专业计算机应用 2010-2011 第一学期 建环 彭章娥

第一章 绪 论

本课程目标 要点： 使本专业的学生以及从事本专业设计的新手在短期内掌握计算机基本软件以及本专业相关的建筑节能设计软件的应用。 1、计算机通用和专用软件； 2、PKPM建筑节能设计软件； 公共建筑节能设计 绘制建筑条件图；节能设计计算； 数据库编辑；详图设计。 夏热冬暖地区居住建筑节能设计 3、其他：Spass, GIS

计算机通用知识 计算机的分类：多种分类 1、按电路原理分：数字和模拟的电子计算机； 早期：模拟信号，精度差；当今主流：数字式电子计算机。 2、按用途分类：通用和专用的电子计算机； 一般微型计算机为通用机； 专用：数控机床、银行、超市结算等。 3、按规模分：巨、大、小型机和单片机。 3.1巨型机：计算速度超高、容量超大，如中国的银河计算机； 3.2大型机和小型机都是一些规模较大、速度较快的计算机，多用于复 杂的科学计算。 3.3微型计算机也称微机或微电脑，计算机应用的主力军。 3.4单片计算机是将所有的功能部件集成在一起，形成仅仅为“一片集成电路的计算机，将单片机同专用的软硬件系统相结合，应用于手机、家电等系统，即形成嵌入式系统。嵌入式系统是将先进的计算机技术、电子技术与各个行业的具体应用相结合，是一个技术密集、不断发展的知识集成系统。

计算机通用知识 计算机的应用： 1、科学计算 2、数据处理 3、自动控制 是计算机最早，也是最基本的应用。 数据处理就是对数据的综合分析。对在科学研究、生产实践、经济活动中所获得的大量信息，如实验数据、观察数据、统计数据、原始数据等，计算机能按照不同的使用要求，对其进行搜索、转换、分类、组织、计算、存储等加丁处理，有时还要根据需要进行统计分析，绘制出图表，打印出报表。数据处理是计算机应用最广泛的领域，涉及社会各行各业。 3、自动控制 在整个系统中，计算机将检测到的信息经过处理后，向被控制或调节对象发出最佳的控制信号，由系统中的执行机构自动完成控制。利用计算机进行自动控制。

计算机通用知识 计算机的应用： 4、辅助系列 5、人工智能 计算机辅助系列是利用计算机的图形处理能力和模拟仿真能力进行工作。如利用计算机的图形处理能力帮助设计人员进行工程设计、电路设计等，称为计算机辅助设计。 5、人工智能 人工智能(Artificial intelligence,AI)是—门综合了计算机科学、生理学、哲学的交叉学科。人工智能的研究课题涵盖面很广，从机器视觉到专家系统，包括了许多不同的领域。 它们共同的基本特点是让机器学会“思考”，具有“智能”。人工智能专家面临的最大挑战之一是如何构造一个系统，可以模仿由上百亿个神经元组成的人脑的行为，去思考复杂的问题，加专家系统、智能机器人等。 除了以上几个方面，计算机与不同的专业结合，还有着多种用途。今天，在社会生活中，计算机几乎天所不在，已成为不可或缺助工具。

本专业计算机应用 　 随着计算机技术的发展, 计算机和采暖、通风和空调系统 （HVAC ）技术的结合日趋紧密和完善, 现在国内、外已有很多公司从事这方面的工作, 推出了不少优秀的软件。一套好的软件有助于我们提高工作效率、减少工作量, 并获得准确、可视的计算结果。 从八十年代末期国内开发出的第一代暖通空调应用软件至今已有十几年的历程, 其间经过许多专家和技术人员的不断探索和总结, 如今已形成十几家公司销售各自商品软件的规模。 大多数设计人员仍是利用Autocad或是加上一些自己二次开发的技巧进行辅助性绘图。

分类 各种采暖、通风和空调系统 （HVAC ）软件按其功能(特性) 进行分类： 1 计算、设计、制图类软件； 2 系统管理控制类软件； 1　计算、设计、制图类软件； 2　系统管理控制类软件； 3　系统模拟仿真类软件； 4　预算、销售类软件； 5　计算机辅助教学软件。 【廖晓红, 吕炜民等。暖通空调软件综述。制冷，2000，19：27-30.】

　1、计算、设计、制图类软件 一个暖通空调系统的计算项目多, 计算过程繁琐, 如果靠手算来完成, 工作量是很大的。但是, 如果使用暖通空调的计算软件就可以大大减轻设计人员的工作量。它们可以计算围护结构、设备、灯光、工作人员等产生的负荷, 通过气象数据库引用气象设计参数, 还考虑到安全因素, 从而快速准确地计算出系统的最大负荷, 如果需要还可以给出动态负荷, 以便进行全工况设计, 达到节能目的。

具体计算条目例举： 暖通空调的有关计算包括: 系统冷热负荷, 各种设备的容量, 风管、水管、盘管的流动阻力、管长、管径、流量及保温层厚度等参数, 风机的风量、静压、转速及所需电机功率,各种阀门所引起的压力的变化, 各状态点的焓、湿度、温度等。

如果我们只进行简单的负荷计算也可以使用电子表格软件来完成, 例如微软公司的Excel 2000, 它的计算功能非常强大, 简单易用, 并能生成相关曲线, 如图1 所示。

市政工程项目设计、制图类软件 暖通空调设计软件：主要设计软件代表：鸿业科技、天正、PKPM、浩辰、圆方等。 功能举例：以鸿业科技的暖通空调设计软件为例。 主要功能例举：焓湿图及空气处理过程计算。 软件动态生成任意大气压下的dwg格式焓湿图，绘制热湿比线。 查询图上任一点的空气状态参数，或计算空气状态点，标注于焓湿图上，状态点可以进行统一管理。等温过程、等焓过程、一次回风、二次回风、风机盘管加新风系统等空气处理过程的计算，并标注于id图中。 由温差算送风量；新风量与新风负荷互算。

焓湿图

主要功能例举：空调水系统设计 风机盘管／空调器采用Access数据库技术，使设备数据库的扩充大大简便，并便于数据共享和交流。 盘管的图形表示直观，并可自由扩充。支持四管制系统。 管线自动连接设备。由平面图自动转绘系统图。含多种水管阀件图库，分类检索，支持扩充。 空调水管水力计算，程序从图形中自动提取设备、管道等计算数据，或输入管路信息，根据设定流速、比摩阻或管线承担的负荷计算其管径和系统的阻力，显示各环路不平衡率，生成Excel计算书，绘制原理图，并把计算结果赋回图形实体，用于标注和材料统计。

水管水力计算

主要功能例举：传统采暖系统设计 对于传统形式的单管、双管、水平串联、水平跨越等系统，可根据平面图自动生成系统图。系统设置了手绘系统图模块，可供快速完成系统图绘制。 单独的单层采暖系统图命令，在厂房供暖设计中使用更方便。 单管系统水力计算（顺流、跨越）、双管系统水力计算，从系统图中提取计算数据，进行计算并绘制原理图。生成Excel计算书，输出各环路不平衡率，并把管径、散热器片数信息赋回系统图、平面图中，用于标注、统计。 可在Excel文件中组织数据，调入水力计算程序计算，大大简便了数据录入工作。

综合性的软件包 综合性的软件包除计算功能之外还可以让用户完成从计算、设备选择、系统设计、制图、出图的全过程。 用户只需按提示输入建筑物、周围环境等的原始数据, 则该类软件利用其内置的材料和湿空气物性参数数据库自动选择围护结构的传热系数、各种湿热源参数等, 进行冷热负荷计算、空气处理过程分析、材料和设备的选择计算; 压缩机、风机、盘管、冷热水管、水泵等设备的选择可根据其内置设备数据库或由用户另外指定。 管道以单线布置, 自动与各设备相连, 可以按指定的对齐方式转换为二维或三维管道, 并根据管道的搭接情况自动制绘出弯头、变径管、变径弯头、三通、四通及组合管件, 用户也可以自行调换配件。 根据平面图布置形式, 软件将自动生成风管和水管系统图、剖面图和轴测单线系统图等。最后可以根据用户要求输出各种计算书和图纸。

2　系统管理控制类软件 在智能建筑中, HVAC 各系统的耗电量常常占全楼总耗电量的一半以上。因此, HVAC系统控制在智能建筑中占有极其重要的位置。通过BA S (楼宇自动化系统) 控制软件、各类传感器和执行器可以对HVAC 系统进行远程调节, 实现智能管理, 节约能源, 减少工作量。 一个空调系统完成后, 它的温度、湿度都符合要求, 但有时候里面的工作人员还感到不舒服, 原因可能是系统空气质量不好。新风量不足, 气流没组织好, 空气流动不良都会使室内空气变差, 这就需要对空调系统的空气质量进行控制。

如Honeywell 公司推出的Excel5000, 在图2 所示的图形界面中, 给出了各控制点的当前状态, 管理员只需点击鼠标就可以调节阀门、风门的开度, 以及风机的启停。

　英国暖通空调计算机设计软件主要产品

　【姚润明，安德鲁·米勒等。英国暖通空调计算机辅助设计软件应用介绍及分析。　暖通空调。2001，31：34-37.】

3 模拟分析软件 得益于计算机技术的发展，在建筑及环境控制领域，上世纪60年代中期开始了建筑环境及控制系统动态模拟的研究。 初期的研究内容主要是传热的基础理论和负荷算方法，例如一些简化的动态传热算法，在这一阶段，建筑模拟的主要目的是改进围护结构的传热特性。 在经历了上个世纪70年代的全球石油之后，建筑模拟受到了越来越多的重视，同时随着计算机技术的飞速发展和普及，复杂的计算变为可行。 于是在上个世纪七十年代中期，逐渐形成了至今在美国两个的建筑模拟程序：BLAST和DOE-2。欧洲也于上个世纪70年代初开始研究模拟分析法，产生的具有代表性的软件是ESP-r。在70年代末期，随着模块化集成思想的，空调和其它能量转换系统及其控制的模拟软件也逐渐出现，在美国，先后开发出SYS和HVACSIM+。与此同时，亚洲各个国家也逐渐认识到建筑模拟技术的重要性，投入大量力量进行研究开发，主要有日本的HASP和中国清华大学的BTP、DeST。

模拟分析软件代表 GATE，60年代末，美国，稳态计算 现在 美国： NBSLD、BLAST、DOE-2、EnergyPlus 英国：ESP 日本：HASP 中国：DeST

模拟分析软件：美国，反应系数法 DOE-2 由美国能源部主持，美国 LBNL开发，于1979年首次发布的建筑全年逐时能耗模拟软件，是目前国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件，用户数估计达到1000~2500家，遍及40多个国家。其中冷热负荷模拟部分采用的是反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影响。 EnergyPlus 美国LBNL 90年代开发的商用、教学研究用的建筑热模拟软件。 曾经采用反应系数法，现在采用的是状态空间法。

模拟分析软件：欧洲，有限差分法 ESP ESP(ESP-r)是由英国Strathclyde大学的能量系统研究组1977－1984年间开发的建筑与设备系统能耗动态模拟软件。负荷算法采用的是有限差分法求解一维传热过程，而不需要对基本传热方程进行线性化，因此可模拟具有非线性部件的建筑的热过程，如有特隆布墙(Trombe’s Wall) 或相变材料等变物性材料的建筑。采用的时间步长通常以分钟为单位。该软件对计算机的速度和内存有较高要求。

模拟分析软件：日本的HASP 日本的Micro/HASP与 中国的DeST都是计算冷热负荷用的仿真模拟软件。采用的是动态负荷计算算法。 Micro/HASP采用的是反应系数法。对于通过墙体从外界进入室内的热量使用反应系数进行计算，而对于已经导入室内的热量以及房间内部发热量，则利用权重系数将其变换为房间负荷。

模拟分析软件：中国，状态空间法 DeST（Designer‘s Simulation Toolkit） 90年代清华大学开发的建筑与HVAC系统分析和辅助设计软件：建筑热环境设计模拟分析的软件平台-建筑热环境设计模拟工具包。负荷模拟部分采用状态空间法，即采用现代控制论中的“状态空间”的概念，把建筑物的热过程模型表示成： 状态空间法的求解是在空间上进行离散，在时间上保持连续。对于多个房间的建筑，可对各围护结构和空间列出方程联立求解，因此可处理多房间问题。 在建筑的使用过程中,能量的消耗主要用于建筑的空调、照明、热水、炊事、电器等,其中尤其是空调系统的能耗占了建筑能耗的一半以上。因此,建筑能耗模拟与空调的负荷计算密切相关。建筑能耗模拟是利用计算机对建筑能耗和采暖空调负荷进行动态的计算,从而对建筑物及其空调系统的性能进行分析和评价。

4、PKPM建筑节能设计软件简介 PKPM建筑节能设计软件是根据国家颁布的针对不同地区的居住建筑节能设计标准编制的节能设计及分析软件。软件可以很方便快捷地进行建筑节能设计，完成建筑能耗计算，生成详尽的设计说明和计算报告，能以直观的形式将建筑物能耗指标分析结果显示出来。便于改进建筑的节能设计，满足建筑节能标准要求，实现建筑节能降耗目标。

PKPM节能设计软件产生的背景和行业前景： ★能源危机与气候变化的大背景对建筑节能的要求。 能源是人类赖以生存的关键要素之一，是国民经济和社会发展的重要战略物质。能源的开发利用极大地推进了世界经济和人类社会的发展。随着人类社会经济的高度发展，人类对能源的依赖度加大。 两大能源消费变迁时代：薪柴时代—煤炭时代；煤炭—石油与天然气。 社会快速发展伴随的能源消费规模的剧增，导致了自然资源和能源的短缺，同时产生了环境恶化与气候变化问题。世界主要国家开始思索气候变化以及人类的发展问题。

世界背景： 世界主要国家能源战略的两大核心目标： 保障能源安全与应对气候变化。 中国背景与形势： 2010年，温家宝在十一届全国人大三次会议上作政府工作报告时强调：打好节能减排攻坚战和持久战。提出了大力开发低碳技术，推广高效节能技术，积极发展新能源和可再生能源，加强智能电网建设。

世界能耗统计数据 (1980-2003) 美国建筑能耗占 34% 中国建筑能耗占 20.4%

建筑节能与环保 1环境的可持续发展的要求 2采暖空调的普及使得能源消耗加大。 随着建筑业的迅猛发展, 建筑能耗占全国总能耗的比率已经从2000 年的27.8 %上升到近几年的近30 % , 其中住宅能耗约占到总建筑能耗的60 %。

住宅和商业建筑节能 麦肯锡全球学院(McKinsey Global Institute）提出全球二氧化碳减排和节能的一套方案，并认为对中国来说存在以下三个机遇。 其中一个机遇是中国的住宅和商业建筑。随着中国中产阶级的迅速增加，家庭和非工业企业的能源消费将以每年近5％的速度增长，到2020年将翻一番。 如果全世界在房屋建筑过程中采用先进的隔热标准、安装节能型取暖和制冷设备，这将相当于把全球2020年的能源需求每天减少4百万桶原油。

建筑节能

建筑节能软件系列产品简介： 建筑节能已经形成一个完整信息化系统，包括报建、规划、设计、审查、分析，监理、竣工验收等方面，PKPM节能系列软件不仅有设计软件，还提供了分析、审查、信息化管理系统等软件。 　　建筑节能审查软件，是专门为节能管理部门和施工图审查单位开发的，也可以用于设计师在设计过程中进行校验。 目前在上海市，设计院在报审阶段不仅要提供由软件生成的节能计算书，还要将软件生成的审查文件刻光盘提交审图机构，以便于直接对设计院节能设计的过程和数据进行监督和管理。 本课程重点讲解PKPM建筑节能设计软件，本软件主要为设计师完成建筑的节能设计服务。软件具备计算功能，同时集成了国家标准与各地节能相关规范，可与标准建筑对比。本课程所购软件为中国建筑科学研究院(北京）开发。

软件参照规范： 建筑节能设计分析软件根据《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134—2001、《夏热冬暖地区居住建筑设计标准》JGJ75-2003、《民用建筑节能设计标准》（采暖居住建筑部分）JGJ26-95、《公共建筑节能设计标准》 GB50189-2005、《民用建筑热工规范》GB50176-93以及全国主要省市的实施细则编制，进行建筑和建筑热工节能设计计算，判断设计建筑是否满足节能标准的要求，可用于新建、改建和扩建的居住和公共建筑的节能设计，可供设计单位、审图的单位和项目审批单位使用。

PKPM软件分类及各部分作用 PKPM—HEC 采暖居住建筑节能设计 PKPM—CHEC夏热冬冷地区居住建筑节能设计 （夏热冬冷地区包括长江中下游及周围地区：上海、重庆、湖北、湖南、江西、安徽浙江、四川贵州东半部、江苏河南南半部、福建北半部、陕西甘肃南端、广东广西北端。） PKPM—WHEC 夏热冬暖地区居住建筑节能设计 （夏热冬暖地区：位于我国南部，北纬27º以南，东经97º以东，包括：海南、广东广西大部、福建南部、云南部分、香港、澳门、台湾）。 【不同地区对应不同的节能设计标准】 PKPM—PBEC 公共建筑节能设计软件

PKPM—PBEC 软件包含内容路线图

PKPM软件工作界面概述

考核 考核方式与成绩比例 平时考勤及实际操作显示报告20 ％ 。 书面报告（软件应用及步骤和注意要点），10％. 期末考试，70％.

本课程教材： PKPM系列建筑节能设计软件用户手册。中国建筑科学研究院PKPM CAD工程部。2008. 主要参考书目及文献： 1 、Auto CAD 2006中文版应用基础。陈立群主编，2007。 2、 廖晓红, 吕炜民等。暖通空调软件综述。制冷，2000，19：27-30. 3、PKPM建筑结构设计：快速入门与使用技巧。易富民, 2008.5 4 、大学计算机应用 5、《高等院校计算机应用技术系列教材 AUTOCAD 2004+天正+PKPM建筑制图教程》