建筑節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)研究

邵國(guó)強(qiáng) 王健 孔靚 大慶師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院

我國(guó)已經(jīng)具備了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，但是缺乏建筑節(jié)能評(píng)估工具與方法，這些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范在執(zhí)行的力度與范圍上存在很大的差異。建筑節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)軟件為建筑在設(shè)計(jì)、檢測(cè)、管理以及監(jiān)理方面提供了重要的輔助作用，能夠有效的評(píng)估出建筑是否達(dá)到了節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)，從而使建筑節(jié)能工作實(shí)現(xiàn)規(guī)范化的管理。

1 建筑節(jié)能評(píng)估分析的現(xiàn)狀

1.1 建筑能耗分析

建筑能耗受室內(nèi)空氣品質(zhì)、采暖空調(diào)設(shè)施、建筑熱工性能、當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境、建筑使用管理以及建筑熱環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)等方面的影響。對(duì)此分析主要包括空氣與水分配系統(tǒng)的模擬分析、建筑物能耗實(shí)地測(cè)量、建筑物地理位置與氣象數(shù)據(jù)分析、動(dòng)態(tài)過(guò)程符合計(jì)算方法的研究、計(jì)算方法的矯正以及對(duì)分析空調(diào)系統(tǒng)周期成本經(jīng)濟(jì)程序的研究等。

1.2 建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足

制定建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)我國(guó)建筑節(jié)能工作的開(kāi)展起到很大的促進(jìn)作用，但是其本身仍然存在很大的不足，在執(zhí)行的力度與范圍存在極大的差別。

1.2.1 節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的制定與設(shè)計(jì)不夠統(tǒng)一

標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程規(guī)范了設(shè)計(jì)過(guò)程，而設(shè)計(jì)過(guò)程再現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程。二者采用的工具與方法是一致的。但是在現(xiàn)階段，標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)與制定過(guò)程相互獨(dú)立，設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中提出的指標(biāo)進(jìn)行簡(jiǎn)單的執(zhí)行，而且運(yùn)用的工具方法也不一致，不再是標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程的再現(xiàn)與應(yīng)用。

1.2.2 節(jié)能指標(biāo)的可操作性不高

我國(guó)現(xiàn)階段的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)只是提供了以建筑耗冷量、耗熱量為主的綜合指標(biāo)以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能為主的輔助指標(biāo)，這些指標(biāo)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中較為抽象。進(jìn)行設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)時(shí)缺乏對(duì)建筑耗能分析的工具，不能確定建筑物高冷量與耗熱量，僅僅是圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能的參數(shù)較為直觀，但是這些參數(shù)不能用來(lái)判斷建筑是否達(dá)到了節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.3 無(wú)法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的靈活性

我國(guó)現(xiàn)階段的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)通常允許具備一定的靈活性，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中可以不按照某些規(guī)定來(lái)進(jìn)行，當(dāng)某些地方難以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，必須在其他方面進(jìn)行補(bǔ)償，而且必須根據(jù)節(jié)能指標(biāo)重新計(jì)算，不能使建筑的總耗能大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中耗能量。由于計(jì)算過(guò)程太過(guò)復(fù)雜，計(jì)算方法太過(guò)專業(yè)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中難以確定節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益，難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的靈活性。

1.3 建筑節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)分析軟件

我國(guó)現(xiàn)階段的節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)分析軟件的開(kāi)發(fā)較為落后，雖然對(duì)暖通空調(diào)CAD系統(tǒng)做出了大量的研究，但是對(duì)于分析評(píng)估系統(tǒng)卻只進(jìn)行了簡(jiǎn)單比較，沒(méi)有綜合分析建筑耗能，與我國(guó)建筑節(jié)能工作實(shí)施的深度與范圍難以適應(yīng)。國(guó)外對(duì)這方面的研究較為成熟，有專業(yè)的分析建筑能耗的軟件，能夠分析建筑設(shè)計(jì)的全過(guò)程，對(duì)建筑節(jié)能工作的實(shí)施具有非常大的促進(jìn)作用，對(duì)節(jié)能建筑的監(jiān)督、設(shè)計(jì)與管理提供了有力的理論依據(jù)，對(duì)于我國(guó)建筑節(jié)能相關(guān)軟件的開(kāi)發(fā)具有很大的參考價(jià)值。

2 建筑節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)軟件的模型

2.1 建筑節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)軟件功能

2.1.1 對(duì)新建或者改建的建筑設(shè)計(jì)方案進(jìn)行節(jié)能評(píng)估，對(duì)于不能達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的建筑應(yīng)當(dāng)提出有效的改進(jìn)措施；

2.1.2 結(jié)合建筑的設(shè)計(jì)需求，使其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)符合節(jié)能的要求，并且標(biāo)注出需要修改的地方，使設(shè)計(jì)工作者能夠更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)；

2.1.3 滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與分析。運(yùn)用此軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，能夠評(píng)估設(shè)計(jì)過(guò)程，得出有效的節(jié)能效果，使工作人員得到有用的參考，使建筑設(shè)計(jì)能夠滿足節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 對(duì)于缺乏標(biāo)準(zhǔn)制定的區(qū)域，此軟件能夠制定標(biāo)準(zhǔn)，分析建筑的能耗，并且結(jié)合節(jié)能的要求來(lái)確定該區(qū)域建筑節(jié)能指標(biāo)，使建筑設(shè)計(jì)、節(jié)能評(píng)價(jià)以及制定標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一。

2.2 軟件內(nèi)核

該建筑節(jié)能評(píng)估軟件的內(nèi)核結(jié)構(gòu)如下圖1所示:

圖1

2.2.1 輸入輸出

輸入輸入界面是軟件的基礎(chǔ)所在，其性能的良好決定了軟件是否能夠得到大力的普及與認(rèn)同。

2.2.2 工程數(shù)據(jù)庫(kù)

根據(jù)數(shù)據(jù)交換的特征，主要包括動(dòng)態(tài)與靜態(tài)兩種數(shù)據(jù)庫(kù)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)是在評(píng)估與設(shè)計(jì)中動(dòng)態(tài)形成的，能夠有效連接軟件的各個(gè)模塊；而靜態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)果熱物性參數(shù)庫(kù)、工程設(shè)計(jì)檔案庫(kù)、氣象資料庫(kù)、知識(shí)庫(kù)、空調(diào)設(shè)計(jì)庫(kù)與常規(guī)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)等。

2.2.3 建筑耗能分析

建筑能耗分析要與其他功能相連接的信息交流借口。

2.2.4 智能分析

人工智能分析主要包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)兩個(gè)方面，能夠解決建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足。其可以使設(shè)計(jì)更加動(dòng)態(tài)化，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)做出正確的判斷，使節(jié)能評(píng)估更加綜合全面。

2.2.5 節(jié)能設(shè)計(jì)

節(jié)能設(shè)計(jì)不但要達(dá)到建筑的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)當(dāng)具備建筑的各項(xiàng)功能，對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有效的節(jié)能分析，從而使用戶選出最恰當(dāng)?shù)墓?jié)能方式。

2.2.6 節(jié)能評(píng)估

根據(jù)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，能夠自動(dòng)提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能設(shè)計(jì)，其與原來(lái)的設(shè)計(jì)方案具有相同功能，并且建筑環(huán)境與面積、用戶種類、設(shè)計(jì)計(jì)劃以及氣候資料都相同。結(jié)合有效的計(jì)算方法，對(duì)原有設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能設(shè)計(jì)的能耗分析，如果原有設(shè)計(jì)的能耗低于或等于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能設(shè)計(jì)，那么原有設(shè)計(jì)就屬于節(jié)能設(shè)計(jì)方案。如果哦原有設(shè)計(jì)高于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能設(shè)計(jì)的能耗，則應(yīng)當(dāng)找出能夠的具體方面，并且給出相應(yīng)的改進(jìn)策略。

2.2.7 主控模塊

通過(guò)主控模塊能夠?qū)?jié)能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，能夠更加方便的使用其他模塊，從而提高節(jié)能設(shè)計(jì)與評(píng)估的工作效率。

3 建筑節(jié)能評(píng)估軟件的實(shí)現(xiàn)

3.1 基本思想

智能化與集成化能夠幫助技能評(píng)估系統(tǒng)軟件解決標(biāo)準(zhǔn)中存在的不足，使其基本功能得到有效的實(shí)現(xiàn)。在開(kāi)發(fā)軟件的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)時(shí)刻注重這兩點(diǎn)內(nèi)容。

3.1.1 智能化

目前人工智能技術(shù)取得了飛速的發(fā)展，這種技術(shù)在建筑節(jié)能評(píng)估方面的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。人工智能具體應(yīng)用方式主要包括以下兩種:其一是以連接為根本的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；其二是以符號(hào)為根本的專家系統(tǒng)。前者具有非常強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力，而后者則具備人腦的思維能力。人工智能在此軟件中建立的專家系統(tǒng)包括設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、思維活動(dòng)以及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)等知識(shí)體系，并且與能夠進(jìn)行知識(shí)自學(xué)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，這樣就能夠使建筑節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)軟件真正實(shí)現(xiàn)智能化。

3.1.2 集成化

將以往功能分散的軟件結(jié)合在一起，并且運(yùn)用通用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具與結(jié)構(gòu)，使這些能夠信息互通，有效避免了人工進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，這樣才能有效的利用各項(xiàng)資源，使分析設(shè)計(jì)的任務(wù)得以完善。此軟件主要以Visual C++6.0為主要工具，將CLIPS、DSeT、Microsoft Acecss、MATLAB集合在一起。

3.2 建筑功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 運(yùn)用Visual C++6.0能夠?qū)崿F(xiàn)軟件的主控功能，并且擁有在線幫助的服務(wù)功能。

3.2.2 結(jié)合開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)的連接（ODBC），達(dá)成Access數(shù)據(jù)庫(kù)與程序的動(dòng)態(tài)連接。

3.2.3 運(yùn)用動(dòng)態(tài)連接方式（DLL）達(dá)成CLIPS與Visual C++6.0的結(jié)合，建立有效的專家系統(tǒng)。

3.2.4 通過(guò)Access數(shù)據(jù)庫(kù)達(dá)成能耗分析與主控界面的連接。

3.2.5 通過(guò)引擎驅(qū)動(dòng)達(dá)成MATLAB和主控界面的連接。

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)階段中存在的不足制約了建筑節(jié)能工作的普及，本文通過(guò)人工智能與集成技術(shù)來(lái)解決這些問(wèn)題，結(jié)合研究結(jié)果可以看出這方面的探索具有非常重大的意義。文中所講述的建筑節(jié)能評(píng)估系統(tǒng)軟件，會(huì)成為建筑在設(shè)計(jì)、檢測(cè)以及管理過(guò)程中的一個(gè)十分重要的工具，能夠使建筑節(jié)能工作實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。在未來(lái)的探索過(guò)程中應(yīng)當(dāng)付出更大的努力，這樣才能夠使文中所提出的目標(biāo)得到更好的完善與進(jìn)步。

[1]孟紅.淺談民用建筑節(jié)能評(píng)估的實(shí)踐及其作用[J]. 浙江建筑,2016,33(08):47-49.

[2]由嘉.應(yīng)用于公共建筑節(jié)能評(píng)估的建筑能耗預(yù)測(cè)方法研究[D].天津大學(xué),2017.

[3]陳昱廷.建筑節(jié)能評(píng)估體系關(guān)鍵技術(shù)研究[D].華中科技大學(xué),2017.