EnergyPlus入门教程(以某小房子冬季负荷为例)

EnergyPlus入门教程(本人是菜鸟，发现入门很难学，故做本文档，希望对学习有所帮助，相互学习)作者：绿建之窗前言：本文档展示如何通过E+得出一个小房子（smallbuilding）冬季夏季空调设计负荷值，在这个过程中初步认识了解E+。1、软件学习准备在学习E+之前首先要安装软件。本教程的演示基于EnergyPLus6.0版（简称E+），建筑模型建立基于sketchup8（简称SU）和插件OpenStudio（简称OS）之上。对于初学者，推荐先自己研究一遍EnergyPlus自带的入门教程——GettingStarted。一般可以通过两种办法找到EnergyPlus入门帮助文档。一、打开IDFEditor，点击菜单栏Help，打开GettingStarted，这里也可以打开energyPlus的其他帮助文件。二、打开energyPlus的安装目录，在文件Documentation下能够找到GettingStarted。在学习的过程中对于软件的输入输出可以查看InputOutputReference文档，对于建筑能耗相关的工程知识可以参考EngineeringReference文档。Tips：在查文档时可以搜索来快速定位所要找的知识点，即按住Ctrl+F进行搜索相关知识点。2、EnergyPlus简介EnergyPlus是一个建筑的全能耗分析软件，可以模拟建筑的能耗和用水量。在建筑设计的初期通过采用EnergyPlus模拟分析，可以优化减少建筑的能耗和用水量。EnergyPlus能够模拟建筑的供热、空调、照明、通风和用水等过程。总之一句话功能很强大。3、一个小房子能耗分析例子3.1建立建筑模型我们采用基于sketchup软件的插件openstudio建立相应模型。在我们利用暖通空调相关手册计算空调冷热负荷时夏季空调去的得热由一下部分组成1）通过围护结构传入的热量2）透明窗户太阳辐射得热3）人体散热4）照明得热5）设备得热（洗衣机等家用电器）6）食物7）渗透得热故在模拟能耗时应将这些得热都考虑进入才能得出准确的夏季空调冷负荷。在冬季热负荷计算时还要考虑到地面的传热等内容。本教程知讲解E+建模仿真的一般过程，不是真正意义上的得出建筑设计空调负荷。所以对于室内外表面的传热模型、热平衡算法、室内人员、照明、设备等负荷不一一加入到idf中，在本节最后附上已经加入这些信息后的类（class）列表。3.1.1打开软件打开软件，如图1所示图1点击“插件”按钮，“OS”然后“New”新建一个E+建筑空间。3.1.2建立1个“zone”方法1：在插件“OS”点击NewZoneTool，在屏幕任意一地方单击，后按下回车Enter。方法2,：点击工具栏，在屏幕任意单击，按回车或双击。如下图2所示图2Tips:一定要按下回车键或双击，出现如图2所示的虚线框，否则不是在zone建立的模型，将出错。3.1.3建立小模型用SU的工具在上一步zone中建立一个矩形房间。房间尺寸3m×3m×3m，在南北向各有一个1m×1m窗户。如下图3所示图3上图就是要模拟的建筑模型。之后将模型保存为E+格式，为IDFEditor编辑奠定基础。方法1：点击“插件”，“OS”，“Save”或“saveas”保存为.idf格式。本例子保存为“smallbuilidng.idf”.关闭SUTips:保存的文件夹目录名不能为中文。3.2向E+中添加其他建筑信息打开EP-launch或IDFEidtor继续编辑smallbuilding.idf。3.2.1打开IDFEidtor方法1：打开EP-launch，在InputFile下点击“Browse”打开刚才保存的E+文档如图4所示图4之后点击“Edit-IDFEditor”按钮进入idf编辑页面如图5所示图5方法2：直接打开IDF-Editor，单击“file”“Open”或直接用快捷键Ctrl+O打开刚才存放的idf.简单介绍一下EP-launch功能，仅介绍“SingleInputFile”下的功能区。EP-launch分三部分：“inputfile”、“weatherfile”和“viewResult”。分别对应打开TXT格式的编辑窗口、idf编辑窗口；选择气候数据包；运行仿真程序及查看结果三个功能分区，如上图4所示。可以尝试着点击“simulate”按钮，后弹出E+运行状态窗口（EnergyPlusRunStatus）如下图6所示。图6从图6我们可以看出模拟过程出现致命错误，有2个警告（Warning）和1个严重错误（SevereError），在EP-launch“ViewResult”窗口点击“Errors”可以查看出错的地方。这里不多介绍，继续完善模型信息。3.2.2认识IDFEditor打开如图5所示的IDFEditor后简单认识一下IDF编辑器的各部分及功能。和其他一般程序一样，IDFEditor有“菜单栏”“工具栏”选项，不多介绍。主要来认识一下占主要内容的“ClassList”、“ExplanationofKeyword”和“Object”区。3.2.2.1认识工具栏图7功能从左到右依次2为：新建IDF文件，打开IDF文件，保存IDF，新建对象，重复（dup）对象，删除对象，复制对象，粘贴对象。3.2.2.2认识类列表（ClassList）类列表里展示了E+输入数据目录组织形式。[------]表明这个class后没有object，[0001]表明这个class有1个object，[0002]表示有两个，依次类推。可以在窗口的右下角看到已经定义的object。按住Ctrl+L能够关掉/打开没有object的class。简单介绍一下预设对象（object）的class。图8Version:表明E+的版本。这里显示的是6.0版SimulationControl：控制着E+模拟的类型，告诉E+那些需要模拟，那些不需要模拟。例如像本文中希望得出smallbuilding的夏季冷负荷，那就必须在“DoZoneSizingCalculate”对象下选择yes。ZoneSizingCalculate确定是否需要计算建筑（zone）的负荷（同时需要定义Sizing：Zone中的Object）。如果这里没有选择yes，运行后会提示错误。Runsimulationforsizingperiods确定是否需要仿真SizingPeriodobjectsBuilding：显示建筑的一些信息，如名字等。注意这里的地点信息需要和site:weatherstation和site:heightvariationobject中的地点一致。Timestep:仿真的步长。Site：location:建筑的地理位置，海拔高度。Runperiodcontrol:specialdays:表面仿真过程中一些特殊时期，默认的为美国的节假日。Runperiodcontrol:daylightsavingtime:daylightsavingtime可以理解为在春分和秋分时调整时钟使下午有更多阳光，而早上减少阳光。如在3月的第2个星期日将时钟向前拨一小时，在11月第1个周日将时间调后1小时。这制度仅在美国大部分州和欧洲、地中海沿岸实行。ScheduleTypeLimits:可以理解为Schedule中的一些比例，如定风量风机仅有开关两个选项，那采用on/off，0代表off，1代表on。Fraction表示[o,1]之间的分数，如在变频电机中1代表满负荷运行，0.5代表在一般负荷下运行，0代表关机。Schedule：compact:可以控制设备人员等的计划表。如人员并不总是在房间内，officeoccupancyschedule代表着办公室内人员数量随时间变化的计划表。Material：建造建筑所需要的材料。Material：Airgap：建筑非透明围护结构中的空气层，如墙体。窗户玻璃空气层在WindowGas里定义。WindowMaterial：Glazing：窗户上玻璃的材料Windowmaterial:Gas:中空窗户内的气体材料Construction：由建筑材料组成的建筑构件如屋顶、墙体、地板、窗户和门等。组成结构时是按照从外到内一层层排开的，如下图9所示。图9GlobalGeometryRules:建筑模型的坐标位置Zone:在OpenStudio中建立zone的信息buildingSurface:detailed:建筑除门非透明围护结构的详细信息Fenestrationsurface:detailed:建筑门窗的结构信息HVACTemplate：Thermostat：采用模板空调系统时的调节温度。如低于20°供热，高于25°制冷。Output:VariableDictionary:E+仿真报告中变量的报告3.2.3输入其他信息E+安装目录下的examplefile文件夹里有很多例子，在建模的过程中可以通过打开例子中的idf，进而copy例子中的Object到自己的idf中。在本例子中我们采用类（classlist）HVACTemplate中的HVACTemplate:zone:idealloadAirSystem类来获得smallbuilding的冬夏季空调供暖设计负荷。HVACTemplate:zone:idealloadAirSystem的对象能够提供一个理想的空调去满足建筑的各种负荷，常用于负荷计算。打开这个class点击工具栏NewObj新建一个对象。这个对象的包含两个栏(field)，第一个是zoneName，点击Obj1对应空格可以看到有三角形的下拉按钮，点击选择我们建立的zone。第二个field下为TemplatethermostatName即自动调温器的名字，同样点击下拉列表中的的ThermostatName。如下图10所示图10接下来将Class中的其他Object填上1）simulationControl对象中DoZoneSizingCalculation选择Yes，其他不变。Building，对象field下name改为smallbuilding，SolarDistribution改为FullEXterior其他保持不变。2）Site:Location:当存在天气文件包时会自动覆盖在IDF中的location。对于模拟一年的仿真，不需要location的对象。这个对象删除。3）Timestep:不变4）给类RunPeriod添加一个对象。Name取Runperiod1(随意取)，beginMonth填上1，begindayofmonth填上1，endmonth填上12，enddayofmonth填上31。其他不变。5）给类sizing：zone添加对象。点击Newobj添加新对象，zonename选择定义的zone的名字；zonecoolingdesignsupplyairtemperature填上18，同理zoneheatingdesignsupplyairtemperature填上26；zonecoolingdesignsupplyairhumidityratio和zoneheatingdesignsupplyairhumidityratio都填为0.012。其他保持不变6)添加SizingPeriod:DesignDay对象。每个地区暖通空调设计都必须确定设计室外气候参数，在E+中不例外。本对象就是确定室外的设计气候参数，E+安装目录WeatherDate文件夹中有部分地区的室外设计气候参数，本例选用USA_IL_Chicago-OHare.Intl.AP.725300_TMY3天气文件。具体做法如下，点击菜单栏file选项，之后点击Open，选择打开文件为格式为“DesignDay（*ddy）”，如下图11所示。选择USA_IL_Chicago-OHare.Intl.AP.725300_TMY3，点击确定，就打开了应外一个类似于idf的窗口，在其DesignDay下复制相应的冬夏季设计气候参数到small