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DesignBuilder Simulation 

 

DesignBuilder是一款针对建筑能耗动态模拟程序(Energplus)开发的综合用户图形界面模拟软件。它可以应用在设计过程中的任何阶段,通过提供性能数据来优化设计和评估,甚至在设计初期整个设计还没确定时就可以开展。

DesignBuilder适用于建筑师、暖通工程师、能源顾问公司和大学等研究机构。

Designbuilder使用非常简便。通过其强大的功能,即使是非专业用户也可将复杂的建筑物迅速进行模型化。使用数据模板,通过从下拉列表中选择,可以载入一般性建筑结构、建筑物内部的人物活动、HVAC(Heating、Ventilating and Air Conitioning)及照明系统到你的模型。同样类型的建筑物可反复使用,还能添加到你的模板。此功能与数据库联动,可对建筑物及周边的区域进行变更,在设计、评估流程的阶段,可对各个建筑模型进行详细设定。

 Features

DesignBuilder采用了易操作的OpenGL固体建模器。由此,在3D空间中配置「块」,通过拉伸、剪切可直观地进行建筑物模型的制作。可对建筑部件的厚度、房间的面积及体积进行可视化把握。此外,对模型的几 何学的形状和表面形状没有限制。

Designbuilder软件可以从ArchiCAD, Microstation, Revit以及其他支持gbxml格式的BIM软件中导入3-D模型。

使用数据模板,通过从下拉列表中选择,可以载入一般性建筑结构、建筑物内部的人物活动、HVAC(Heating、Ventilating and Air Conditioning.)及设计照明装置。同样类型的建筑物可反复使用,还能追加到模板。此功能与数据库连动,可对建筑物及其周边的区划追加大型变更,在设计、评价流程的阶段,可进行对各个建筑模型的个别详细设定。

模型编辑画面和环境性能数据可通过单击进行切换,无需外部模块的执行或数据载入即可对数据进行显示。

V4新功能

 

Designbuilder V4版本2014年7月已经正式发布,现在最新版本为V4.1,新版本功能上有了很大的变化,采用的是最新的Energyplus V8.1计算程序来进行建筑物的动态能耗模拟。并且增加了Optimisation最优化功能和Cost成本模块、Leed模块等。

Version 4.1重要新功能:

  • 建筑建模的改进
  • 最佳E+8.1版本
  • 最优化功能Optimisation和成本模块 
  • 场地电站(模拟风力,光伏发电,逆变器,储能装置)
  • 太阳能系统
  • 建筑成本估算和全生命周期成本
  • 仿真管理器
  • 结果浏览器
  • 围护结构冷凝分析
  • Leed模板
  • 新的授权机制
  • 新的空调系统(置换通风、地板送风、需求控制通风、地源热泵系统)

Energyplus

 

EnergyPlus由美国能源部(DOE)和劳伦斯●伯克利国家实验室( LBNL)共同开发的一款建筑能耗模拟软件,可以用来对建筑的采暖、制冷、照明、通风以及其他能源消耗进行全面能耗模拟分析和经济分析。

EnergyPlus是一个全新的软件,它不仅吸收了DOE-2和BLAST的优点,并且具备很多新的功能,比如:如用户可以定义小于1小时的时间步长,采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法,热平衡法模拟负荷,多区域空气流动,热舒适性和光伏系统。EnergyPlus被认为是用来替代DOE-2的新一代的建筑能耗分析软件。

 

EnergyPlus软件本身是一个卓越的模拟程序引擎,需要友好的用户图形界面与之配合,DesignBuilder是专门针对EnergyPlus开发的用户图形界面软件,包括了所有EnergyPlus的建筑构造和照明系统数据输入部分,也移植了所有的材质数据库,包括建筑和结构材料,照明单元,窗户和加气玻璃,窗帘遮阳等。

 

综合的模拟结果,包括当地气象资料可以显示为年,月,日,小时,甚至小于每小时的时间步长。可输出的模拟结果包括:(1)建筑能耗,表示为燃料或电能的消耗;(2)室内空气温度,辐射温度,综合温度和湿度;(3)舒适度,包括温度分布图表及ASHRAE-55舒适标准;(4)通过建筑围护结构的传热量.包括墙体,屋顶,渗透,通风等;(5)供热和制冷负荷;(6)二氧化碳产生量;(7)参考当地气象资料确定供暖或制冷设备的容量;(8)参数变量分析,通过在一定范围内改变方案设置参数对比效果等。生成的IDF文件可以导人其他模拟工具,模拟DesignBuilder没有提供的函数,也可以自由选择不同版本的EnergyPlus模拟器,包括DOE 2,DLL动态链接库或其他任何可用的DOE程序。

 

 

Visualisation可视化

 

 使用DesignBuilder 可视化模块可迅速生成非常逼真的渲染图片。在模型创建的任何阶段,都可以点击Visualisation 标签来获得渲染图像。
DesignBuilder模型包含了所有的关于创建几何、结构和材料的建筑信息,并且每一个材料有与之相关的渲染特征。

特征亮点:

  • 在OpenGL 屏幕中生成具有阴影效果的渲染图像
  • 使用放大、平移视图控制和在walk-throuh 模式下来查看模型
  • 一年中任何一天任何时间都可以对建筑物进行阴影分析。
  • 可用颜色编码层表示活动区域(usage)
  • 可自动生成太阳阴影和轨迹的AVI 视频
  • 静态图像可以保存为bmp、jpg、tiff、png、gif的格式
  • 能生动地描述模型以便输出报告
  • 可以以3-D DXF格式导出模型,以便进一步的渲染

渲染实例:

Exaltis Tower by Valentin Grimaud a new DesignBuilder user from France

  

Villa Pifferi, Italy by Roberto Salimbeni, Evolvente

Torre de Ingenieria, DesignBuilder model by David Barrera, Mexico

 

5 School Lane, House by Rowan Tindale, DesignBuilder, UK

 

Uffici Sat by Roberto Salimbeni, Evolvente, Italy

Designbuilder Daylighting 模块

 

 DesignBuilder 提供3 种采光计算模型:

  1. 采用国际公认的美国Radiance采光分析核心,绘制等照度线、计算平均采光系数等,依照LEED EQ8.1, BREEAM HW1 和 Green Star IEQ标准出具详细报告。
  2. 通过Energyplus采光节能分析,可以缩短人工照明时间从而降低能源消耗、减少碳排放。
  3. 采用Radiance渲染生成逼真的采光分析图。 

 

等照度线和采光系数的模拟 

 

在DesignBuilder v3提供了采光分析模块,用户可以使用Radiance光环境模拟软件为计算核心计算日照系数和光照度。

 

日照模块的主要功能:

  • 可以输出高质量的照度图,从而刻画出整个建筑物中某一个区域或块体中可利用的自然光情况。
  • 可提供详细的符合LEED EQ8.1, BREEAM HW1 and Green Star IEQ4标准的报告。
  • 平均采光系数可以以简洁的表格的形式输出。
  • 该计算模块使用了当今最流行的光环境模拟软件Radiance为计算核心。
  • DB的采光分析模块与热分析模块相关联,用户在进行采光模拟时可以直接利用现有的建筑模型、内部分区、表面反射率、玻璃可见光透射率等信息而无需重新定义。
  • 该计算模块用来计算各种天气类型(含多云天气)的最大采光系数。
  • 任何区域的形状和尺寸都易调节控制。
  • 内外部的遮阳设施及采光设施如灯架在装配块体或者建筑物阶段就可以被安置到模型中。
  • 窗户框架和格栅如果已加载到模型中也可以被考虑到。
  • 在采光计算中可以按照CIBSE指南的规定设置计算域与墙面边界的距离。
  • 计算区域的网格可以通过最大最小网格尺寸进行编辑,从而覆盖具有复杂形状的整个区域.
  • 默认的采光计算选项可提供精确可靠的计算结果,而且对于高级用户,可通过更加详细的设定radiance参数来获得完备的采光计算仿真。

DesignBuilder v3 HVAC 模拟

 

Designbuilder V3版本是第一个将Energyplus的先进的HVAC功能正式引入Designbuilder友好的建筑模拟图形界面中。

Designbuilder V3提供更专业、更灵活的方式访问Energyplus暖通模型,采用完整的ASHRAE90.1标准的暖通系统类型,进行气体负荷和水路分析。

下面是Designbuilder V3 HVAC的一个案例:

 

HVAC 特点包括:

• 通过组件、混流器、分离器的位置以图形界面定义设备、风、冷冻水、热水、冷却水等循环系统。

• 通过绘图和管理工具采用’universal’链接工具定义连接点。

• 在EnergyPlus 模块中增加了锅炉、冷却水装置、热盘管、热泵、冷盘管、水泵、风机、加湿器、设定点管理器等功能。

• 这些组件参数的模板,例如锅炉、冷却装置和性能曲线等一些数据。

• 包括所有的ASHRAE的90.1的参考标准

• 可以通过图形界面的拖放功能添加ADUs (air distribution units)、辐射采暖\制冷设备、风机盘管等。

• 区域(Zone)群组允许有相似的系统类型的多重区域被结合在一起,简化HVAC图表布局和加速数据录入。

• 一套完整的ADU单元包括冷却装置,直效空气,双管CAV,双管VAV,单管CAV再热,单管VAV。有/无再热,单道VAV可以通过带变频风机、串联风机的PIU(VAV终端)、并联风机的PIU和四管诱导器再热。

• Comprehensive set of ADUs including cooled beams, direct air, dual duct CAV, dual duct VAV, single duct CAV reheat, single duct VAV. with/without reheat, single duct VAV reheat with variable speed fan, series PIU (VAV terminal type), parallel PIU, four pipe induction.

• Chilled ceilings and heated floors can be combined with other system types. They are modelled in detail using water pipes buried in surface layers.

• 可以通过拖放方法添加风机、热盘管、冷盘管、加湿器等多个空气处理装置。

• 可以通过设备操作计划基于负荷和定时的管理选项来管理多个锅炉和制冷机的设备循环。

• 区域机械通风单元包括风机、整体式热泵、整体空调。这些可以用于空调机组。

• 自动联网进行正版和兼容性的检测。

• 自动生成EnergyPlus IDF数据。

• 暖通修改界面和建筑分析界面结合在一起。

 

Designbuilder CFD

 

CFD是什么

CFD(Computational Fluid Dynamics)是建筑环境设计师用于计算三维空间的温度、速度和其他流体性质。主要用于以下设计分析:

1. 晴朗的夏天中庭的温度分布情况是怎么样的?

2. 通风口的位置设计如何能提供足够的空气流动?

3. 散热器的位置设计如何能提供更好的舒适性?

4. 夏天自然通风能否提供足够的舒适度?

5. 建筑物的形状对当地风速是否有影响?

6. 建筑物内是否有污染物存留?

7. 热/冷通道的哪一层能提供最有效的冷却?
 

Designbuilder 三维CFD软件 

Designbuilder CFD主要用于气流组织和温度模拟,相比其他CFD软件,Designbuilder软件价格便宜,并且不需要专业的流体力学知识。

采用通用的CFD软件包进行气流组织分析是非常耗时的,而且需要非常小心地设置正确的几何和边界条件。而Designbuilder CFD简化了这个过程,自动提供几何和边界条件。通过指定时间/日期提供边界条件,采用Engerplus计算温度、热量和流量。
 

CFD界面采用“按钮”设计,可以自动生成规则的基础数据,可以让有经验或者有兴趣的用户进行修改。采用这种方法,用户无需专业的CFD知识就能获得真实的3D效果。
 

DesignBuilder CFD 的一些重要功能: 

1. 从几何模型和边界条件以最优解决方案产生三维网格。

2. CFD求解核心采用SIMPLER算法,是目前使用最广泛的算法之一。湍流模型主要使用目前应用最多的k-e模型,并打算引进针对特定应用类型的其他模型。

3. 界面集成工具可以在房间表面安置风口、extract、温度等边界条件。同时还提供了一个物理模型库:散热器、风机盘管、家具、住户等,可以随意添加到模型中进行分析。

4. 从以前的Energyplus模拟中自动分配边界条件。

5. 用Designbuilder OpenGL图形引擎展示三维CFD结果。可以查看速度矢量、温度等值线、等值面等。

6.Designbuilder CFD的高质量输出帮助你向客户传达清晰直观的结果。

 

 
 

 验证


诺森比亚大学对Designbuilder CFD和目前最广泛最强大的CFD软件之一PHOENICS进行了对比。结果显示Designbuilder在相同的输入条件下能够重现PHOENICS的结果,表明Designbuilder CFD的结果是可靠的。
 

实用性和可选性Availability

Designbuilder CFD 是可选的,既可以作为独立模块,还可以嵌入到仿真软件包中,成为其中的一部分。

EnergyPlus Simulation

 

DesignBuilder is the most established and advanced user interface to EnergyPlus, the industry standard Building Energy Simulation tool.

 

EnergyPlus Simulation key features

  • EnergyPlus is tightly integrated within this module providing advanced dynamic thermal simulation at sub-hourly timesteps.
  • Provide environmental performance data such as energy consumption, carbon emissions, room comfort at annual, monthly, daily, hourly, and sub-hourly intervals.
  • Report solar gains on surfaces, surface temperatures and radiant exchanges.
  • Access an extensive range of results for buildings and systems.
  • Assess passive performance, thermal mass, and temperature distribution.
  • Export surface temperatures and airflow rates as boundary conditions for detailed CFD analysis.
  • Size heating and cooling systems.

optimisation优化模块 and cost成本核算

 

The first fully-featured optimisation and cost-benefit analysis tool for building design. Our new optimisation module helps you to identify the design options with the very best combinations of cost, energy and comfort performance.

By gaining a clear indication of the trade-off between the various design options and their impact on environmental performance you can more easily navigate the complex relationship between design objectives, constraints and possible design options.  With the performance trade-off information at your fingertips it is so much easier to make informed recommendations.