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被动式太阳能建筑能耗分析软件DeST-s(第2页)
作者：佚名    论文来源：本站整理    更新时间：2007-4-17



2.1 气象数据模块
　　建筑能耗模拟分析领域的动态模拟，需要一个月、一个季度乃至一年的逐日、逐时气象参数，获得这些气象参数是建筑动态分析和动态模拟的一项基础性工作。
解决气象参数问题，有所谓“代表年”或“标准年”法，即按照一定的规则，从历史上的观测数据中选取一年或某些年的若干个月，组合在一起，构成标准年，然后用这个标准年的逐日或逐时气象数据，作为模拟计算的输入参数(1)。这种做法存在以下问题：（1）选择哪些年、月构成标准年，很难有一个恰当的标准。假如要研究系统在最不利气象条件下的状况，由于不同的系统所对应的最不利气象条件是不同的，例如：太阳辐射强烈的年份，对一般的空调系统来说是不利年份，但对空调系统来讲却是有利年份，因此需要按建筑结构和空调系统的不同划分出许多类型，对每一类型给出一个标准年，这将是极为繁浩的工作。（2）我国地域广大，而气象观测数据又很不完全，逐时的温度、湿度及太阳辐射资料很不完整，许多地区的逐日气象资料的数据保存方式仍很落后，这些都给建立标准年的工作带来极大的困难。
　　综上，需要深入研究气象环境的客观规律，找出一种描绘千变万化的实际气象过程的方法，给出能够反映实际气象过程统计规律的全年逐时气象数据。实际上，如果从过去大量实测数据中找出各种气象特征和内部规律，并以它们为基础，按照模拟随机过程的方法模拟出一个伪气象过程，就可以起到与标准年同样的效果和作用。由于采用计算机模拟的方法，随机过程的整体特性得到控制，我们可以根据需要获得与实际气象过程统计特性一致的代表性气象过程，还能获得便于考虑各种安全因素的非代表性气象过程（如太阳辐射总体偏小的年份的气象数据），这样，每次计算可以不必直接处理大批数据，而且由于抓住了气象过程中的各种内部规律，得到的气象模型可以比标准年更好地反映客观规律(1)。
　　因此，DeST-s采用文献(1)提出的多元时间序列模型作为气象随机过程的模拟模型。该模型以几十年的气象统计数据为基础，采用线性自回归模型模拟出影响建筑物热过程的气象要素的全年逐时数据。

2.2 描述界面
　　软件的界面是软件与用户之间交流的窗口，是完成问题描述的平台。如何描述待解决的问题、如何输入整理需要的信息、减轻用户定义描述和输入信息的负担都是与软件界面设置相关的问题。
　　建筑能耗模拟分析软件描述的主要对象是建筑物。已有的能耗模拟软件中，描述方法主要有两种，一种是软件拥有自己的描述界面，通过辅助的定义和信息输入完成问题描述，这类软件的界面所实现的建筑空间拓扑结构的描述通常都很简单，属于模型化的描述；另一种是软件没有完整的描述界面，建筑信息的输入完全依靠数据文件实现，这些数据文件可能采取与其他软件接口的方式获得（如与建筑CAD系统的数据文件对接），也可能采取自定义的方式，这种描述方法属于复制式的描述。
　　由于建筑物相关信息非常繁杂，复制式的描述方法在定义数据文件时工作量非常大，而且容易出错，利用来自其他软件的数据文件虽然减轻了能耗模拟工作者的描述工作量，但是由于数据接口方式依赖于对接的软件，破坏了建筑能耗模拟分析软件的独立性，软件的基础数据文件将随着对接系统的不断升级而不断改变，因此必然给软件升级带来开发上的负担，同时，软件的可应用性也受到对接软件的牵制，这对软件的长远发展不利。
　　另外，由于建筑能耗分析关注的是建筑物的能耗状况，对于建筑物的细部形状和尺寸并不敏感，事实上，如果采用建筑设计的实际细部形状和尺寸作为计算的输入条件，那么目前所能采用的计算方法将会遇到无法解决的问题。因此，完全复制建筑物的信息既没有必要也不能接受。
　　由于模型化的描述方法采用建立计算模型的思想来描述模拟对象，有利于筛除建筑信息中的无用信息，使得模拟的对象更为清晰、模拟重点更为突出，因此对于建筑能耗模拟分析而言这是一种合理的描述方法。
　　因此，DeST-s采用的是模型化的描述方法。DeST-s拥有自己的描述界面，能够对建筑物进行几何拓扑结构的准确描述，由于DeST-s的界面和数据库之间能够方便地进行信息交流，因此建筑物的描述和建筑材料、构件的选择与定义都十分方便快捷。

2.3 阴影和通风计算模块
　　在建筑物的模拟分析中，建筑物的自然室温及负荷与太阳辐射得热量密切相关，并且太阳辐射在建筑负荷中占有相对较大的比例，因此深入研究太阳辐射的分布对准确计算负荷是十分重要的，对于准确计算建筑物各部分的太阳辐射得热，建筑物阴影模拟分析模块是必不可少的重要模块。
　　由于建筑物可能有复杂的形状，需要考虑三种情况下的太阳阴影：（1）建筑物之间的相互遮挡；（2）建筑物自身不同部分产生的自遮挡；（3）建筑物上设置的遮阳板等对墙体及窗的遮挡。而这几部分遮挡对建筑物的作用受时间、建筑方位等因素的影响，需要逐时进行模拟计算。
　　在计算建筑阴影的软件中，采用较多的是发射射线法和多边形变换法。由于DeST-s在计算单个房间得热时，需要确切知道每面墙、每扇窗从外界的得热，因此必须得到每面墙和窗的阴影分布。采用多边形变换的方法可以直接获得需要的各个表面的阴影分布。如果采用发射射线法，全年逐时的建筑阴影计算量过大，由于建筑各构件表面的大小差异较大，因而网格足够小才能保证不越界，这样做既不能提高计算的精度又增大了计算量。因此在DeST-s的阴影计算模块中选择了多边形变换法进行建筑阴影计算。


图2 建筑阴影模拟
延伸阅读：
  • 中央空调方案设计估算值采用
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