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一种基于EnergyPlus与CFD耦合的大空间建筑能耗预测方法技术

技术编号:19482291 阅读:29 留言:0更新日期:2018-11-17 10:48
本发明专利技术公开了一种基于EnergyPlus与CFD耦合的大空间建筑能耗预测方法,通过EnergyPlus能耗模拟软件计算出大空间建筑墙体的内表面温度,作为CFD软件模拟的温度边界条件,并用CFD计算出墙体的内表面对流换热系数以及室内温度场,将内表面对流换热系数与室内温度场作为EnergyPlus的初始条件进行能耗计算,得到基于EnergyPlus和CFD耦合策略的能耗模拟结果。该方法可以减少热分层现象引起的能耗模拟误差,从而增加能耗模拟的准确度、有效性和可靠性,对绿色建筑能耗分析计算具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于EnergyPlus与CFD耦合的大空间建筑能耗预测方法
本专利技术涉及建筑能耗预测
,具体涉及一种基于EnergyPlus与CFD耦合的大空间建筑能耗预测方法。
技术介绍
随着能源危机的加重,节能建筑的设计得到越来越多的重视。为了减少能源消耗,需要对建筑物的能耗水平进行预测,以便进行节能设计。现阶段,利用能耗模拟软件对建筑能耗进行模拟是预测建筑能源消耗水平最常用的方法。能耗模拟软件在计算时,默认室内空气是完全混合的,然而,实际情况是,对于大空间建筑,由于重力作用,内部空气会形成自然对流,密度较小的热空气上升,密度较大的冷空气下降,最终导致热分层现象。受热分层现象的影响,能耗模拟软件对大空间建筑进行能耗计算时必然会产生一定的误差,从而造成模拟结果与实际情况不符甚至相差较大。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题,为了减少热分层现象引起的能耗模拟误差,增加能耗模拟的准确度,本专利技术提供一种基于EnergyPlus(建筑能耗模拟软件)与CFD(计算流体动力学软件)耦合的大空间建筑能耗预测方法,可以减小模拟误差,提高准确度。本专利技术所采用的技术方案是:一种基于EnergyPlus与CFD耦合的大空间建筑能耗预测方法,包括如下步骤:(1)收集所研究建筑的相关信息,包括:建筑平面图、建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息、照明灯具信息;(2)根据所研究建筑的建筑平面图,建立CFD模型和EnergyPlus模型;(3)将步骤(2)所建立的EnergyPlus模型导入EnergyPlus中,设定传热算法,依次输入步骤(1)中的建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息及照明灯具信息;设定结果输出,进行一次EnergyPlus能耗模拟,得到建筑墙体的内表面温度;(4)将步骤(2)所建立的CFD模型导入ICEM(前处理软件)中,进行网格划分,并将划分的网格导入Fluent中;将步骤(3)所得到的建筑墙体的内表面温度作为CFD模拟的部分边界条件输入到Fluent中,结合Fluent中设定的风口边界条件进行室内热环境模拟;(5)从Fluent中输出建筑墙体的内表面对流换热系数及室内温度场,并将所述室内温度场整合为室内温度分布曲线;(6)将从步骤(5)中所得到的建筑墙体的内表面对流换热系数及室内温度分布曲线输入EnergyPlus中,进行二次EnergyPlus能耗模拟;(7)对所研究建筑进行实地能耗监测,获取所述建筑的实测能耗数据;(8)将步骤(3)得到的一次能耗数据与步骤(6)得到的二次能耗数据以及步骤(7)得到的实测能耗数据进行对比分析。进一步地,步骤(2)中,所述CFD模型是通过SketchUp(草图大师软件)建立的三维几何模型,所述EnergyPlus模型是通过SketchUp的插件LegacyOpenStudio建立的三维几何模型。本专利技术具有以下有益效果:本专利技术通过EnergyPlus能耗模拟软件计算出大空间建筑墙体的内表面温度,作为CFD软件模拟的温度边界条件,并用CFD计算出墙体的内表面对流换热系数以及室内温度场,将内表面对流换热系数与室内温度场作为EnergyPlus的初始条件进行能耗计算,得到基于EnergyPlus和CFD耦合策略的能耗模拟结果,可以减少热分层现象引起的能耗模拟误差,从而增加能耗模拟的准确度、有效性和可靠性,对绿色建筑能耗分析计算具有十分重要的意义。附图说明图1为本专利技术所研究建筑的模型图;图2为本专利技术的能耗预测方法流程图;图3为本专利技术一次EnergyPlus能耗模拟所得室内空气平均温度逐时变化规律图;图4为本专利技术一次EnergyPlus能耗模拟所得室内空气温度分层云图;图5为本专利技术所研究建筑室内平均温度分布曲线图;图6为本专利技术二次EnergyPlus能耗模拟所得分项能耗百分比图。具体实施方式本专利技术公开了一种基于EnergyPlus(建筑能耗模拟软件)与CFD(计算流体动力学软件)耦合的大空间建筑能耗预测方法,包括如下步骤:(1)收集所研究建筑的相关信息,包括:建筑平面图、建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息、照明灯具信息;(2)根据所研究建筑的建筑平面图,建立CFD模型和EnergyPlus模型,其中,CFD模型是通过SketchUp(草图大师软件)建立的三维几何模型,EnergyPlus模型是通过SketchUp的插件LegacyOpenStudio建立的三维几何模型。(3)将步骤(2)所建立的EnergyPlus模型导入EnergyPlus中,设定传热算法,依次输入步骤(1)中的建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息及照明灯具信息;设定结果输出,进行一次EnergyPlus能耗模拟,得到建筑墙体的内表面温度;(4)将步骤(2)所建立的CFD模型导入ICEM(前处理软件)中,进行网格划分,并将划分的网格导入Fluent中;将步骤(3)所得到的建筑墙体的内表面温度作为CFD模拟的部分边界条件输入到Fluent中,结合Fluent中设定的风口边界条件进行室内热环境模拟;(5)从Fluent中输出建筑墙体的内表面对流换热系数及室内温度场,并将所述室内温度场整合为室内温度分布曲线;(6)将从步骤(5)中所得到的建筑墙体的内表面对流换热系数及室内温度分布曲线输入EnergyPlus中,进行二次EnergyPlus能耗模拟;(7)对所研究建筑进行实地能耗监测,获取所述建筑的实测能耗数据;(8)将步骤(3)得到的一次能耗数据与步骤(6)得到的二次能耗数据以及步骤(7)得到的实测能耗数据进行对比分析。下面结合一具体实施例来说明本专利技术所述方法的有效性和可靠性。该实施例以一个大空间体育馆作为研究对象,该大空间体育馆共三层,总体为上下通透的圆柱体建筑,建筑基地面积为7558m2,总建筑面积12233m2,建筑总高为25.1m,一层高6m,二层高10.8m,三层高8.3m。一层墙体与三层一部分墙体为直外墙,二层墙体与三层另一部分墙体为斜外墙,具体围护结构信息如表1所示。根据GB50189–2015《公共建筑节能设计标准》要求,夏热冬冷地区乙类公共建筑屋面、外墙及窗户的热工性能限值分别为0.7W/(m2·K)、1W/(m2·K)、3W/(m2·K)。除屋面外,该体育馆主要围护结构的传热系数均在规定的限值以下,因此该体育馆围护结构保温性能较好。根据该体育馆的建筑平面图利用SketchUp建立建筑模型,如图1所示,EnergyPlus与Fluent软件所用的建筑模型都由该方法所建立。该体育馆采用的是全空气定风量空调系统,送风形式为顶部喷口侧送风,三层外窗上设置有轴流风机进行机械排风,在观众区有回风口和防火回风窗。暖通空调系统主要设备及型号参数如表2所示。根据该体育馆的建筑信息及空调信息,对该体育馆于某一比赛日的能耗进行模拟,所用气象数据为当地典型气象年数据。在该比赛日里共安排了8场篮球比赛,比赛时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于EnergyPlus与CFD耦合的大空间建筑能耗预测方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)收集所研究建筑的相关信息,包括:建筑平面图、建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息、照明灯具信息;(2)根据所研究建筑的建筑平面图,建立CFD模型和EnergyPlus模型;(3)将步骤(2)所建立的EnergyPlus模型导入EnergyPlus中,设定传热算法,依次输入步骤(1)中的建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息及照明灯具信息;设定结果输出,进行一次EnergyPlus能耗模拟,得到建筑墙体的内表面温度;(4)将步骤(2)所建立的CFD模型导入ICEM中,进行网格划分,并将划分的网格导入Fluent中;将步骤(3)所得到的建筑墙体的内表面温度作为CFD模拟的部分边界条件输入到Fluent中,结合Fluent中设定的风口边界条件进行室内热环境模拟;(5)从Fluent中输出建筑墙体的内表面对流换热系数及室内温度场,并将所述室内温度场整合为室内温度分布曲线;(6)将从步骤(5)中所得到的建筑墙体的内表面对流换热系数及室内温度分布曲线输入EnergyPlus中,进行二次EnergyPlus能耗模拟;(7)对所研究建筑进行实地能耗监测,获取所述建筑的实测能耗数据;(8)将步骤(3)得到的一次能耗数据与步骤(6)得到的二次能耗数据以及步骤(7)得到的实测能耗数据进行对比分析。...

【技术特征摘要】
1.一种基于EnergyPlus与CFD耦合的大空间建筑能耗预测方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)收集所研究建筑的相关信息,包括:建筑平面图、建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息、照明灯具信息;(2)根据所研究建筑的建筑平面图,建立CFD模型和EnergyPlus模型;(3)将步骤(2)所建立的EnergyPlus模型导入EnergyPlus中,设定传热算法,依次输入步骤(1)中的建筑围护结构信息、建筑所在地典型气象年数据、建筑室内环境设计参数、暖通空调系统信息、室内人员活动信息、耗电设备信息及照明灯具信息;设定结果输出,进行一次EnergyPlus能耗模拟,得到建筑墙体的内表面温度;(4)将步骤(2)所建立的CFD模型导入ICEM中,进行网格划分,并将划分的网格导入Fluent中;将步骤(3)所得到...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢纪富李展卢彬曹守平李扬赵云浩魏新利李志彬
申请(专利权)人:郑州大学
类型:发明
国别省市:河南,41

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