当前国内外建筑节能软件现状分析
中国建筑科学研究院建筑节能研究发展中心 孙大明
建筑的能耗分析对建筑节能设计非常重要，设计人员需要根据计算的结果进行设计方案的调整和优化。当前，国内外对建筑能耗计算方法的研究和软件的开发也屡见不鲜。计算方法已经非常成熟，比较知名的软件也非常多。比如国外的DOE-2、EnergyPlus，国内的CHEC、DEST等。
DOE-2
DOE-2是美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的能耗分析模拟软件，包括负荷计算模块、空气系统模块、机房模块、经济分析模块。它可以提供整幢建筑物每小时的能量消耗分析，用于计算系统运行过程中的能效和总费用，也可以用来分析围护结构（包括屋顶、外墙、外窗、地面、楼板、内墙等）、空调系统，电器设备和照明对能耗的影响。Doe-2的功能非常全面而强大，经过了无数工程的实践检验，是国际上都公认的比较准确的能耗分析软件，并且该软件是免费软件，使用人数和范围非常广泛。
DOE-2的输入方法为手写编程的形式，要求用户手写输入文件，输入文件必须满足其规定的格式，并且有关键字的要求。DOE-2输入、输出文件格式均为英文，且格式要求比较严格，对于中国用户来说不易上手。但DOE-2有大量的资料库和研究文献，用户可以通过学习比较详细的了解运用。目前还有很多基于DOE-2上开发的软件，比如下文介绍的VisualDOE 、eQUEST、PowerDOE等。
VisualDOE
VisualDOE 是一款基于DOE-2开发的标准的建筑能耗模拟软件。这款软件可以帮助建筑师或者设备工程师进行建筑的能耗模拟，设计方案的选择，还还可以进行美国绿色建筑标准中能耗分析部分的评价。
VisualDOE可以模拟包括照明，太阳辐射，暖通系统，热水供暖等建筑所有主要的能耗。并可以从DOE-2输出文件中自动提取计算结果。相对与DOE-2来说，用户可以比较容易的上手使用。但是软件的输入格式DOE-2的输入语言，因此用户需要了解一些DOE-2输入文件的格式规则，对于需要模拟复杂结果的高级用户，用户需要手动修改输入文件。目前软件为全英文版，尚未出现比较成熟的汉化版本。
eQUEST
eQUEST同样是一款基于DOE-2基础上开发的建筑能耗分析软件，它允许设计者进行多种类型的建筑能耗模拟，并且也向设计者提供了建筑物能耗经济分析、日照和照明系统的控制以及通过从列表中选择合适的测定方法自动完成能源利用效率。
这款软件的主要特点是为DOE-2输入文件的写入提供了向导。用户可以根据向导的指引写入建筑描述的输入文件。同时，软件还提供了图形结果显示的功能，用户可以非常直观的看到输入文件生成的二维或三维的建筑模型，并且可以查看图形的输出结果。目前该软件为全英文版，没有比较成熟的汉化版本。
PowerDOE
PowerDOE是基于DOE-2基础上开发的一款比较先进和成熟的建筑能耗分析软件，其基本功能和上述软件基本相同，主要特点是采用了交互式的Windows界面进行输入和输出，比较容易上手操作。
EnergyPlus
EnergyPlus是美国劳伦斯克力国家实验室开发出了最新的建筑能耗模拟分析程序，1996年开始研制开发，2001年投入使用。这款软件是主要特点有：采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法；在计算负荷时，用户可以定义小于1h的时间步长，在系统模拟中，时间步长自动调整；采用热平衡法模拟负荷；采用CTF模块模拟墙体、屋顶、地板等的瞬态传热；采用三维有限差分土壤模型和简化的解析方法对土壤传热进行模拟；采用联立的传热和传质模型对墙体的传热和传湿进行模拟；采用基于人体活动量、室内温湿度等参数的热舒适模型模拟热舒适度；采用各向异性的天空模型以改进倾斜表面的天空散射强度；先进的窗户传热的计算,可以模拟包括可控的遮阳装置、可调光的电铬玻璃等；日光照明的模拟，包括室内照度的计算、眩光的模拟和控制、人工照明的减少对负荷的影响等；基于环路的可调整结构的空调系统模拟，用户可以模拟典型的系统,而无需修改源程序；源代码开放，用户可以根据自己的需要加入新的模块或功能。
因为软件相对比较新，且功能非常复杂，比较适合研究和二次开发的工作。
CHEC
CHEC是中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所节能中心于2002年开始研发，2003年投入使用的节能设计分析软件。这款软件采用DOE-2软件作为计算内核，完全按照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》进行编制。
CHEC软件最大的特点是便捷的输入方式，设计师可以采用自己绘制的CAD图纸直接进行模型数据的转换，无需用户手写输入。同时，CHEC软件和国内的多种建筑软件都有接口，可以直接提取模型数据。CHEC软件可以对建筑的体形，朝向，围护结构的构造进行量化分析，生成有详尽建筑概况，窗墙比，围护结构热工参数的计算报告，对用户的节能设计进行指导和改进。同时，CHEC软件为用户提供了强大的数据库支持，可供用户随时进行材料的选择和调整。CHEC通过调用DOE-2内核，模拟全年的气象数据，进行全年的动态能耗模拟分析，生成详尽的空调采暖全年能耗报告。
CHEC软件比较注重和各地的节能规范相结合，注重各地的材料使用和气候差异，可以生成完全符合各地审查规范要求的计算报告书。目前CHEC软件在全国的使用非常广泛。
DeST
DeST是由清华大学空调实验室研制开发的面向暖通空调设计者的集成于AutoCAD上的辅助设计计算软件。DeST建筑描述界面上可视化的所见即得的建筑楼层和房间划分图形界面，并且直接嵌入在AutoCAD R14中，DeST的计算模块也全部集成于AutoCAD R14。DeST作为面向设计的模拟分析工具，充分考虑设计过程的阶段性，提出“分阶段设计，分阶段模拟”的思路，在设计的各个阶段，通过建筑模拟、方案模拟、系统模拟、水力模拟等手段对设计进行校核，让设计者根据模拟的数据结果对其进行验证，从而保证设计的可靠性。DeST通过采用逆向的求解过程；基于全工况的设计，DeST在每一个设计阶段都计算出逐时的各项要求(风量、送风状态、水量等等)，使得设计可以从传统的单点设计拓展到全工况设计；DeST采用了各种集成技术并提供了良好的界面，因此可以比较容易方便地应用到工程实际中。
DOE-2、EnergyPlus、VisualDOE 、eQUEST、PowerDOE、DEST这些软件的计算方法一般都是基于动态的环境；为了保证计算结果的准确度，软件大多都需要室外逐时的气象数据或典型气象年数据，而且需要尽可能详细的体型描述数据及相应的热工性能数据。在我国，由于对用于建筑热工的气象数据没有统一的格式，所以应用这些软件时要求必须将气象数据进行转换，其他的比如建筑体型的描述，材料热物性参数的设置，采暖制冷形式，温度分区等，对于一般设计人员来时，输入过于繁琐。在初步设计阶段，由于很多条件无法确定，设计人员更是无法利用这些软件工具对方案进行能耗分析和节能优化。
针对这些情况，CHEC软件的开发就基于DOE-2能耗计算内核，为设计师提供了优秀的交互式功能输入界面，无论是在初步设计阶段还是施工图阶段都能对设计方案进行能耗分析和方案优化。同时采集了中国各城市近30年的气象数据，并且由专业人员转换成典型气象年数据，应用于CHEC软件的能耗模拟计算。CHEC软件在实际设计应用过程中，非常注重减少消耗在数据输入上的时间，不仅提供了拥有自主版权的PKPM模型平台，而且也已经开发了直接嵌入AutoCAD，进行模型输入、节能设计计算和方案优化选择等全部功能集成在AutoCAD下完成，更加符合建筑师的操作习惯。最重要的是，CHEC软件能与国家及各省市的建筑节能设计标准、建筑节能设计审查紧密结合，生成符合要求的详细的建筑节能设计分析报告书和审查备案登记表等；CHEC软件不仅是一个单纯的计算软件，而是从设计角度考虑，帮助设计师在设计各个阶段结合能耗分析完成方案选择和方案优化，根据经济指标分析确定综合性能较好的节能设计方案。
中国建筑科学研究院建筑节能研究发展中心 孙大明
建筑的能耗分析对建筑节能设计非常重要，设计人员需要根据计算的结果进行设计方案的调整和优化。当前，国内外对建筑能耗计算方法的研究和软件的开发也屡见不鲜。计算方法已经非常成熟，比较知名的软件也非常多。比如国外的DOE-2、EnergyPlus，国内的CHEC、DEST等。
DOE-2
DOE-2是美国劳伦斯伯克力国家实验室开发的能耗分析模拟软件，包括负荷计算模块、空气系统模块、机房模块、经济分析模块。它可以提供整幢建筑物每小时的能量消耗分析，用于计算系统运行过程中的能效和总费用，也可以用来分析围护结构（包括屋顶、外墙、外窗、地面、楼板、内墙等）、空调系统，电器设备和照明对能耗的影响。Doe-2的功能非常全面而强大，经过了无数工程的实践检验，是国际上都公认的比较准确的能耗分析软件，并且该软件是免费软件，使用人数和范围非常广泛。
DOE-2的输入方法为手写编程的形式，要求用户手写输入文件，输入文件必须满足其规定的格式，并且有关键字的要求。DOE-2输入、输出文件格式均为英文，且格式要求比较严格，对于中国用户来说不易上手。但DOE-2有大量的资料库和研究文献，用户可以通过学习比较详细的了解运用。目前还有很多基于DOE-2上开发的软件，比如下文介绍的VisualDOE 、eQUEST、PowerDOE等。
VisualDOE
VisualDOE 是一款基于DOE-2开发的标准的建筑能耗模拟软件。这款软件可以帮助建筑师或者设备工程师进行建筑的能耗模拟，设计方案的选择，还还可以进行美国绿色建筑标准中能耗分析部分的评价。
VisualDOE可以模拟包括照明，太阳辐射，暖通系统，热水供暖等建筑所有主要的能耗。并可以从DOE-2输出文件中自动提取计算结果。相对与DOE-2来说，用户可以比较容易的上手使用。但是软件的输入格式DOE-2的输入语言，因此用户需要了解一些DOE-2输入文件的格式规则，对于需要模拟复杂结果的高级用户，用户需要手动修改输入文件。目前软件为全英文版，尚未出现比较成熟的汉化版本。
eQUEST
eQUEST同样是一款基于DOE-2基础上开发的建筑能耗分析软件，它允许设计者进行多种类型的建筑能耗模拟，并且也向设计者提供了建筑物能耗经济分析、日照和照明系统的控制以及通过从列表中选择合适的测定方法自动完成能源利用效率。
这款软件的主要特点是为DOE-2输入文件的写入提供了向导。用户可以根据向导的指引写入建筑描述的输入文件。同时，软件还提供了图形结果显示的功能，用户可以非常直观的看到输入文件生成的二维或三维的建筑模型，并且可以查看图形的输出结果。目前该软件为全英文版，没有比较成熟的汉化版本。
PowerDOE
PowerDOE是基于DOE-2基础上开发的一款比较先进和成熟的建筑能耗分析软件，其基本功能和上述软件基本相同，主要特点是采用了交互式的Windows界面进行输入和输出，比较容易上手操作。
EnergyPlus
EnergyPlus是美国劳伦斯克力国家实验室开发出了最新的建筑能耗模拟分析程序，1996年开始研制开发，2001年投入使用。这款软件是主要特点有：采用集成同步的负荷/系统/设备的模拟方法；在计算负荷时，用户可以定义小于1h的时间步长，在系统模拟中，时间步长自动调整；采用热平衡法模拟负荷；采用CTF模块模拟墙体、屋顶、地板等的瞬态传热；采用三维有限差分土壤模型和简化的解析方法对土壤传热进行模拟；采用联立的传热和传质模型对墙体的传热和传湿进行模拟；采用基于人体活动量、室内温湿度等参数的热舒适模型模拟热舒适度；采用各向异性的天空模型以改进倾斜表面的天空散射强度；先进的窗户传热的计算,可以模拟包括可控的遮阳装置、可调光的电铬玻璃等；日光照明的模拟，包括室内照度的计算、眩光的模拟和控制、人工照明的减少对负荷的影响等；基于环路的可调整结构的空调系统模拟，用户可以模拟典型的系统,而无需修改源程序；源代码开放，用户可以根据自己的需要加入新的模块或功能。
因为软件相对比较新，且功能非常复杂，比较适合研究和二次开发的工作。
CHEC
CHEC是中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所节能中心于2002年开始研发，2003年投入使用的节能设计分析软件。这款软件采用DOE-2软件作为计算内核，完全按照《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》进行编制。
CHEC软件最大的特点是便捷的输入方式，设计师可以采用自己绘制的CAD图纸直接进行模型数据的转换，无需用户手写输入。同时，CHEC软件和国内的多种建筑软件都有接口，可以直接提取模型数据。CHEC软件可以对建筑的体形，朝向，围护结构的构造进行量化分析，生成有详尽建筑概况，窗墙比，围护结构热工参数的计算报告，对用户的节能设计进行指导和改进。同时，CHEC软件为用户提供了强大的数据库支持，可供用户随时进行材料的选择和调整。CHEC通过调用DOE-2内核，模拟全年的气象数据，进行全年的动态能耗模拟分析，生成详尽的空调采暖全年能耗报告。
CHEC软件比较注重和各地的节能规范相结合，注重各地的材料使用和气候差异，可以生成完全符合各地审查规范要求的计算报告书。目前CHEC软件在全国的使用非常广泛。
DeST
DeST是由清华大学空调实验室研制开发的面向暖通空调设计者的集成于AutoCAD上的辅助设计计算软件。DeST建筑描述界面上可视化的所见即得的建筑楼层和房间划分图形界面，并且直接嵌入在AutoCAD R14中，DeST的计算模块也全部集成于AutoCAD R14。DeST作为面向设计的模拟分析工具，充分考虑设计过程的阶段性，提出“分阶段设计，分阶段模拟”的思路，在设计的各个阶段，通过建筑模拟、方案模拟、系统模拟、水力模拟等手段对设计进行校核，让设计者根据模拟的数据结果对其进行验证，从而保证设计的可靠性。DeST通过采用逆向的求解过程；基于全工况的设计，DeST在每一个设计阶段都计算出逐时的各项要求(风量、送风状态、水量等等)，使得设计可以从传统的单点设计拓展到全工况设计；DeST采用了各种集成技术并提供了良好的界面，因此可以比较容易方便地应用到工程实际中。
DOE-2、EnergyPlus、VisualDOE 、eQUEST、PowerDOE、DEST这些软件的计算方法一般都是基于动态的环境；为了保证计算结果的准确度，软件大多都需要室外逐时的气象数据或典型气象年数据，而且需要尽可能详细的体型描述数据及相应的热工性能数据。在我国，由于对用于建筑热工的气象数据没有统一的格式，所以应用这些软件时要求必须将气象数据进行转换，其他的比如建筑体型的描述，材料热物性参数的设置，采暖制冷形式，温度分区等，对于一般设计人员来时，输入过于繁琐。在初步设计阶段，由于很多条件无法确定，设计人员更是无法利用这些软件工具对方案进行能耗分析和节能优化。
针对这些情况，CHEC软件的开发就基于DOE-2能耗计算内核，为设计师提供了优秀的交互式功能输入界面，无论是在初步设计阶段还是施工图阶段都能对设计方案进行能耗分析和方案优化。同时采集了中国各城市近30年的气象数据，并且由专业人员转换成典型气象年数据，应用于CHEC软件的能耗模拟计算。CHEC软件在实际设计应用过程中，非常注重减少消耗在数据输入上的时间，不仅提供了拥有自主版权的PKPM模型平台，而且也已经开发了直接嵌入AutoCAD，进行模型输入、节能设计计算和方案优化选择等全部功能集成在AutoCAD下完成，更加符合建筑师的操作习惯。最重要的是，CHEC软件能与国家及各省市的建筑节能设计标准、建筑节能设计审查紧密结合，生成符合要求的详细的建筑节能设计分析报告书和审查备案登记表等；CHEC软件不仅是一个单纯的计算软件，而是从设计角度考虑，帮助设计师在设计各个阶段结合能耗分析完成方案选择和方案优化，根据经济指标分析确定综合性能较好的节能设计方案。
