建筑能耗模擬技術(shù)新進(jìn)展和挑戰(zhàn)

建筑能耗模擬技術(shù)新進(jìn)展和挑戰(zhàn)第一頁，共33頁。建筑能耗模擬2第二頁，共33頁。研究熱點(diǎn)2010年以來熱點(diǎn)中文文章關(guān)鍵詞BIM人行為節(jié)能改造圍護(hù)結(jié)構(gòu)典型氣象年節(jié)能率氣候變化XML語言地源熱泵綠色建筑中央空調(diào)LEED太陽輻射輻射供冷公共教學(xué)樓典型月雙層皮幕墻適用性逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)農(nóng)村住宅冷屋面分布式能源系統(tǒng)冷熱負(fù)荷制冷區(qū)域模型北疆地區(qū)協(xié)同單因子敏感性分析原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考模式反射性隔熱涂料可行性可調(diào)圍護(hù)結(jié)構(gòu)合同能源管理商業(yè)綜合體通風(fēng)城市熱環(huán)境通風(fēng)屋頂夏熱冬冷地區(qū)外墻多孔調(diào)濕材料校園太陽能熱水實(shí)測數(shù)據(jù)對(duì)比建筑聲場室內(nèi)環(huán)境賓館建筑對(duì)比研究對(duì)流傳熱遮陽系數(shù)屋面材料干球溫度建筑構(gòu)造朝向空間形態(tài)集總參數(shù)模型分項(xiàng)計(jì)量建筑能耗審計(jì)零方程湍流模型建筑能耗評(píng)價(jià)建筑遮擋徽派建筑抬梁式控制體積模型敏感性分析散射余熱回收自然采光時(shí)間序列分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)最優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)化模型校驗(yàn)正交實(shí)驗(yàn)氣候分區(qū)測評(píng)溫濕度獨(dú)立控制火用效率熱泵狀態(tài)空間法3第三頁，共33頁。建筑能耗模擬領(lǐng)域的新挑戰(zhàn)隨著建筑節(jié)能領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)能耗模擬計(jì)算準(zhǔn)確度的要求越來越高；實(shí)際設(shè)計(jì)工程愈加多元化，出現(xiàn)大量設(shè)計(jì)復(fù)雜的建筑，對(duì)于計(jì)算機(jī)性能的要求也越來越高；對(duì)于既有建筑，通過安裝分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)，采集了大量建筑用能數(shù)據(jù)，但尚缺乏深入的數(shù)據(jù)挖掘與分析；4第四頁，共33頁。1、氣象數(shù)據(jù)的發(fā)展第五頁，共33頁?，F(xiàn)有氣象數(shù)據(jù)目前建筑能耗模擬中一般使用典型氣象年作為室外計(jì)算條件常見的典型年數(shù)據(jù)源包括：《中國建筑用標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)庫》《中國建筑熱環(huán)境分析用氣象數(shù)據(jù)集》出版時(shí)間：2005統(tǒng)計(jì)年份：1971~2003臺(tái)站數(shù)量：270出版時(shí)間：2014統(tǒng)計(jì)年份：1987-2004臺(tái)站數(shù)量：4506第六頁，共33頁。存在問題臺(tái)站覆蓋數(shù)量較少數(shù)據(jù)年代較為陳舊270個(gè)氣象臺(tái)站的分布情況7第七頁，共33頁。華北區(qū)域氣候中心.華北區(qū)域氣候變化評(píng)估報(bào)告[R].北京：中國氣象局，2012.近50年華北區(qū)域年平均氣溫表現(xiàn)出明顯的上升趨勢，升溫速率達(dá)到0.44℃/10年，顯著高于全球平均升溫率的0.07℃/10年（IPCC,2007）。升溫主要從20世紀(jì)70年代開始。我國50年氣候變化現(xiàn)狀8第八頁，共33頁。更新氣象數(shù)據(jù)通過和中國氣象局、北京氣象局、中國建筑科學(xué)研究院、西安建筑科技大學(xué)等單位的密切合作，整理收集全國2296個(gè)國家級(jí)氣象臺(tái)站的30年（1985-2014）逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)典型氣象年30年逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)270個(gè)臺(tái)站2296個(gè)臺(tái)站1970-2000年1985-2014年9第九頁，共33頁。更新氣象數(shù)據(jù)10第十頁，共33頁。更新氣象數(shù)據(jù)11第十一頁，共33頁。更新氣象數(shù)據(jù)四次定時(shí)氣象數(shù)據(jù)原始逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)逐時(shí)數(shù)據(jù)生成方法30年逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)單點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)典型日設(shè)計(jì)參數(shù)典型年設(shè)計(jì)參數(shù)極端設(shè)計(jì)參數(shù)參考ASHRAE的考慮多種不保證率的室外設(shè)計(jì)參數(shù)冬季供暖典型日冬季空調(diào)典型日夏季空調(diào)典型日典型氣象年溫度極高/低年輻射極高/低年焓值極高年現(xiàn)有單點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)12第十二頁，共33頁。今后氣象數(shù)據(jù)的發(fā)展方向氣象臺(tái)站數(shù)量大幅增加，未來可實(shí)現(xiàn)一公里網(wǎng)格化覆蓋目前全國自動(dòng)氣象站已達(dá)49094個(gè)，每分鐘觀測一次。13第十三頁，共33頁。今后氣象數(shù)據(jù)的發(fā)展方向衛(wèi)星遙感技術(shù)等新興技術(shù)快速發(fā)展14第十四頁，共33頁。小結(jié)時(shí)間維度空間維度四次定時(shí)逐時(shí)數(shù)據(jù)1年數(shù)據(jù)30年數(shù)據(jù)400個(gè)臺(tái)站2000+個(gè)臺(tái)站2m高度高度分布網(wǎng)格化覆蓋15第十五頁，共33頁。2、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的既有建筑能耗分析第十六頁，共33頁。能耗數(shù)據(jù)分析現(xiàn)狀隨著社會(huì)各界對(duì)節(jié)能的重視，越來越多的建筑安裝了實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，收集了大量逐時(shí)分項(xiàng)計(jì)量數(shù)據(jù)然而，經(jīng)常使用的僅是對(duì)總量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，尚缺乏深入對(duì)逐時(shí)、分項(xiàng)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析17第十七頁，共33頁。能耗數(shù)據(jù)分析可通過自動(dòng)分析的方法找到節(jié)能潛力最大的建筑，同時(shí)控制分析成本—“非接觸性節(jié)能診斷”實(shí)現(xiàn)快速掃描，找到節(jié)能潛力最大的建筑，降低人工成本18第十八頁，共33頁。問題核心通過實(shí)際狀況、參數(shù)反推出模型特點(diǎn)：能夠很好的反應(yīng)現(xiàn)實(shí)情況，但沒有物理模型，很難進(jìn)行后續(xù)問題分析輸入建筑的氣象、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等建模特點(diǎn)：規(guī)律性好，可以做預(yù)測分析，但針對(duì)具體建筑存在參數(shù)較多、建模困難的問題Hybridmodel把對(duì)建筑物的物理過程認(rèn)識(shí)與實(shí)際數(shù)據(jù)結(jié)合起來，能夠分析數(shù)據(jù)背后的原因，同時(shí)能夠提出比較好的改造建議和方案反向正向正向模型實(shí)測數(shù)據(jù)19第十九頁，共33頁。研究方法能耗數(shù)據(jù)及建筑信息建筑能耗模擬數(shù)據(jù)庫建筑能耗分析核心能耗數(shù)據(jù)庫節(jié)能服務(wù)自動(dòng)生成分析診斷報(bào)告建筑能耗水平評(píng)價(jià)個(gè)性化服務(wù)高收益高人力投入共性問題低收益低人力投入20第二十頁，共33頁。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的既有建筑能耗分析需要發(fā)展既有建筑能耗數(shù)據(jù)的深入模擬分析方法節(jié)能潛力評(píng)估短期能耗預(yù)測用能定額制定故障在線分析和診斷……21第二十一頁，共33頁。3、高性能計(jì)算第二十二頁，共33頁。工程現(xiàn)狀目前，大體量、復(fù)雜設(shè)計(jì)的建筑越來越多第二十三頁，共33頁。工程現(xiàn)狀在建筑能耗模擬計(jì)算中，由于建筑體量巨大、設(shè)計(jì)復(fù)雜，利用傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)模擬能耗有時(shí)可能需要幾天那么，有什么辦法可以大幅提高計(jì)算速度，減少所需的計(jì)算時(shí)間呢？24第二十四頁，共33頁。高性能計(jì)算的發(fā)展LINPACK：線性系統(tǒng)軟件包(Linearsystempackage)25第二十五頁，共33頁。清華高性能計(jì)算平臺(tái)——“探索100”百萬億次集群計(jì)算機(jī)，共有740個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，8800個(gè)CPU。

由清華大學(xué)負(fù)責(zé)運(yùn)行和維護(hù)的全球運(yùn)算速度最快的超級(jí)計(jì)算機(jī)——無錫超算中心的“神威-太湖之光”，共有48個(gè)機(jī)艙，運(yùn)算能力就可以達(dá)到每秒25萬億以上的近5萬個(gè)CPU。高性能計(jì)算平臺(tái)26第二十六頁，共33頁。大規(guī)模高性能計(jì)算基于Linux平臺(tái)的DeST建筑能耗模擬計(jì)算內(nèi)核需要計(jì)算時(shí)間：48小時(shí)2.5小時(shí)20倍27第二十七頁，共33頁。大規(guī)模高性能計(jì)算DeST高性能并行計(jì)算平臺(tái)2.5小時(shí)2秒多核并行計(jì)算：8800核并行計(jì)算。負(fù)荷計(jì)算批處理

：面積、窗墻比、行為模式等多維輸入?yún)?shù)遍歷計(jì)算。48小時(shí)28第二十八頁，共33頁。大規(guī)模計(jì)算案例庫利用DeST高性能并行計(jì)算平臺(tái)，就可以建立大規(guī)模計(jì)算案例庫1億個(gè)DeST計(jì)算案例庫DeST高性能并行計(jì)算平臺(tái)建筑類型圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣候條件系統(tǒng)設(shè)備人行為29第二十九頁，共33頁。大規(guī)模高性能計(jì)算平臺(tái)簡單建筑案例庫直