基于无尘尘间蒸发冷却空调系统的能(néng)耗分(fēn)析软件选择分(fēn)析

建筑行业能(néng)耗占社会能(néng)源总消费量中的30%左右，而空调能(néng)耗占建筑物(wù)总能(néng)耗的50%~60%。随着空调技术的发展，其任務(wù)已不仅限于保证室内的温湿度要求，而应向更高层面即创造良好的舒适环境、提高室内空气品质和节约能(néng)源的方向发展。蒸发冷却空调是一种绿色空调，与机械制冷相比，不需要消耗压缩功，COP值比机械制冷大，以水作為(wèi)制冷剂，能(néng)减少温室气體(tǐ)和CFCs 的排放量，具有(yǒu)节能(néng)、经济、环保等优点，发展前景极為(wèi)广阔。蒸发冷却空调技术在我國(guó)的推广采用(yòng)源于 20 世纪 80年代后期，发展到现在已有(yǒu)单级的直接蒸发冷却、间接加直接的两级蒸发冷却、两级间接加直接的三级蒸发冷却、三级蒸发冷却加机械制冷的复合空调等形式，广泛应用(yòng)于舒适性空调和工艺性空调。

為(wèi)了达到准确定量地对蒸发冷却空调系统的能(néng)耗进行计算和分(fēn)析、全面地衡量和评价蒸发冷却空调系统的节能(néng)性，同时為(wèi)蒸发冷却空调系统的优化设计提供参考依据的目的，就必须借助能(néng)耗分(fēn)析软件来实现。目前空调系统全年能(néng)耗的计算方法分(fēn)為(wèi)稳态计算和动态计算两种。稳态计算方法适合进行手算分(fēn)析，计算速度快，但计算分(fēn)析的结果比较粗略，其精度无法满足研究分(fēn)析的需要；动态计算方法采用(yòng)建筑能(néng)耗分(fēn)析软件，可(kě)以得到空调系统全年逐时能(néng)耗变化，计算结果比稳态计算方法精确。

因此，选择合适的建筑能(néng)耗分(fēn)析软件，准确快捷地对蒸发冷却空调系统的能(néng)耗计算及分(fēn)析、经济性评价和系统优化等问题进行研究具有(yǒu)重要的意义。

1 國(guó)内外主要建筑能(néng)耗分(fēn)析软件简介

建筑能(néng)耗分(fēn)析软件是用(yòng)来模拟建筑及系统的实际运行状况，从而分(fēn)析设计方案、优化系统，预测运行能(néng)耗和费用(yòng)的软件。随着计算机技术的进步与建筑能(néng)耗仿真研究的发展，各种各样的建筑能(néng)耗分(fēn)析软件不断地涌现出来。目前比较流行的建筑能(néng)耗分(fēn)析软件主要有(yǒu)國(guó)外的 DOE-2、EnergyPlus、TRNSYS 等，以及國(guó)内的 DeST。上述这些能(néng)耗分(fēn)析软件都可(kě)以进行空调系统的动态能(néng)耗模拟，但是，由于各自的软件开发目的有(yǒu)所不同，因此它们各有(yǒu)各自的特点。下面对國(guó)内外主要常用(yòng)的能(néng)耗分(fēn)析软件及其应用(yòng)特点进行简单的介绍。

DOE-2 由美國(guó)能(néng)源部（Department of Energy）开发，它的出现在建筑能(néng)耗模拟软件发展的历史上具有(yǒu)重大意义，其曾经是公认的最权威、最经典的建筑能(néng)耗模拟软件之一，被很(hěn)多(duō)能(néng)耗模拟软件，如eQUEST、EnergyPlus 等借鉴和引用(yòng)。DOE-2 通过输入当地的逐时气象参数及对建筑和HVAC系统及设备的描述等就可(kě)以预测建筑的逐时能(néng)耗和费用(yòng)。

BLAST（Building Loads Analysis and SystemThermodynamics）是由美國(guó)國(guó)防部（Departmentof Defense)资助和建筑工程实验室（The Construc-tion Engineering Research Laboratory）开发的建筑能(néng)耗模拟软件。BLAST可(kě)以用(yòng)来预测建筑的供暖空调能(néng)耗及分(fēn)析其能(néng)源消耗费用(yòng)，它可(kě)用(yòng)于审查新(xīn)建建筑或改造建筑的能(néng)耗性能(néng)。

EnergyPlus 由美國(guó)能(néng)源部（Department ofE n e r g y ）和美國(guó)劳伦斯·伯克利國(guó)家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）等科(kē)研机构共同开发，整合了DOE-2 和 BLAST的优点，并加入了很(hěn)多(duō)新(xīn)的功能(néng)。EnergyPlus 被认為(wèi)是一个全新(xīn)的用(yòng)来替代 DOE-2 的建筑能(néng)耗分(fēn)析软件。对于EnergyPlus 软件来说，输入建筑及相关基础系统等的相关参数之后，即可(kě)模拟计算维持设定室内空气的温度所需的冷热量，用(yòng)户侧HVAC系统和盘管的工况，设备装置的能(néng)耗等。

T R N S Y S 软件由美國(guó)威斯康星大學(xué)（Wisconsin-Madison University）与太阳能(néng)利用(yòng)研究室（Solar Energy Laboratory）的研究人员开发，并在欧洲一些研究所的共同努力下逐步完善。TRNSYS 的全称為(wèi) Transient System SimulationProgram，即瞬时系统模拟程序。TRNSYS 采用(yòng)了和EnergyPlus以及DOE-2 等软件完全不同的设计思路，即 TRNSYS 立足于暖通空调系统而不是建筑。该软件的最大的特色在于其模块化的分(fēn)析方式，即认為(wèi)所有(yǒu)热传输系统均由若干个细小(xiǎo)的系统（即模块）组成，一个模块实现一种特定的功能(néng)，如太阳能(néng)集热器模块、水泵模块、制冷机组模块、风机模块等。因此，在进行试验研究时只需要调用(yòng)实现这些特定功能(néng)的模块，根据模块之间的关系建立连接，并设定所建立的系统的输入参数，这些模块程序就可(kě)以对某种特定热传输现象进行模拟，最后汇总就可(kě)对整个系统进行瞬时模拟分(fēn)析。

DeST 為(wèi)一款國(guó)内研究开发的能(néng)耗分(fēn)析软件，该软件是由清华大學(xué)的建筑环境与设备工程研究所研发的建筑物(wù)能(néng)耗分(fēn)析及设计的软件包。该软件的模拟计算过程借助AutoCAD 软件，并研发了图形化的用(yòng)户界面，则用(yòng)户可(kě)以通过该界面对建筑物(wù)的外观进行描述。该软件可(kě)以对水力计算、系统的方案、建筑物(wù)以及空调系统进行仿真模拟。

2 能(néng)耗分(fēn)析软件在暖通空调系统中应用(yòng)分(fēn)析

（1）DOE-2

DOE-2建筑能(néng)耗分(fēn)析软件暖通空调系统的处理(lǐ)能(néng)力有(yǒu)限，只能(néng)处理(lǐ)少数的几种暖通空调系统，DOE-2 的计算过程為(wèi)传统的 LSPE 的模拟结构（如图1），即 Load 模块、System 模块、Plant 模块、Economic 模块，这 4 个模块之间相互有(yǒu)机的联系，从而形成了一个建筑物(wù)及空调系统的模型。在实际的空调系统中，建筑室内热环境、空调系统、主机以及末端设备的运行情况，它们之间是相互耦合、相互关联的，顺序的计算方式不能(néng)够准确的表达它们之间的反馈与关联，因此DOE-2建筑能(néng)耗分(fēn)析软件计算出的结果精确度较低。

（2）BLAST

BLAST软件是一个包含三个主要子程序的模拟建筑能(néng)耗的综合程序，它们分(fēn)别是：空间负荷模拟程序，它是基于用(yòng)户输入的相关参数来模拟计算建筑或區(qū)域的逐时负荷；空气输配系统模拟程序，它是基于计算的空间负荷和用(yòng)户对建筑空气处理(lǐ)系统的描述来模拟计算热水或蒸汽、冷冻水和電(diàn)能(néng)的需求量；中央空调设备模拟程序，它能(néng)模拟锅炉、冷水机组、现场发電(diàn)设备和太阳能(néng)利用(yòng)系统等设备的运行特性，同时计算燃料与電(diàn)的月耗量、年耗量和整个生命周期内设备的运行费用(yòng)。通过 BLAST 模拟，机械工程师、能(néng)量工程师和建筑工程师能(néng)对建筑的能(néng)量需求做出准确的预算。

（3）EnergyPlus

EnergyPlus 能(néng)耗分(fēn)析软件吸收了 DOE-2 的LSPE 结构，并做出了改进，它采用(yòng)如图2所示的集成同步的负荷、系统和设备的结构在上层管理(lǐ)模块的监督下，模块之间彼此有(yǒu)反馈，而不是单纯的顺序结构，计算结果更為(wèi)精确。EnergyPlus 在 DOE-2 的基础上有(yǒu)很(hěn)大的改进，首先在处理(lǐ)建筑热过程的时候，考虑到了更多(duō)的因素，包括建筑的遮挡、绿化、风、光、雨、雪(xuě)等；其次力图完成对所有(yǒu)暖通空调系统的模拟，加入更多(duō)常用(yòng)的暖通空调系统，如热泵和辐射供热供冷等系统。就此方面而言，可(kě)以说是同类软件中最為(wèi)全面的。但是，EnergyPlus 本身是立足于建筑模拟，首先其处理(lǐ)暖通空调系统的能(néng)力偏弱，它对暖通空调系统控制方式的模拟能(néng)力较弱；其次它通常假定设备的调节為(wèi)理(lǐ)想化的连续调节这对于设备部分(fēn)负荷运行时的模拟是不太准确的；另外EnergyPlus不稳定不太容易收敛并且经济性分(fēn)析较為(wèi)简单。

（4）TRNSYS

TRNSYS 软件立足于暖通空调系统而不是建筑，因此它在建筑负荷以及建筑热性能(néng)的模拟上偏弱，很(hěn)难完成复杂建筑的描述。TRNSYS软件将气象参数、设备、建筑和控制器都进行了模块化。TRNSYS 软件对于空调系统控制的设计非常侧重，实际空调系统中的各种控制方式都可(kě)以被它模拟出来，其中包括顺序控制、智能(néng)控制、PID 控制和启停控制等，在进行系统模拟时，可(kě)以得到相应的精确的系统运行参数。因此 TRNSYS 软件在模拟系统、设备和控制方式的最优化问题以及系统中参数监测等问题时相对于EnergyPlus和DOE-2 这些立足于建筑的软件是有(yǒu)优势的。

TRNSYS 為(wèi)模块开放式机构，用(yòng)户可(kě)以根据自己的实际情况在它提供的平台下编写并改进组件嵌入到 TRNSYS 中完成模拟，而且它与很(hěn)多(duō)专业软件，如 EES、GenOpt、RansFlow、COMIS 和CONTAM 等都可(kě)以完成链接，同时也可(kě)以很(hěn)方便地使用(yòng) EnergyPlus 等软件的气象文(wén)件和处理(lǐ)结果。这些特点使得TRNSYS成為(wèi)一个分(fēn)享计算机能(néng)耗模拟成果的很(hěn)好平台。

（5）D e S T

DeST 软件以空调的设计过程作為(wèi)基础，采取分(fēn)段设计和分(fēn)段模拟的方法，一步一步地把问题解决，并且逐步把未知量转化為(wèi)已知量。该软件在研究开发的进程中，将设计具有(yǒu)分(fēn)段性的特点融入其中，并将模拟的过程分(fēn)成5个阶段，即建筑物(wù)热特性的分(fēn)析、系统方案的分(fēn)析、空气处理(lǐ)单元的分(fēn)析模拟、风网的模拟、冷热源的模拟。因此，可(kě)以实现暖通空调系统控制与建筑热环境的分(fēn)段进行模拟。

DeST 软件為(wèi)汉化版的软件，因此國(guó)内的设计研究人员使用(yòng)起来较為(wèi)方便，且该软件的版本比较多(duō)，其用(yòng)户界面為(wèi)图形化，界面较為(wèi)友好。但是该软件缺乏完整的气象数据参数，暖通空调系统设备的部件类型较少，不能(néng)够满足用(yòng)户的多(duō)种需要，空调系统的控制方式不够灵活。

上述能(néng)耗分(fēn)析软件大體(tǐ)可(kě)以被分(fēn)為(wèi)两大类：第一类的能(néng)耗分(fēn)析软件立足于建筑，即能(néng)够较好的模拟出建筑物(wù)和空调區(qū)域负荷的仿真模型，例如DOE-2、BLAST 、EnergyPlus、DeST 等，其功能(néng)和特点比较如表 1 和表 2；第二类的能(néng)耗分(fēn)析软件立足于暖通空调系统，即能(néng)够较好的模拟出暖通空调循环和控制系统的仿真模型，例如TRNSY等。

由表1和表2可(kě)以看出，把第一类能(néng)耗模拟软件的特点及功能(néng)进行比较之后发现，EnergyPlus 是其中较為(wèi)突出的能(néng)耗分(fēn)析模拟软件。同其他(tā)第一类的建筑能(néng)耗分(fēn)析软件相比，EnergyPlus 软件的基本使用(yòng)特性、负荷计算能(néng)力和设备计算兼容性等方面都具有(yǒu)显著的优异性。但第二类中的 TRNSYS 能(néng)耗分(fēn)析软件在建筑负荷以及建筑热性能(néng)的模拟上偏弱的同时，却在模拟暖通空调系统、设备和控制方式的最优化问题以及系统中参数监测等方面相对于 EnergyPlus 占优势。

3 结论及建议

EnergyPlus 和 TRNSYS 两种能(néng)耗分(fēn)析软件都是开放式结构，即可(kě)以和其他(tā)的软件链接联合计算，其中这两种软件就可(kě)以进行数据链接。EnergyPlus和 TRNSYS 输入界面都不够友好，操作起来比较复杂。针对两种软件不同的优势所在，筆(bǐ)者建议对于建筑模型较简单、空调系统规模较大、控制系统较复杂的蒸发冷却空调系统而言，选择TRNSYS能(néng)耗分(fēn)析软件对系统进行能(néng)耗计算与分(fēn)析；对于建筑模型较复杂、空调系统规模较小(xiǎo)、控制系统较简单的蒸发冷却空调系统而言，选择EnergyPlus能(néng)耗分(fēn)析软件对系统进行能(néng)耗计算与分(fēn)析；对于规模较大系统运行较复杂、控制系统较复杂的蒸发冷却空调系统，同时选择EnergyPlus与TRNSYS两种软件进行数据链接，即TRNSYS使用(yòng)EnergyPlus的气象文(wén)件、建筑模型和建筑负荷等处理(lǐ)结果，从而全面精确地进行能(néng)耗的计算及分(fēn)析。