本文摘要：概要：建筑环境设计仿真工具包DeST是基于功能的仿真软件，用作对建筑、方案、系统及水力计算出来展开仿真，以校核设计，确保设计的可靠性。讲解了DeST的结构、用户界面，并融合工程实例说明了DeST的应用于。 关键词：建筑环境模拟仿真软件DeST 1、研发DeST的目的近30年来，建筑和空调系统的仿真被普遍地应用于在学术研究领域，经常出现了很多的仿真模型、仿真方法以及仿真应用于工具。

概要：建筑环境设计仿真工具包DeST是基于功能的仿真软件，用作对建筑、方案、系统及水力计算出来展开仿真，以校核设计，确保设计的可靠性。讲解了DeST的结构、用户界面，并融合工程实例说明了DeST的应用于。

　　关键词：建筑环境模拟仿真软件DeST　　1、研发DeST的目的近30年来，建筑和空调系统的仿真被普遍地应用于在学术研究领域，经常出现了很多的仿真模型、仿真方法以及仿真应用于工具。　　仿真技术早已比较成熟期，但在实际设计中，使用仿真技术辅助分析的依然很少，大多数设计依然仅有考虑到最有利工况，而没考虑到全年的运营过程，这造成了诸如设备自由选择不合理、过渡性季无法满足要求等问题。

最近，国内外的研究机构和设计公司开始投放更加多的力量以增大仿真和设计之间的应用于鸿沟。例如在国际能源的组织（IEA）最近完结的研究子项ANNEX30[1]Bringsimulationintoapplication中，设计过程中的仿真技术应用于研究是其最主要的章节。

虽然，使用仿真分析的手段可以提升设计的可靠性，但只有在具体了设计和仿真之间的关系之后，才能生产出有在实际设计过程中需要被有效地利用的仿真分析工具。而现有国外几种主流的仿真分析工具由于在研发时没充分考虑设计过程的阶段性、延续性等特点，不能用作学术研究领域。

　　设计过程是一个阶段简化的过程，还包括初步设计、方案设计、详细设计以及后设计阶段[2].这是一个简单的、大大对系统的过程，目前否不存在一个仿真分析工具需要服务于整个过程呢？　　目前的仿真工具可以区分成两大类：一类是基于功能的，以DOE[3]为主要代表；另一类是基于模声的，以TRNSYS[4]，HVACSIM+[5]，MATLAB为代表。基于功能的仿真工具从符合某种功能拒绝（如计算出来建筑全年能耗）抵达来设计模拟系统；基于模块的仿真工具侧重于建构系统的灵活性，其特点是使用标准化的模块接口和统一的非线性解法核心。

　　当所有的条件都未知时，用于模块化的模拟系统可以很便利地创建起整个系统的框架并展开模拟计算，这使得它们十分限于于研究领域，通过模拟计算去理解在系统的各个部件确认后系统的运营状态。但在设计过程中，特别是在是在设计的初步阶段，设计人员无法掌控所有的信息，某些数据是仿真的输入而不是输出。

例如，在方案设计阶段，当设计人员企图较为有所不同的系统形式时，因为空调机组的自由选择应当在方案确认之后展开，他无法理解空调机组的明确信息。为了使模块化的模拟程序需要运营，使用者被迫使用缺省的部件，自由选择某种缺省的空调机组来建构模拟系统。计算机仿真软件一个很最重要的特性是输入相当严重地依赖输出。

因此，仿真由诸多缺省的部件构成的系统，其结果对实际的设计不具备指导意义，当其缺省的是先前设计的目标时，这样的模拟计算急于设计人员展开决策。因此，模块化的仿真工具虽然限于于学术研究，但并不限于于工程设计。　　与模块工具比起，基于功能的仿真工具灵活性较低，但是更加相似于设计人员思路，因此较更容易被使用。为了做到全年的运营特性，设计人员一般来说用其来计算出来建筑物全年的能耗拒绝。

作为其代表的DOE由建筑仿真、系统模拟和机组仿真三大部分构成。但其中各模块之间的关联不存在着缺失。例如，在空调系统的仿真中，假设送风温度是未知的。这样的处置对于非常简单的运营方式（例如早已确认每一个时刻的送风温度）是有效地的，但对于较简单的系统则无法工作，必须使用前一时刻的数据，或者建筑物的仿真必需展开两次（对于最热控制模式和最热掌控模式）.这意味著设计人员在方案分析阶段，展开方案较为时，被迫返回概念性阶段，再度展开建筑模拟计算。

建筑仿真和系统模拟之间的联系无法反映出有设计过程中两两个阶段之间的关联。而使用房间负荷作为各个阶段之间的联系造成建筑仿真、系统模拟和机组仿真等各模块过度密切地耦合在一起，这使得DOE被容许在建筑物全年能耗分析，而无法胜任设备自由选择以及管网系统校验等工作。

　　由此可见，上述两种仿真分析工具都不存在着某些缺点而无法有效地应用于在设计过程中。因此，制作一个限于于设计的仿真分析工具，必需充分考虑设计过程的阶段性；处置好各个设计阶段中的未知、不得而知关系；设计过程不应考虑到全年的运营状态，因此必需使用另一种运营方式来替代实际的小步宽掌控方式仿真。　　作为ANNEX30的一个参加者，清华大学明确提出了分阶段设计，分阶段仿真的思路，在充分考虑上述3个要素的基础上，研发出有了建筑环境控制系统仿真分析工具包（DeST），并应用于在若干实际工程中。

DeST是基于功能的仿真软件，对应设计的有所不同阶段，获取适当的功能性模块。其任务是在设计的整个过程中，通过建筑仿真、方案仿真、系统模拟、水力模拟等手段对设计展开校核，并根据仿真数据结果对设计展开检验，从而确保设计的可靠性。

　　2、DeST的结构DeST在设计时充分考虑了设计的阶段性这一特点。适当于设计的有所不同阶段，DeST由有所不同的功能性模块构成，并根据阶段之间的联系在模块之间创建其适当的关联。　　DeST所必须的气象数据由Medpha产生，其基础是20年的测算数据和随机气象数学模型。

目前Medpha可以分解各格式的、193个中国城市的逐时气象参数。计算机辅助建筑叙述程序CABD是一个基于ACAD平台的建筑叙述界面，设计人员通过它叙述建筑物的围护结构（几何尺寸，热特性参数）以及各种内扰的变化情况。在展开详尽的建筑仿真时，必须输出各种经验系数（例如热量在空间内的产于等），这通过经验系数维护程序ECM已完成。

CABD是DeST的主控界面，它把用户绘制的建筑物的涉及数据自动传输给建筑分析仿真模块BAS.BAS的任务对建筑物展开详尽的逐时仿真，其数学模型是强化的状态空间法[6，7].BAS是一个准确的多空间建筑模拟程序，它负责管理计算出来逐时的房间基础室温[8]（RBT，在没任何空调系统影响下的房间温度）。逐时的基础室温体现了房间在被动热扰影响的下的热特性。

在初步设计阶段，建筑师可以通过基础室温来较为各种因素的影响，如围护结构的材料、朝向、建筑物的形状等等。当建筑设计确认之后，方案模拟程序Scheme[8]能用来计算出来建筑物在各种空调方案（分区，系统类型，运营方式）下的热特性，在方案设计阶段，设计者可以通过仿真结果对有所不同的空调系统方案展开较为权衡。在方案确认之后，方案模拟程序计算出来出对机组或者末端的详尽拒绝，通过逐时系统拒绝的带回风参数以及风量，空调机组自由选择程序ACSel对自由选择的设备展开仅有工况满足要求，另一方面可以检验各设备在全年工况下否能几乎符合市场需求，另一方面获得对冻热源的水温、水量拒绝。

当对冻热源的市场需求具体后，类似于的方法可以用作冻热源的市场需求具体后，类似于的方法可以用作冻热源的优化自由选择，通过冻热源优化程序CPO对用户自由选择的冷冻机类型、台数和运营方式展开校核，确保机组在整个运营周期内维持最低的能效比。通过方案仿真获得全年逐时拒绝的风量后（对于变风量系统），再行通过送风管网可及性分析DNA计算出来出有风机全年的工况点，从而可以根据其全运营拒绝自由选择风机，使其大部时间工作在高效率区间内。同时，通过可及性分析也可计算出来出有各末端拒绝的压差，以此通过NLA对变风量末端展开噪声分析。

类似于的策略可以用作水管分析，通过PNA来构建。　　通过这样的结构设计，设计人员在每一个阶段都能利用适当的仿真模块来计算出来有所不同设计中系统的性能（满意度、能耗拒绝），并通过较为确认更佳的方案。同时，本阶段仿真的一部分结果也是下一阶段设计的输出（对下一阶段的市场需求。

）作为一个服务于设计者的工具，DeST根据设计者的拒绝展开繁琐的计算出来，而设计得通过分析仿真结果对设计展开较为权衡。　　3、对未知和不得而知条件的处置设计过程包括各种有所不同的设计阶段，每个阶段的未知和不得而知条件有所不同，随着设计的进行，各阶段的未知和不得而知条件也随时之互相转化成，前一阶段的不得而知因素通过设计沦为本阶段的未知条件。

　　例如，在初步设计阶段，内外微是未知条件，在这些扰运起到下建筑物的热特性是不得而知的；而到了方案设计阶段，建筑物的热特性沦为未知因素，设计者必须在详尽的建筑物热特性的基础上对空调方案展开较为、权衡，并为更进一步的设备自由选择获取依据。建筑物的热特性是初步设计和方案设计之间的最重要桥梁，通过设计分析，它从前一阶段的不得而知条件变成后一阶段的未知条件。　　在每一个设计阶段，DeST使用详尽的数学模型来阐释未知的部分，而理想化的部件来阐释不得而知的部分。假设理想化的部件能符合任何的拒绝（冻热量、水量等）。

这样的处置与设计过程非常相符，并且防止了缺省的部件对仿真结果的有利影响。因为有些不得而知的部分往往是到下一阶段才能解决问题，无论使用何种的缺省部件都无法确保与下一阶段最后自由选择的部件完全一致。使用理想化模型具备两个优点：　　基于理想化模型的仿真结果具备可比性，因为它们使用了完全相同的输出和假设。

　　可以获得对下一阶段的市场需求。理想化模块的输入乃是对实际设备的拒绝，而缺省设备则无法为下阶段自由选择获取有益的信息。　　未知建筑物的热特性（基础室温、各种热扰对房间温度的号召）　　不得而知送风管道系统空调机组的详细信息掌控手段　　①计算出来每一个房间所拒绝的送风状态区域（SSRk）；　　②由于在任一时刻，系统不能不存在一个统一的送风状态，因此须要拒绝出有所有房间送风状态区域的空集（公共的送风状态区间，CSSR）；　　③以公共的送风状态区域内的任何一点作为送风参数，都能使分区内所有的房间符合其设定值拒绝，而有所不同的送风状态点对应的空气处置能耗是有所不同的，在此通过某种优化算法计算出来出有公共送风状态区域中的最优点，同时确认产生此拟合送风状态点的适当的空气处理过程：　　④在确认拟合的送风状态之后，依据能耗大于的原则，可以确认系统的送风量及风机盘管或者末端再行热热器投放的冷热量。

　　⑤计算出来出有各个房间的温湿度。　　根据计算出来的逐时的各个房间的温湿度，统计资料全年内各房间符合设定值拒绝的小时数或者比率，并以此来较为有所不同空调方案的性能。

如果有所不同的方案都能符合各房间拒绝，则通过各方案拒绝能耗值来展开较为。　　在此阶段，空气处置室被发作一个理想化的设备，假设它需要产生拒绝的给定送风温湿度。在展开方案仿真时，只必须确认空气处置室的类型，而不必须确认各构成的详尽参数。

当方案确认后，对整个空气处置室的拒绝随之确认。根据逐时拒绝的各段空气处理过程线，在详细设计阶段可以对机组的各个构成部件展开详尽的校核。　　某种程度的假设也被用在送风管网分析上。在方案分析阶段，假设送风管网可以获取给定拒绝的送风量。

当方案设计已完成后，也获得了拒绝的逐时风量产于数据，而这些数据正是展开风机和管网的详尽校核所必须的。　　4、掌控和逆向计算出来过程一般来说掌控都是以小步宽展开的，但在空调系统设计时，必须考虑到建筑物和系统全年的运营情况。　　如何将这两种有所不同类型的过程融合在一起呢？实质上，设计可以区分成两个层次：空调系统设计和掌控设计。DeST侧重于解决问题前一层次的问题。

无论自由选择何种系统，使用何种设备，系统设计的目的是要产生一个几乎高效率的、需要满足用户要求的系统。DeST对系统展开仿真时，以1h为时间步长展开长时间（全年）的计算出来。为了防止有所不同控制器特性的影响，没使用小步宽的掌控方法，而用逆向的计算出来过程。

例如，在详细设计阶段，当对变风量系统的送风管网展开分析时，设计者的任务是校验管网能否符合各个时刻的风量产于拒绝，并自由选择必要的风机。　　为解决问题此问题，使用传统小步宽掌控的仿真过程是：　　①自由选择一个风机，原作控制参数（比如PID参数）；　　②计算出来管网各处的流量；　　③如果管网的流量与拒绝的流量没有，通过某种控制策略调整变风量末端；　　④在下一个小的时间步长内，反复②，以期超过拒绝的流量产于。

　　由于风道的惯性十分小，此仿真必需以非常小的时间步长展开计算出来（1s），能否超过拒绝的流量产于与控制策略有相当大的关系，因此此方法呼吸困难用作对全年各种工况的校验。从另一个角度考虑到此问题，假想在一种理想化的掌控下，各变风量末端可以满足要求的送风量，从而可以计算出来出有各管段上的流量；假设各房间的压力为零，则当定压点压力需要保持时，各变风量前后的压差可以计算出来，对风机的流量和压力拒绝也可以确认。相对于传统的仿真过程，这是一种逆向的解法过程。因此，校验送风量产于否需要构建，应当首先通过在各工况下地风机的拒绝来辨别，而不应立即侧重确认详尽的控制策略。

只要风机和管网需要在理想掌控下满足要求，则必定可以通过某种明确的掌控方式符合流量产于。在设计时，应先解决问题可控性的问题，然后再行解决问题如何掌控的问题。图4得出了在两种以定静压掌控方式和一种逆静压掌控方式下风机的工况点。在此基础上可以自由选择风机以符合全年运营，融合风机的性能参数，确认风机全年能耗，也可以根据各变风量末端的压差计算出来出有各个时刻下的末端噪声。

　　定压点坐落于风机出口处　　　　浮动静压掌控　　　　　定压点坐落于风道上距风机出口2/3一处　　使用逆向的解法思路，防止了使用小步宽的反馈控制，逆向的解法过程可以看作一种开环的理想化掌控方法。用此方法在展开设备（例如表格冷盘管）校核计算出来时，可以计算出来出有未知出口和入口参数时对冷藏水侧的拒绝。如果校核找到该设备无法超过拒绝的出口状态，则无论使用何种掌控方式，该设备都无法符合运营的拒绝。

从此意义上说道，通过逆向的解法算法，DeST侧重研究系统的可控制性，即：　　①该设备能否通过某种掌控方式满足要求？　　②如果可以，该设备的最佳运营效果是什么？　　通过校核问以上两个问题后，设计人员可以更进一步研究明确的掌控方法，并通过与最佳的运营效果展开较为以确认掌控方法的好坏。　　5、DeST的用户界面DeST在WINDOWS95/98/NT下运营。　　所有的模块都构建到CABD中。

CABD是一个基于AutoCADR14研发的用户界面。用户在此界面上展开建筑物的叙述，通过选单调用其它仿真模块，与建筑物涉及的各种数据（材料、几何尺寸、内扰等）通过数据库模块与CABD连接。

　　各种模块以ActiveX、DLLs通讯ARX的形式构建在一起，使得DeST沦为一个高度集成化的软件工具，其目的是最大限度地增加用户花费在输出数据的时间，让设计人员将注意力集中于在分析仿真结果、较为方案等创造性的工作中。所有的仿真结果以显文本的格式存储，用户可以很便利地用于其它数据处理工具（如EXCEL）展开整理和分析。通过一定的实践中，当用户需要熟练地用于DeST的界面后，打算数据以及运营程序所消耗的时间大约是分析所必须的时候的1/4或者更加较少。

　　6、DeST需要解决问题的问题下面用两个实例来展示如何使用DeST设计的有所不同阶段展开分析。　　其一是ANNEX30案例1中1个9层的办公楼，该楼坐落于德国，在仿真时使用了比利时的室外气象参数。设计拒绝房间温度全年掌控在22～26℃，相对湿度必需符合40%～60%的范围。

该案例的详尽数据参看文献[10].图8该建筑的标准层平面图。另案例是坐落于天津的一个商业建筑。　　6.1初步设计阶段　　在本阶段，通过DeST计算出来出有有所不同朝向下各房间逐时的基础室温，对该建筑物的有所不同朝向展开了较为。

　　从上述结果可以显现出，朝向对于类似于会议室1的房间没过于大的影响，而对于类似于休息室1的房间，则有明显的影响。朝东时该类房间要比朝南时温度偏高许多，这解释太阳辐射对于此类房间是一个很最重要的影响因素，通过此较为可对建筑的最初设计获取参照。　　6.2方案设计：水系统类型较为　　在每一种控制精度下，DeST对该楼展开了全年的仿真，计算出来出有各月份必须冻热源同时获取冷水和热水的小时数。

　　从结果可以显现出，当拒绝的精度较高时，风机盘管必须设计成四管制以符合各个时刻同时的冷热水拒绝，否则在过渡性季中将有上千h不符合。如果拒绝的精度不低（如3℃），则两管制的系统基本可以满足要求，在6个月的过渡性季内，共计138h无法满足要求（3月13h，4月47h，5月9h以及秋季3个月中的69h）。

适当的冷热水供应时期也可以确认，在4，5月和10，11月只供应热水，在6～9月都供应冷水。　　6.3方案设计阶段：运营方式较为　　在ANNEX30案例1中，对每1层的8个房间设计使用变风量系统。由于比利时夏季的室外温度并不低，因此新风的应用于策略对空调机组能耗市场需求影响较小。

本例中较为了两种新风策略，一种原作新风比从30%到100%固定式，另一种原作新风比全年相同为30%.图12～16是使用DeST展开仿真后获得的结果。　　在冬季，新风量越多越多省能；从5～9月，新风可利用的潜力相当大，系统可以通过减小新风量来节省加热器能耗。由于比利时夏季的室外气温比较较低，通过充分利用新风，可以节省约3/4的冷量。

由于计算出来中使用了逆向的解法过程，防止了递归，因此在展开此类方案仿真时，节省了计算出来时间，同时设计者也可通过冷量的市场需求对两种新风策略展开分析的较为。　　6.4详细设计阶段：风机的自由选择　　此外，DeST也可以用作对空气处置室各部件展开各工况的样验，确认最佳的空气处理过程，分析冷冻机拟合的运营模式等等。为构建详尽的校核，关键在于充分利用未知阶段的数据（前一阶段的设计结果），通过仿真取得合理的全工况点，并将期用作下一阶段的设计。

　　7、结论　　①与传统的仿真软件比起，DeST简单了有所不同的仿真方式。通过使用逆向的解法过程，对未知部分使用详尽的模型而对不得而知部分使用理想化的部件，使得在设计的有所不同阶段可以使用适当的仿真分析手段，同时又依据各设计阶段之间的关系将各模块集沦为一个整体。

这使得DeST更加相似于实际的设计过程，设计者可以使用DeST在设计的每一个阶段通过详尽的仿真展开校核，从而确保设计的可靠性。　　②基于仅有工况的设计是更加可信的设计。DeST在每一个设计阶段都计算出来出有逐时的各项拒绝（风量、送风状态、水量等等），使得设计可以从传统单点设计扩展到全工况设计。

　　③在实际设计过程中，增加消耗在数据输出上的时间是十分最重要的，DeST彩了各种构建技术并获取了较好的界面，因此可以很便利地应用于到工程实际中。从1998年后半年至今，DeST早已顺利地用作20余例实际工程分析。　　8、参考文献　　1MarkkuJokela，IEA-BCSANNEX30Bringsimulationintoapplication.Subtask2，DesignProcessAnalysis，Finalreport.　　2ASHRAE.Air-conditioningsystemdesignmanual.TheASHRAE581-RPProjetTeam：2-23～2-25.　　3ReferenceManual（2.1A）。

LBL-8706-11216，LawrenceBerkeleyNationalLaboratory.　　4SAKlein.TRNSYS，Atransientsimulationprogram.ASHRAETrans，1976，V82，Part1：623～631.　　5DRClark.HVACSIM，BuildingSystemsandEquipmentSimulationProgramReferenceManual，1985.　　6JiangYi.Statespacemethodforanalysisofthethermalbehaviorofroomsandcalculationofairconditioningload.ASHRAETrans，1981，V88：122～132.　　7TinazhenH，YiJiang.Anewmulti-zonemodelforthesimulationofbuildingthermalperformance.BuildingandEnvironment1997，32（2）：123～128.　　8ChenFeng，JiangYi.DefineHVACschemebysimulation.ProcceedingofSystemSimulationinBuildings1998，Liege.　　9http://www.dest.com.cn.　　10UweWillan.Testcasefordatatransfer（secondproposal），ANNEX30documents，AN30-960325-11，WD-56，1996..。

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