EnergyPlus軟件簡(jiǎn)介

EnergyPlus是由美國(guó)能源部和勞倫斯●伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室共同開發(fā)的一款建筑能耗模擬軟件。EnergyPlus是在軟件BLAST和DOE-2基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)的，具有BLAST和DOE-2的優(yōu)點(diǎn)。EnergyPlus能夠根據(jù)建筑的物理組成和機(jī)械系統(tǒng)(暖通空調(diào)系統(tǒng))計(jì)算建筑的冷熱負(fù)荷，這是通過(guò)暖通空調(diào)系統(tǒng)維持室內(nèi)設(shè)定溫度。EnergyPlus還能夠輸出非常詳細(xì)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，如通過(guò)窗戶的太陽(yáng)輻射得熱等，來(lái)和真實(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。

EnergyPlus既能夠進(jìn)行建筑冷熱負(fù)荷計(jì)算，也能進(jìn)行建筑全年動(dòng)態(tài)能耗計(jì)算。主要有以下計(jì)算模塊:

1)遮陽(yáng)模塊?？梢阅M活動(dòng)遮陽(yáng)和固定遮陽(yáng)。

2)自然采光模塊?？梢阅M在使用自然采光時(shí)建筑節(jié)約的照明能耗，同樣可以計(jì)算逐時(shí)的采光系數(shù)。

3)自然通風(fēng)模塊。將通風(fēng)模塊和熱環(huán)境模擬模塊進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的耦合，更接近現(xiàn)實(shí)情況。可以模擬自然通風(fēng)和在暖通空調(diào)系統(tǒng)作用下的通風(fēng)。

4)與地面接觸的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱。通過(guò)數(shù)值分析的算法計(jì)算與地面接觸的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱量。

5)非均勻溫度場(chǎng)設(shè)定。用于模擬高大空間等室內(nèi)非均勻溫度場(chǎng)下的傳熱過(guò)程。

6)HVACTemplate模塊。用于快速構(gòu)建供暖空調(diào)系統(tǒng)。

7)HVAC空調(diào)系統(tǒng)模塊。HVAC模塊可以構(gòu)建常見的供暖空調(diào)系統(tǒng)，相比于HVACTemplate使用更加靈活?？梢詷?gòu)建分散式空調(diào)系統(tǒng)、集中式空調(diào)系統(tǒng)和半集中式空調(diào)系統(tǒng)。更具體來(lái)說(shuō)可以構(gòu)建風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，地源熱泵、風(fēng)冷熱泵、蓄冷/熱系統(tǒng)、地板輻射采暖/供冷系統(tǒng);

8)可再生能源系統(tǒng)模塊。主要有太陽(yáng)能光伏/光熱系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。

9)經(jīng)濟(jì)成本估算模塊。成本分析和全生命周期成本估算。

10)詳細(xì)的輸出模塊。幾乎可以輸出任何的模擬數(shù)據(jù)，如用于場(chǎng)地分析的全年的氣象數(shù)據(jù)(溫度、濕度和太陽(yáng)輻射等)，室內(nèi)的逐時(shí)溫度濕度和舒適度，系統(tǒng)逐時(shí)供暖/供冷功率，自然通風(fēng)下CO2的溫度等。

以下特點(diǎn)代表著EnergyPlus的主要功能

1)集成的聯(lián)立的求解。EnergyPlus將建筑的初級(jí)系統(tǒng)和次級(jí)系統(tǒng)結(jié)合在一起進(jìn)行求解。

2)用戶自定義時(shí)間步長(zhǎng)，步長(zhǎng)小于1小時(shí)。

3)ASCII文本格式的天氣文件、輸入和輸出文件。

4)基于熱平衡的求解。這使得在每次計(jì)算都能對(duì)在建筑內(nèi)表面和外表面的輻射和對(duì)流計(jì)算。

5)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱。計(jì)算通過(guò)屋頂、墻體和樓板等導(dǎo)熱過(guò)程時(shí)采用的是非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程。

6)改良的地面?zhèn)鳠崮Ｐ?。地面?zhèn)鳠崮Ｐ屯ㄟ^(guò)三維有限差地面模型和簡(jiǎn)化的分析技術(shù)進(jìn)行求解。

7)傳熱和傳質(zhì)結(jié)合的模型。傳熱傳質(zhì)耦合的模型使得計(jì)算水分的蒸發(fā)/冷卻過(guò)程成為可能，這是通過(guò)導(dǎo)熱方程的層層的迭代或者有效濕量滲透深度模型(EMPD)進(jìn)行計(jì)算。

8)熱舒適度模型。熱舒適模型基于人的活動(dòng)量、室內(nèi)干球溫度和相對(duì)濕度等因素。

9)各項(xiàng)異性的天空模型。有助于計(jì)算傾斜表面的太陽(yáng)散射輻射計(jì)算。

10)先進(jìn)的窗戶傳熱計(jì)算。包括受控的窗戶百葉、電致變色玻璃、層層熱平衡計(jì)算。

11)室內(nèi)照明控制。室內(nèi)采光能夠模擬室內(nèi)照度計(jì)算、眩光模擬和控制、燈具的控制以及人工光源對(duì)制冷和供暖帶來(lái)的影響。

12)基于"環(huán)"的暖通空調(diào)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)使得空戶可以對(duì)典型的暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行建模，也可自定義系統(tǒng)而不用更改程序代碼。

13)大氣污染模型。

14)能夠和其他外部軟件結(jié)合。如可以和DElight結(jié)合對(duì)照明進(jìn)行更為細(xì)致的分析。

EnergyPlus是采用ASCII文本格式的輸入輸出方式，對(duì)模擬人員的專業(yè)要求極高。許多開發(fā)團(tuán)隊(duì)在EnergyPlus的基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開發(fā)，提高EnergyPlus的易用性和可視化能力，其中比較有名的有Openstudio、DesignBuilder、Simergy。

OpenStudio是由美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)開發(fā)的基于EnergyPlus進(jìn)行能耗分析，基于Radiance進(jìn)行采光分析的建筑整體分析軟件。Openstudio是一款開源的免費(fèi)的軟件，在GitHub可以下載到其源代碼。OpenStudio處于開發(fā)的階段，常用其早期的版本Legacy Openstudio進(jìn)行EnergyPlus建模。

Legacy OpenStudio是一款基于SketchUp建立建筑的幾何形狀作為EnergyPlus輸入的軟件。

DesignBuilder是由英國(guó)DesignBuilder公司基于EnergyPlus開發(fā)的一款商業(yè)建筑能耗分析軟件，具有可視化能力強(qiáng)，建模簡(jiǎn)單，能夠進(jìn)行采光模擬，CFD模擬等功能。

EnergyPlus功能強(qiáng)大開源免費(fèi)，是國(guó)際上使用最為廣泛的建筑能耗模擬軟件。其既能夠用于輔助被動(dòng)建筑設(shè)計(jì)、供暖空調(diào)負(fù)荷計(jì)算、空暖空調(diào)輔助設(shè)計(jì)，也能夠用于節(jié)能評(píng)估(LEED等)，但不足之處在于入門較難。初學(xué)者可以通過(guò)以下方式進(jìn)行學(xué)習(xí):

1)讀EnergyPlus自帶的幫助文檔。首先閱讀《EnergyPlus Getting Started》，后在學(xué)習(xí)過(guò)程中參閱《Input Output Reference》。

2)看視頻學(xué)習(xí)EnergyPlus?？梢缘桨俣纫曨l中搜索關(guān)鍵詞EnergyPlus進(jìn)行學(xué)習(xí)(點(diǎn)擊參考資料查看)。