY_ID 气象台站 ID,对应气象数据库中台站信息数据表 CITY_NAME 城市名称 PROVINCE 省份 COUNTRY 国家 LATITUDE 纬度: 北纬 0-90, 南纬 0-(-90) LONGITUDE 经度: 东经 0-180, 西经 0-(-180) ELEVATION 拔海高度(m) AIR_PRESSURE 常年大气压(Pa) PROPERTY 台站属性,0-15 位(0-36000):时区经度(东经 0-18000,西经 18000-36000,含两位小 数);

16 位:当地太阳时标记;

17 位:风速风向缺测标记;

18 位:地表温度缺测标记;

19 位:天空有效温度缺测标记;

20 位:逐时大气压力缺测标记 GROUND_REFLECT_COEF 地面反射率 3.1.2 逐时气象参数-CLIMATE_DATA 数据库字段 数据说明 ID 编号 -5- HOUR 0~8759 小时 DRY_BULB_T 干球温度(℃) DAMP 含湿量(g/kg.dra) HORI_TOTAL_RAD 水平面总辐射(W/m^2) HORI_SCATTER_RAD 水平面散射辐射(W/m^2) T_GROUND 地表温度(℃) T_SKY 天空有效温度(K) WS 风速(m/s) WD 风向:0-C,1-N,2-NNE,3-NE,4-ENE,5-E...9-S...13-W...16-NNW B 大气压力(Pa) 3.1.3 建筑-BUILDING 数据库字段 数据说明 BUILDING_ID 编号 NAME 建筑名称 VISIBLE 该建筑是否可见 CURRENT_STOREY 当前楼层的 ........