暖通空調(diào)軟件技術(shù)及其發(fā)展

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　1、前言

　　暖通空調(diào)軟件可以按用途分為輔助繪圖（CAD）軟件、設計計算軟件和模擬分析軟件，按其與Internet的關(guān)系可以分為離線應用軟件和Internet在線應用軟件，這些軟件共同構(gòu)成了暖通空調(diào)領域一個重要的發(fā)展方向，本文就這些軟件本身及其發(fā)展作一個簡要的回顧。

　　自1946年第一臺電子計算機誕生以來，科學技術(shù)發(fā)生了一場深刻的革命，計算機不僅有驚人的運算速度和很高的計算精度，還具有記憶、判斷等功能，同時計算機軟件技術(shù)也在的不斷發(fā)展和完善，計算機及其軟件的可靠性和應用性越來越高，它們已成為人們工作和生活中不可或缺的工具。暖通空調(diào)軟件在暖通空調(diào)系統(tǒng)設計、暖通空調(diào)設備生產(chǎn)等方面得到了廣泛的應用。

　　暖通空調(diào)軟件最早應用于暖通空調(diào)設計和制造領域的計算機輔助設計，目前，暖通空調(diào)CAD和設計計算軟件已經(jīng)取得了很大的成就，暖通空調(diào)設計專家系統(tǒng)軟件已經(jīng)用于暖通空調(diào)系統(tǒng)的設計和決策，能耗分析軟件、氣流模擬CFD（計算流體力學）軟件的應用使設計人員在大樓建成之前就能對暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行工況和能耗情況進行模擬，從而據(jù)此選擇最優(yōu)的設計方案。

　　不難發(fā)現(xiàn)，暖通空調(diào)軟件經(jīng)歷了一個從簡單到復雜、從粗糙到精細、從面向過程無友好程序界面到面向?qū)ο蠼缑嬗押?、從離線到網(wǎng)絡的發(fā)展過程，隨著計算機軟件技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展，暖通空調(diào)的軟件也更加完善，更好地為暖通空調(diào)工程師服務。我們應該跟上時代的步伐，及時地充分利用計算機軟件技術(shù)，使暖通空調(diào)技術(shù)的發(fā)展不斷推向前進。

　　2、暖通空調(diào)軟件技術(shù)

　　2.1 暖通空調(diào)輔助設計軟件

　　暖通空調(diào)輔助設計軟件包括輔助繪圖（CAD）軟件和設計計算軟件，就我國的情況來說，暖通空調(diào)輔助設計軟件的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：起步、發(fā)展、成熟。

　　1）起步階段（20世紀70年代左右）

　　各大學和研究單位研制開發(fā)一些符合國情的暖通空調(diào)程序軟件庫，但多為局部性的，覆蓋面不寬，水平也有限。

　　2）發(fā)展階段（20世紀80年代左右）

　　國家出資研制開發(fā)《建筑工程設計軟件包》（BDP），作為國家“六五”科技攻關(guān)項目，該軟件于1986年5月通過國家（部級）鑒定，被譽為當時具有國際水平的優(yōu)秀軟件，并在此后的數(shù)年里，在國內(nèi)得到了較為廣泛的應用。與此同時，也有一些CAD軟件出現(xiàn)。

　　3）成熟階段（20 世紀90年代）

　　Windows的出現(xiàn)，以及AutoCAD的推廣應用，各種空調(diào)CAD軟件涌現(xiàn)，并得到日益廣泛的應用。1995年3月，我國第一個在Windows環(huán)境下開發(fā)的暖通空調(diào)設計計算軟件EasyHVAC（同濟大學）投放市場，它一出現(xiàn)即受到設計人員的青睞，1998年，該軟件又推出了輔助繪圖版本EasyHVAC CAD.我國的空調(diào)輔助設計軟件正日益走向成熟和完善，2001年7月，上海華電源信息技術(shù)有限公司和上?，F(xiàn)代建筑設計集團共同開發(fā)的HDY-SMAD空調(diào)負荷計算及分析軟件將暖通空調(diào)設計計算軟件推向了新的高潮，該軟件通過了上海市建設和管理委員會的鑒定，專家一致認為該軟件部分功能填補了國內(nèi)同類計算軟件的空白，總體設計達到國內(nèi)領先水平，該軟件具有如下區(qū)別于其它軟件的新的功能和特點：

　　1）內(nèi)嵌215個城市和地區(qū)的氣象資料，并具有城市擴充功能，能夠計算各個城市和地區(qū)的全年逐時室外干球和濕球溫度、太陽輻射強度。

　　2）在不同的設計階段，由粗到細提供6種不同的空調(diào)負荷計算方法，用戶可根據(jù)需要自由選擇。

　　3）能夠?qū)Χ究照{(diào)熱負荷進行逐時計算，并且可以將冬季的人員、照明和設備得熱產(chǎn)生的負荷從空調(diào)熱負荷中扣除。

　　4）強大的樓層組管理功能，支持多個標準層。

　　5）獨特的工作時間表設定和指派功能，支持不同日期具有不同的上班模式，以及不同時間的不同上班模式，無縫處理間歇運行空調(diào)系統(tǒng)。

　　6）應用動態(tài)焓濕圖（HDY濕空氣分析大師）能自動對一次回風系統(tǒng)自動進行冬季和夏季工況，HDY濕空氣分析大師能夠分析和計算各種空調(diào)系統(tǒng)和工況。

　　7）利用東方空調(diào)網(wǎng)（www.eastac.com）的暖通空調(diào)設備數(shù)據(jù)中心，得到各個廠家的最新空調(diào)設備資料，用于空調(diào)設備的選擇。

　　8）可以輸出14種文件類型：封面、建筑概況、室外氣象資料、室內(nèi)設計參數(shù)、圍護結(jié)構(gòu)參數(shù)、空調(diào)負荷計算方法及公式、空調(diào)負荷詳細計算參數(shù)、空調(diào)負荷統(tǒng)計數(shù)據(jù)、空調(diào)負荷逐時數(shù)據(jù)、空調(diào)工況分析結(jié)果、樓層組管理文件、回風系統(tǒng)劃分文件、新風系統(tǒng)劃分文件、設備選擇結(jié)果。

　　暖通空調(diào)輔助設計軟件的應用范圍不限于暖通空調(diào)工程的設計，它還用于暖通空調(diào)新產(chǎn)品的開發(fā)。暖通空調(diào)設計專家系統(tǒng)也取得了較大的成果，它能給出特定建筑物的暖通空調(diào)系統(tǒng)和暖通空調(diào)設備的各種可能的設計方案，并評判它們的優(yōu)劣，從而可以得到最好的設計方案。

　　2.2 暖通空調(diào)能耗分析軟件

　　暖通空調(diào)輔助計算軟件解決了輔助繪圖和設計計算等較簡單、靜態(tài)的問題，但是暖通空調(diào)系統(tǒng)是一個隨建筑類型和室外氣象條件動態(tài)變化的復雜系統(tǒng)，暖通空調(diào)工程在設計時要考慮節(jié)能和環(huán)保，在運行時也要考慮節(jié)能和環(huán)保，因為在暖通空調(diào)運行期中大部分時間中其負荷條件是不同于設計條件的。采取一定的技術(shù)和管理措施使暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行適應負荷動態(tài)變化，盡量避免不必要的能耗，這是暖通空調(diào)節(jié)能的重要方面，要做到這一點，必須對暖通空調(diào)系統(tǒng)的全年動態(tài)能耗進行模擬分析，從而準確地制定相關(guān)的優(yōu)化方案。因此暖通空調(diào)能耗分析軟件也就應運而生了。

　　暖通空調(diào)能耗分析軟件，能夠?qū)σ呀?jīng)建成的和將要建造的大樓暖通空調(diào)系統(tǒng)的運行進行全年負荷動態(tài)分析、能量消耗模擬和技術(shù)經(jīng)濟分析，設計人員可以由此判斷空調(diào)設計的優(yōu)劣，并提出空調(diào)系統(tǒng)的最佳控制和管理辦法。

　　美國和英國等發(fā)達國家在20世紀70 年代就開發(fā)出了暖通空調(diào)能耗分析軟件，例如美國能源部開發(fā)的DOE軟件，英國的ESP-r軟件，并在美國和歐洲得到了廣泛的應用。2001年，作為DOE軟件和BLAST軟件的升級版本，美國能源部又開發(fā)了EnergyPlus軟件，該軟件集中了美國政府在建筑環(huán)境與設備領域的投資所產(chǎn)生的世界上最先進的科研成果，有10來個美國大學和公司參與了該項目的研究，最終由美國加州伯克利大學Lawrence Berkeley國家實驗室（LBNL）發(fā)行。建筑能量模擬已經(jīng)在美國和發(fā)達國家中普及，預計在未來2-5年內(nèi)，將在中國推廣和普及，相關(guān)的建筑節(jié)能標準正在加緊制定，從而為能量模擬軟件的推廣做好了政策上的準備。目前國內(nèi)的能耗分析軟件有清華同方股份有限公司開發(fā)的DEST軟件（基于AutoCAD）和上海華電源信息技術(shù)有限公司與上?，F(xiàn)代建筑設計集團共同開發(fā)的HDY-SMAD空調(diào)負荷計算及分析軟件（直接基于Windows，V2.0以上版本可進行能耗分析），后者具有以下的主要功能和特點：

　　1）采用諧波反應法計算墻體得熱，采用熱平衡法計算房間負荷，能夠計算全年8760h的逐時負荷。

　　2）同時對建筑物和空調(diào)系統(tǒng)設備進行模擬分析，設備運行結(jié)果可反饋到空調(diào)系統(tǒng)中進行負荷的反饋計算。

　　3）對空調(diào)負荷的強大的統(tǒng)計和分析功能，彌補了國內(nèi)同類軟件的空白。

　　4）基于Internet的網(wǎng)上空調(diào)設備選擇功能。

　　5）中英文兩種輸出方式。

　　2.3 氣流模擬計算流體力學（CFD）軟件

　　空調(diào)系統(tǒng)設計的效果與室內(nèi)氣流組織密切相關(guān)。好的氣流組織方式能夠使空調(diào)房間的溫度、濕度和速度很容易地符合設計要求，反之，差的氣流組織方式可能根本就達不到設計要求。因此，在空調(diào)系統(tǒng)設計完成之后施工之前，預測空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織狀況就很重要。在以往的研究中，只能用模型實驗的方法研究幾種典型送回風方式的氣流組織狀況，獲得一些簡化的計算公式，并將它們套用到類似的設計中去，但是，它們的精度和使用范圍都不能令人滿意，尤其當遇到一些特殊難題，如高大空間的氣流組織、車間有害氣體濃度場分布、室內(nèi)不同障礙物情況下的氣流流動規(guī)律等等便無法解決。正是在這種情況下，基于計算流體力學（Computational Fluid Dynamics）的空調(diào)系統(tǒng)氣流模擬軟件發(fā)展起來了。

　　氣流模擬軟件的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個階段：

　　1）從簡單的單個送風口氣流狀態(tài)，到多風口相互影響下的室內(nèi)氣流組織；

　　2）從二維到三維；

　　3）從穩(wěn)態(tài)到動態(tài)；

　　4）從層流到紊流；

　　5）從簡單的邊界條件和初始條件到復雜的邊界條件和初始條件；

　　6）從單純的數(shù)值計算，到圖文并茂的計算和前后處理一體化軟件。

　　比較著名的氣流模擬軟件有SIMPER、PHOENICS等等，另外很多商業(yè)計算機公司，如IBM，也開發(fā)了與建筑配套的空調(diào)系統(tǒng)氣流模擬軟件。由于氣流模擬的計算復雜，以前大多在工作站或大型計算機上開發(fā)，隨著微型計算機速度的提高，現(xiàn)在已經(jīng)有了微機上的氣流模擬軟件。

　　氣流模擬計算方法以計算機為運算工具，其最大優(yōu)點是成本低，實踐表明，計算機運算的成本要比相應的模型實驗低許多倍，隨著被研究的物理對象越來越大和越來越復雜，這個優(yōu)點將更顯著；其次是速度塊，用計算機運算，設計人員可以在很短的時間內(nèi)設計對比許多不同方案，從中優(yōu)選出最佳設計，而相應的模型實驗則需很長時間；第三是具有較強的模擬真實條件的能力，它的計算空間不受限制，無須縮小幾何比例，而模型實驗就難以辦到。不過數(shù)值計算結(jié)果的可靠性主要依賴于數(shù)學模型和計算方法的正確程度，故不如實驗方法那么直觀可靠，因而必要時還須將兩種方法結(jié)合使用。

　　2.4 基于Internet的空調(diào)系統(tǒng)遠程監(jiān)控軟件

　　隨著Internet技術(shù)的飛速發(fā)展，人們通過Internet對世界各地的空調(diào)系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控已經(jīng)成為現(xiàn)實。杭州華電華源環(huán)境工程有限公司和上海華電源信息技術(shù)有限公司共同開發(fā)的冰蓄冷空調(diào)遠程監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了對冰蓄冷空調(diào)工程現(xiàn)場的全自動監(jiān)測，具有以下的功能：

　　1）管理人員通過Internet能夠在任何地方通過密碼登錄后對各地的冰蓄冷現(xiàn)場控制系統(tǒng)實施遠程監(jiān)測；

　　2）各地的冰蓄冷現(xiàn)場控制系統(tǒng)能夠及時地向管理人員發(fā)送運行數(shù)據(jù)；

　　3）管理人員能夠通過瀏覽器對各地工程的反饋信息，進行統(tǒng)計整理和比較，并進行故障診斷。

　　我們相信，在不久的將來，基于Internet的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)遠程監(jiān)控和故障診斷將成為必然的發(fā)展趨勢。

　　2.5 基于Internet的暖通空調(diào)電子設備手冊

　　暖通空調(diào)專業(yè)是一個設備應用專業(yè)，設備的正確選用和布置是工程設計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。由于目前設計人員主要是通過設備手冊和設備樣本來獲取設備的信息，這樣獲取的數(shù)據(jù)難以及時更新，查閱起來也不太方便，因此，上海華電源信息技術(shù)有限公司提出了開發(fā)基于Internet暖通空調(diào)電子設備手冊的設想。

　　基于Internet暖通空調(diào)電子設備手冊，除具有常規(guī)設備手冊的基本功能（具有設備的使用和安裝說明，用戶可以查閱）外，而且具有以下常規(guī)設備手冊所不具有的功能和特點：

　　1）提供各類設備專門的選型程序，根據(jù)用戶提交的設計參數(shù)，可以迅速從設備庫中檢索到符合條件的一組設備，顯示各自的設計人員關(guān)心的數(shù)據(jù)，利于用戶對這些設備進一步的比較和分析。對于某些設備，并提供一些必要的計算和分析功能，簡化用戶的選型。

　　2）能夠直接根據(jù)用戶選定的設備生成或調(diào)用相應的CAD圖形（三視圖）。

　　3）上述功能既能在常規(guī)的操作系統(tǒng)和CAD環(huán)境下實現(xiàn)，又能在Internet上實現(xiàn)。

　　4）制定了暖通空調(diào)所有設備的標準數(shù)據(jù)庫格式，統(tǒng)一了各生產(chǎn)廠家提供給設計人員的樣本的格式，利于設計人員進行分析和比較。

　　5）各生產(chǎn)廠家可以隨時在網(wǎng)上對其產(chǎn)品數(shù)據(jù)和圖形進行更新，從而保證設計人員所得到的產(chǎn)品資料永遠是最新的。

　　目前，該暖通空調(diào)電子設備手冊已經(jīng)有Internet、Windows和AutoCAD三個版本的軟件產(chǎn)品，Internet版本的產(chǎn)品可以在東方空調(diào)網(wǎng)（www.eastac.com）上的數(shù)據(jù)中心運行。

　　2.6 專業(yè)Internet網(wǎng)站的涌現(xiàn)

　　互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為暖通空調(diào)專業(yè)信息交流的一個重要渠道，因此至今已經(jīng)涌現(xiàn)出了一大批的暖通空調(diào)專業(yè)和企業(yè)網(wǎng)站。目前，各大設備生產(chǎn)廠家均有自己的企業(yè)網(wǎng)站。國內(nèi)比較著名的暖通空調(diào)專業(yè)網(wǎng)站有東方空調(diào)網(wǎng)（www.eastac.com）、暖通空調(diào)信息網(wǎng)（www.hvacnet.com.cn）、中國空調(diào)制冷網(wǎng)（www.chinahvacr.com）等，其中東方空調(diào)網(wǎng)除提供信息服務外，還提供設計資詢和各種暖通空調(diào)專業(yè)軟件的開發(fā)和外包服務，及附加技術(shù)服務?？梢灶A見，隨著人們對互聯(lián)網(wǎng)絡認識的深入，暖通空調(diào)專業(yè)網(wǎng)站將成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠?，暖通空調(diào)專業(yè)也將隨著Internet的發(fā)展而進入一個嶄新的發(fā)展階段。

　　3、總結(jié)

　　隨著計算機軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，新的暖通空調(diào)軟件也不斷涌現(xiàn)，滿足用戶需求、界面友好的暖通空調(diào)軟件將在暖通空調(diào)設計和制造領域得到越來越廣泛的應用，從而推動暖通空調(diào)技術(shù)走向一個新的臺階。總之，暖通空調(diào)軟件技術(shù)促進了暖通空調(diào)專業(yè)技術(shù)的發(fā)展，暖通空調(diào)設計和制造技術(shù)呼喚新的暖通空調(diào)軟件，可以預見，在不久的將來，基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的集CAD、能耗分析、CFD和網(wǎng)絡技術(shù)于一體的暖通空調(diào)軟件將是一個新的亮點。