EnergyPlus入门教程2

1EnergyPlus入门教程2田志超（关注新浪微博）前言本教程是《EnergyPlus入门教程1》的后续教程，希望对学习E+有所帮助。如果有意见和建议发送至[e-mail]，到百度贴吧EnergyPlus吧。也可到优酷视频中看视频学习。教程2将《EnergyPlus入门教程1》所述房间加入空调系统6（参考美国ASHREA90.1-2007附录GTableG3.1.1B）。对于建筑能耗模拟的要求可以参考附录G，其中有对建筑能耗模拟要求的全部内容。系统6设计的空调系统为直接蒸发风冷式环路，冬至供暖为电加热，故不涉及到空调水系统部分。附录中包含本教程的最终的IDF——“SmallBuildingHVACSys6.idf”，结合此IDF来理解本文。本文的第一章为E+的类（class）简介和一些基础知识，可以直接跳到第二章阅读，当遇到不懂的内容再到第一章查找。第一章基础知识简介1.1Node（节点），Branch（分支）和Loop（环路）Nodes,BranchLists和Branches组成了HVAC系统的拓扑图。Node一般不需要在NodeList中单独地定义，但如果要输出（output）Node，就必须在Nodelist中定义。E+中的每个节点有一个以上的名字，如果一个节点有两个及以上的名字时，应将它们放在同一个Nodelist的Object目录下，就如同C++中的重载,这一点对于系统的连接很重要。Branch（分支）可看做是HVACLoop的中间水平的一个对象。而如DXcooling等部件可以是视为最基本的部件（components）。一组基本的部件可以组成一个Branch，然后Branch再组成loop。Branch定义出基本部件在Branch中的顺序。BranchList是用来将循环（Loop）的部分Branches汇集在一起。BranchList对象中branch按照入口branch，平行的Branch和出口Branch循序排列。1.2EquipmentList和EquipmentConnectionsZoneHVAC：EqupmentList:列出了服务于zone的所有设备。Object的栏目下有4个必须填写的栏目，a.对象名字，b.设备的类型，c.设备名字，d.coolingSequence和heatingorNo-LoadSequence，当设备种类超过一种时coolingSequence和heatingorNo-LoadSequence是用来规定不同类型equipment的次序，例如当一个房间内有两个终端设备，一种为airdistributionunit另外一种为AirTerminal：Singleduct:Uncontrolled，而你希望负荷首先由第一中设备满足，如不满足后开启第二种，那么在第一种设备的coolingSequence和heatingorNo-LoadSequence下都填写1，在第二种设备的coolingSequence和heatingorNo-LoadSequence填写2。ZoneHVAC:EquipmentConnections:从HVAC角度定义了每个thermalzone的连接，故ZoneAirInletNodeorNodelistName即为空气进入zone的node或nodeList的名字。如果没有AirInletNodes，对应的位置保持空白（Blank），同样如果没有airexhaustnodes，对应的2部分同样保持空白。注意，这里的节点（node）名必须是唯一的，不能在其他class中使用，为了组成Loop，就要在Nodelist中将不同名字的同一节点连接起来，参看1.1节。1.3Group-AirDistribution1.3.1AirLoopHVAC.AirLoops和设备部分一起组成了空气的循环的系统（一个Loop）。在定义AirLoopHVAC对象之后还必须定义4个List，即controllerList、AvailabilityManagerList、BranchList和ConnectorList。其中ControllerList定义对于各种输入airLoop如何做出反应，即做控制信号。BranchList列出了组成这个空气系统的所有分支。最后connectorList列出各个分支的节点。Airloop开始的节点是zone设备结束的节点，这个节点即是回风被汇合后的节点，在实际应用中将这个节点定义为两个，一个在zone设备（equipment）侧，另外一个在airloop侧，且这一个节点的两个名字不能相同。Demandside可以理解为需要空调的一侧，从AirLoopHVAC:ZoneSplitter的对象开始，到AirLoopHVAC:ZoneMixer的对象结束。相反，Supplyside是从AirLoopHVAC:ZoneMixer的对象开始，到AirLoopHVAC:ZoneSplitter的对象结束，如图5所示。所以这里的节点是和AirLoopHVAC:ZoneSplitter以及AirLoopHVAC:ZoneMixer相同。1.3.2OutdoorAir:MixerReturnAirStreamNodeName:HVAC系统回风的入口节点。1.4AirPath(supplypath和returnpath)supplyPath从空气处理设备开始到达zone的末端设备，而returnPath是从Zone的出口开始，到回风管。一般情况下对应的ZoneSplitter和zoneMixer对象，那么supplypath是从zoneSplitter的入口节点开始，ReturnPath的结束节点为ZoneMixer的出口节点。1.5Group-SystemAvailabilityManagers相比于schedule，systemAvailabilityManagers是一种更高级的控制。在实际中HVAC空调系统中会安装有很多的传感器，例如风机盘管侧风机打开后制冷压缩机后运行，这里的传感器如果监测到风机没有打开，压缩机将不会运行。类似这样的控制策略，采用SystemAvailabilityManagers控制。SystemAvailabilityManagers能够监测指定Node点的状态来决定系统的开关。SystemAvailabilityManagers的输出为一种状态标识，主要有：无动作（NoAction）,强制关机（Forceoff），开机运行（CycleOn）和仅开风机（CycleOnZoneFansOnly）。AvailabilityMangaer:Scheduled.输出状态仅为开关（on/off）。如果schedule值为不大于0，输出状态为关（off），大于0,输出状态为：开(on)。如定义这个类还必须定义AvailabilityManagerAssignmentList，且两个类的对象的名字中要保持一致。当然这个类的对象中涉及的schedule还必须在别的地方有定义。1.6SetpointManagersSetpointManagers:是一种更高层次的控制对象，它能从HVAC系统中的每个节点收集信息，用这些收集到的信息去计算其他节点的Setpoint.当然如Controllers,Plant或者condenser等都需要Setpoint去控制它们的动作。在一下情况下必须使用这个对象：使用Controller:WaterCoil的对象使用带有Economizer的Controller:OutdoorAir对象3当使用Coil:Heating:Gas或者Coil：Heating:Electric对象中有填写TemperatureSetpoint这一栏目时使用AirLoopHVAC：UnitaryCoolOnly的对象使用Humidifier:Steam:Electric使用PlantLoop或者CondenserLoop对象且不使用如空气和地面作为设定温度点时1.7Group-Controllers这里的控制器（Controllers）的功能和实际真实的控制器相同。例如在实际变风量风机盘管系统中，控制器（Controllers）能够从室内温度传感器中得到室内温度，和控制温度进行比较，如果高于控制温度，风机风速增大，增加向室内的送风量，从而增加向室内送冷量。在这里需要注意的是一个Controller仅能在一个循环（Loop）内部进行控制，如都在空气侧环路（AirLoopHVAC）中。（SetPoint可以在多个Loop间控制。）1.8Group-PerformanceCurves(性能曲线)采用多项式的方式去实现各种设备的性能变化曲线，如水泵和风机的性能曲线。如果性能曲线的取值选择错误，E+系统不会自动报错。当数值大于曲线的最大值时，取最大值；当小于最小值时将取最小值。第二章系统分析建筑能耗对比的关键是要设定一个基准建筑（BaselineBuilding），将设计的建筑与基准建筑进行对比得出的节能率才有意义。这里的系统6是美国ASHREA90.1标准规定的一种基准的空调类型。打开ASHRAE90.1-2007，附录G中表G3.1.1B对系统6描述，名称：PackagedVAVwithPFPBoxes，系统类型（SystemType）:PackagedrooftopVAVwithreheat，风机类型：VAV（变风量），冷却形式：直接蒸发冷却（Directexpansion），加热类型：电加热。在系统名称中VAV是指变风量系统，而PFPBoxes（parallelfanpowerboxes）是一个再回风的过程，这个系统也就是常说的二次回风系统，系统图如下所示：图1ParallelFan-PoweredVAVSystem图1中黑框放大的即时PFPBoxes，可以看出是一个再回风的过程。4对系统进行简单的分析，空气侧流程图如下图2：图2：空气侧流程路接下来分析如何将这些系统加入到EnergyPlus中去。第三章建立模型将教程1中的IDF打开，”Saveas”为“SmallBuildingHVACSys6”。这个系统中最主要的部分为PFPfanBoxes和直接蒸发式（DX）coil，所以从这两部分入手建模。3.1添加Object在找到例子中的IDF后就可以模仿例子中的IDF文件建立自己的idf。3.1.1copy和AirTerminal:SingleDuct:ParallelPIU:Reheat相关的IDFPFPfanboxeswithreheat在EnergyPlus中的模块为AirTerminal:SingleDuct:ParallelPIU:Reheat。这里模仿E+自带的例子建模，找到含有AirTerminal:SingleDuct:ParallelPIU:Reheat的IDF。操作步骤如下（方法1）：1）打开EnergyPlus安装目录下的ExampleFile，找到ExampleFile.xls和ExampleFiles-ObjectLink.xls。2）2）在ExampleFiles-ObjectLink.xls的ObjectName下找到AirTerminal:SingleDuct:ParallelPIU:Reheat，如下图3所示风机冷却盘管供热盘管房间：PFPboxes回风再热回风混合回风1室外新风排风送风直接蒸发冷却系统（压缩机，）5图3ExampleFiles-ObjectLink.xls示例3）在ExampleFile.xls文件下examplefilecheckin文件下找到PIUAuto.idf。4）用EP-launch打开PIUAuto.idf并运行5）打开SVG文件查看PIUAuto.idf的节点运行情况。在PIUAuto.idf中含有AirTerminal:SingleDuct:ParallelPIU:Reheat，知道这一class的对象（object）的名字后再SVG文