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DeST 应用与发展

来源：岁月联盟作者：佚名时间：2010-08-22

摘要：本文介绍DeST基本设计思想、典型应用和未来。
    1. DEST的基本思想
    空调系统的设计过程是一个阶段化的过程，包括初步设计或概念性设计阶段、方案设计和详细设计阶段。这是一个复杂的、不断反馈的过程。DeST作为面向设计的模拟分析工具，充分考虑设计过程的阶段性，提出 “分阶段设计，分阶段模拟”的思路，在设计的各个阶段，通过建筑模拟、方案模拟、系统模拟、水力模拟等手段对设计进行校核，让设计人员根据模拟的数据结果对其设计进行验证，从而保证设计的可靠性。
    DEST的结构充分反映“设计的阶段性”这一特点。图1是DeST的整体框架结构示意图。图2列出了设计的各阶段及其对应的DEST模拟程序。

图1 DEST结构框架示意图图2 DEST各模块及其对应的设计阶段

   DEST所需要的的气象数据由Medpha产生。机辅助建筑描述程序 CABD把用户绘制的建筑物的相关数据自动传输给建筑分析模拟模块（BAS）。BAS对建筑物热特性进行详细的逐时模拟，它负责计算逐时的房间基础室温，即在没有任何空调系统影响下的房间温度。逐时的基础室温反映了房间在被动热扰影响下的热特性，在初步设计阶段，建筑师可以通过基础室温来比较各种因素的影响，如围护结构的材料、朝向、建筑物的形状等等。
    当建筑设计确定之后，方案模拟模块Scheme可用来模拟建筑物在各种空调方案（分区，系统类型，运行方式）下的运行情况，在方案设计阶段，设计者可以通过模拟结果对不同的空调系统方案进行比较取舍。
    在方案确定之后，空调机组选择程序ACSel对所选择的设备进行全工况的校核，一方面可以检验各设备在全年工况下是否能完全满足要求，另一方面得到对冷热源侧的水温、水量要求。通过冷热冻站模拟模块CPS对用户选择的冷冻机类型、台数和运行方式进行分析，使其能够在整个运行周期内保持最高的能效比。
    对于变风量系统，方案模拟得到全年逐时要求的风量后，通过送风管网可及性分析DNA计算出风机全年的工况点，从而可以根据其全年运行要求来选择风机，使其大部分时间能工作在高效率区间内。方案模拟模块给出了逐时系统要求的水量，PNA模块则由些计算出要求的水泵的压头，从而为水泵的选取和搭配提供依据。
    使用DeST，设计人员都能利用相应的模拟模块来计算不同设计下系统的性能（满意度、能耗要求），并通过比较确定较佳的方案。同时，本阶段模拟的一部分结果也是下一阶段设计的输入（对下一阶段的需求）。作为一个服务于设计者的工具，DEST根据设计者的要求进行繁复的计算，而设计者通过分析模拟结果来对设计进行比较取舍。
    2. DeST的典型工程应用
    2.1. 天津国贸中心
    天津国贸中心是一座集国贸、会议及中心、商场、写字楼、酒店、餐馆、公寓等多功能于一体的综合性建筑，占地1.6万平方米，总建筑面积大于22万平方米。
    1. DeST在负荷计算的作用
    天津国贸中心的1～8层为商场，人员负荷在空调总负荷中占很大比例，而人流量的变化，即人员负荷的变化规律和围护结构负荷、太阳辐射负荷、新风负荷的变化规律不同，日平均人流量的最大值不一定出现在天气条件最差的日子，如简单地将人员负荷和其他负荷叠加，算出的负荷有可能与实际的最大负荷有较大差别。由于DeST基于逐时动态模拟，对热扰的输入定义也是逐日、逐时的，因而可以较准却地计算出负荷。
    2. DeST为系统分区提供了依据
    天津国贸中心的写字楼部分进深较大，内外区必然有一定的温差，这种差别是否大到有必要将内外区空调系统分开设置的地步，传统的手册算法显然无法回答这一问题。而DeST算出了内外区基础室温的全年变化曲线，可以清楚地得知一年中有多少天内区需供冷而外区需供热，为内外区系统的设定提供了可靠的依据。同理，对外区四个朝向房间可否使用同一系统也做出了令人信服的答案。另外，由于类似的原因，对要求较高的房间，如国贸中心的酒店部分，DeST可以很好地模拟出室温变化情况，为甲方是否选用四管系统提供依据。
    3. DeST可以对空调系统运行效果进行模拟
    对复杂系统进行逐时模拟是DeST的特长。对于一些新近采用的空调系统方式，如变风量系统，它们的使用效果如何，如采用其他系统方式，效果又会如何，这是传统的设计算法所无法解决的，对此，DeST可以满足要求。对这个项目的写字楼部分，DeST模拟了采用变风量系统后的运行效果，对此方案得到了肯定的结果。
    4. 由于对运行状况可逐时模拟，DeST可以计算出复杂情况下的负荷
    利用CO2浓度控制新风量显然比采用定新风比的方式节能，但传统的设计算法难以计算这种方法下的空调负荷，而DeST对此则并不感到困难。在本案例中，采用DeST计算出控制新风量后峰值冷负荷减少25％，峰值热负荷减少50％，效果是明显的。冷负荷减少25％，峰值热负荷减少50％，效果是明显的。
    2.2. 清华大学图书馆
    清华大学图书馆是以及工程技术为主体，兼有人文、社科及管理科学文献的多种类型、多种载体的综合性馆藏体系，馆舍面积27820平方米，阅览座位2800余席。
    1. DeST可提供逐时负荷，有利于对空调设备进行较精确的选择（尤其投资不足时）
根据DeST的计算结果，可得到冷负荷的全年分布柱状图，从图中看到，冷负荷大于1000kW的时间只占供冷期的8％左右。如果资金充裕，也可考虑按最大负荷选择冷机，如资金不足，则可依负荷分布柱状图商讨冷机大小的选择。
    2. DeST对于间歇运行系统和负荷周期性波动系统的意义
使用传统设计方法，对间歇运行的系统和负荷周期性波动的系统难以精确考虑，因而会带来一些问题。在本例中，图书馆的采暖是按冬季最不利工况设计的，而实际上，每天的第一个空调时间室内温度较低，所需加热量很大，而教职工和学生进入图书馆后，人员较多，所需加热量明显减少，造成室内温度过高。用DeST模拟后，可依据计算结果调整热源，达到良好的运行效果。
    2.3. 新疆华凌大厦
    综合性商业建筑，共21层，包括商场、餐厅、办公室、客房、娱乐等功能段。为节约能源，该建筑采用了新风回热和全新风措施，并利用冷却塔代替了部分冷源。DeST能计算新风回热等设备的全年的节能效果，并可对新风利用的对能耗的影响进行分析。
    2.4. 广播电视音像资料馆
    DeST能给出全年逐时的AHU处理过程线，这对于确定系统型式，特别是对湿度要求较高的系统，很有帮助。经过对出现的处理过程线分类，可以看出，AHU机组必须能提供表冷、加热、加湿、除湿、再热功能。而地下二层由于地面传湿量较大和资料库的处理过程线又有不同，因此选择除湿机来消除湿负荷。

   2.5. 华新大厦
    这是一个系统改造工程。经过详细，得出的结论出下：
    1. 玻璃幕墙后通风。
    大型的玻璃幕墙对建筑热特性的影响是一个比较复杂的问题，应用DeST，在这一工程中对这一问题进行了较好的分析。模拟的结果给出在没有通风前的玻璃幕墙与建筑体围成的空间内形成了温室。通过增设排风机，使得玻璃幕墙后的空气夹层内的热空气产生强制流动后，空气夹层内温度产生变化，最多能降低8～100C。进一步的计算表明，通风后，幕墙后的房间温度可以降低3～50C。夏季此种变化能节约冷冻机能耗；同时这种变化减少了内外区房间的温度差别，可以提高变风量系统运行效果。
    2. 内外区分别控制。
    内外区共有三种分区情况：内外区一个系统，同时内外区只布置一个VAV-BOX；内外区一个系统，但是内外区的房间分别布置一个VAV-BOX；内外区两个系统。经过模拟计算表明，内外区分开为两个系统的最能满足内外区的房间温度要求，基本上消除冷热不均的现象。
    3. 通过增大新风机风量或是将排风道设置为第二支新风道以增加新风量。
    模拟计算表明，全年共有五个月的时间，送风温度处于室外温度及回风温度之间。因此，在这五个月中，能通过使用新风及回风混合的方式来得到送风。所以应该加大新风来节能。
    4. 利用冷却水作部分冷源。
    DeST内嵌气象数据生成模块，可以提供全国大部分城市的气象数据。经过对沈阳市全年白天空气湿球温度统计发现，共有4个月的湿球温度在150C 以下，所以可以将冷却水回水经过处理后直接送入空调机组，或是通过效果较好的小低温差板换热器来实现。
    2.6. 大厦
    这是一个改造工程，它现有系统存在的问题是：问题是冷热不均、新风量不足、设备老化及控制失灵。经过计算确定以下几个问题：
    1. 系统形式
    发展大厦属于大进深的建筑，其内区和外区的基础室温在冬季差别100C以上，夏季也有近100C。因此，如果用同一系统送风，会产生冷热不均的现象。另外，朝向的不同，对房间的基础室温影响也同样大，外区不同朝向的房间的差别可以达到10～150C。所以不同朝向的房间也应该分属不同的系统。经过综合比较，选用变风量系统。
    2. 送风温度和送风量
    送风温度：
    内区：全年都送冷风；1月1日到12月31日，送风温度的平均值低于200C。
    外区：东南向和西向的送风温度冬季和过渡季在32～160C间波动；北向的送风温度为冬季送热风，夏季送冷风，过渡季可用新回风混合。
    送风量：
    经过对计算结果图表的分析，可以得出以下的结论：内区全年冷负荷，但冬季负荷较小，所以风量也较小，夏季则要大得多；外区的房间夏季送风量都较大，冬季送风量除北向外均较小，北向的冬季早晨和上午送风量较大；过渡季负荷较小，但是利用新风或新回风混合送风，送风温差小，因此有时送风量也较大。
    3. 新风量的要求
    由于要利用新风的冷量，所以过渡季的新风量需求要大于冬季和夏季。详细的计算证实了这一点。对内区和外区各个系统需要的最大新风量的计算结果统计得到，内区和外区北向需要的新风量较小，而外区西向和东南需要的新风量较大。
    4. 冬季及过渡季的冷源
    从上面的分析可以得到，冬季和过渡季有些房间需要送冷风。但是冬季和过渡季有时受到室外温度的限制，冷冻机不能正常运行，因此需要有别的能够替代冷冻机的冷源。此外即使冷冻机能够运行，在冬季和过渡季还开启冷机也是不合理的做法，冷冻机电耗似乎被很可惜地浪费掉了。替代冷冻机来提供冷量的方法有两个，一是增加新风量，另一种就是利用冷却水。
    3. DeST的未来发展
    1. DeST 2.0
    DeST是继DeST1.0正式推出后，计划明年推出的DeST新版本，与1.0相比，有以下的增强：
    1) 支持更复杂的工程项目
    DeST1.0只支持单建筑，对建筑的几何描述能力也较弱。DeST 2.0支持对多建筑、斜墙、天窗、回形房间、通层等复杂建筑群的描述。
    2) 增强的建筑热特性分析和系统模拟
    DeST2.0包括一个功能强大的建筑群太阳阴影计算模块BSD，该模块可计算建筑群互相遮挡的太阳阴影，并将计算结果交给新版的建筑热特性分析模块。BSD同时也是单独发布的建筑小区光环境分析软件。DeST2.0劫持逐时通风和更灵活的热扰设定，考虑夜间背景辐射对热特性的影响。
    新的系统模拟模块Scheme在算法较1.0有很大的改进，并在速度和性能上有巨大突破，计算速度可提高90%，使这一模块更加实用。
    3) 水网、风网分析
    DeST 2.0将发布1.0版本中没有包含的水网分析模块，并改进风网分析模块。不但在界面上更灵活易用，功能也更强。
    4) 计算报表生成
    DeST1.0只为用户提供了很简单的计算结果后处理模块。计算报表生成模块将弥补这一不足。报表形式将尽可能地贴近工程实际，以实用，简约为特点。
    5) 分析
    经济分析是模拟软件很少涉及的功能，但是设计最关心的，最想使用的功能，DeST 2.0提供对工程初投资和运行费用的估算功能。
    6)更广泛的应用范围
    DeST 1.0主要面向空调系统设计开发，虽然也可用于别的领域，但没有相应的专门版本。新的DeST 不只适用于空调系统的设计，也可用于供暖负荷估算、住宅热环境分析、绿色建筑设计、建筑节能规范制定等领域，而且将为这些领域开发专用版本。

2. DeSTi 和产品数据库
互联时代的到来要求暖通行业的化，DeSTi是基于DeST的网络服务的代名词。用户可登录到DeST网站，描述工程和申请，DeSTi将计算结果以网页的方式提交给用户。与传统的单机软件相比，基于网络的服务提供给用户更多的交流机会，更方便的合作方式。DeSTi与正准备发布的暖通空调制冷设备数据库紧密结合，用户不但可以在互联网上进行工程设

计，还可以选择设备。
    暖通空调制冷设备数据库收录了本专业绝大部分产品的详细技术数据和图片，产品按照专业习惯分为十五个大类及数百个子类。可为工程设计人员提供详细的计算数据，也可为房地产开发商提供设备选型、采购的依据。数据库有如下特点：
    * 在互联网上发布，使任何人在世界的每一个角落都可获得服务；
    * 收录的产品数据面广且详细，囊括了本专业的所有主要产品，技术数据详尽，可以满足设计计算和设备选型需要；
    * 采用了非常方便的目录查询加分类检索，不需训练，任何人都可以快速差找到自己所需的信息。