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空调冷负荷的建筑信息化模型应用研究

作　者: 刘学成
导　师: 韩宁
学　校: 北京林业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 建筑信息化模型 IFC 空调冷负荷分析 EnergyPlus 节能专家系统
分类号: TU831.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着城市化进程的加快与经济的迅速增长,中国的能源形势日益严峻。建筑能源消耗量占社会总能耗的30%,且该比重逐年提高,其中中央空调系统能耗占建筑运行总能耗的比例高达40%～60%。因此,使用先进的科学技术手段进行空调系统能耗分析是寻找建筑节能的有效途径之一。在设计阶段,模拟空调能耗进而优化设计方案是实现建造阶段空调系统节能的首要环节,但由于目前的建筑设计信息无法被能耗分析工具共享,造成了建筑设计与能耗分析的严重脱节。另一方面,在空调系统的运营阶段,建筑设备自动监控系统采集的运行数据没有得到充分利用,缺少智能化节能专家系统的分析,因而无法提出节能优化控制方案。针对上述问题,本文引入建筑信息化模型(Building Information Modeling, BIM)技术,在建筑全生命周期内对空调系统开展节能分析研究,并取得了如下成果：(1)提出了基于建筑信息化模型技术的空调冷负荷计算方法,引入工业基础类标准(Industry Foundation Classes, IFC)作为建筑信息化模型的数据转换标准,通过可扩展标记语言(Extensible Markup Language, XML)对IFC文件进行处理,提高了以IFC文件为载体的建筑信息的跨平台共享能力。(2)创建了IFC文件与能耗分析工具EnergyPlus输入数据文件(Input Data File,IDF)之间的信息映射关系,实现了建筑信息化模型数据向能耗分析工具的转换,并使用空调专业真实设计案例说明了数据转换功能的作用,实验分析结果证明了该方法能够有效提高建筑信息在建筑专业与暖通专业间的共享能力,对建筑设计方案的优化具有实际推广意义。(3)分析了建筑运营管理阶段对建筑设计信息的需求,在上述转换方法研究的基础上,开发了筑信息化模型与建筑运营管理数据库的接口。(4)根据调研的工程经验补充开发了某跨国公司的空调机组节能运行管理规则,并研制了基于人工神经网络理论的制冷机负荷预测分析模型,为空调节能专家诊断系统的设计奠定了基础。本课题搭建出建筑信息化模型与能耗分析诊断方法之间的桥梁,为建筑设计信息在建筑全生命周期内可重复利用提供了新颖的解决方案,并通过C#语言开发了一套数据转换应用程序,分别实现了BIM与能耗分析工具EnergyPlus、BIM与建筑管理数据库之间的数据接口,进而提出了空调节能专家系统的设计方案,为建筑运营数字化管理提供了技术支持。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 研究背景  8-10
  1.2 文献回顾  10-13
    1.2.1 能耗分析方法发展动态  10-11
    1.2.2 空调控制发展动态  11-12
    1.2.3 存在的问题与不足  12-13
  1.3 研究的内容及方法  13-15
  1.4 本章小结  15-16
2 建筑信息化模型(BIM)  16-40
  2.1 BIM概述  16-19
  2.2 IFC数据转换标准  19-30
    2.2.1 IFC标准概述  19-20
    2.2.2 IFC文件数据格式  20-26
    2.2.3 IFC数据结构  26-30
  2.3 IFC文件的前期处理  30-39
    2.3.1 XML  30-31
    2.3.2 EXPRESS与XML Schema映射关系的建立  31-34
    2.3.3 IFC文件数据的提取  34-36
    2.3.4 IfcXML文件的生成  36-39
  2.4 本章小结  39-40
3 BIM与能耗分析工具EnergyPlus的数据转换  40-60
  3.1 Energyplus  40-44
    3.1.1 EnergyPlus概述  40-41
    3.1.2 EnergyPlus工具的特点  41-43
    3.1.3 EnergyPlus工具的输入、输出数据  43-44
  3.2 IDF输入文件解析  44-52
    3.2.1 IDF文件的数据格式  44-47
    3.2.2 IDF文件的数据结构  47-52
  3.3 IFC文件与IDF文件的映射关系  52-54
  3.4 转换器设计  54-58
    3.4.1 IfcXML文档数据提取方法  55-57
    3.4.2 IDF文件的生成  57-58
  3.5 本章小结  58-60
4 空调系统设计的冷负荷计算案例分析  60-74
  4.1 数据转换用户界面与功能设计  60-62
  4.2 数据转换案例  62-70
    4.2.1 数据转换案例设计  62-66
    4.2.2 模型创建与展示  66-67
    4.2.3 控制策略设置  67-69
    4.2.4 夏季工况空调冷负荷分析  69-70
  4.3 与热工学计算方法的比较  70-72
  4.4 本章小结  72-74
5 BIM与建筑管理数据库的接口研究  74-84
  5.1 接口研究的意义与需求分析  74-75
  5.2 数据库的选择  75-77
    5.2.1 几种主要大型数据库的比较  75-77
    5.2.2 DB2数据库的特点  77
  5.3 数据接口开发  77-83
  5.4 本章小结  83-84
6 空调节能专家系统研究  84-100
  6.1 专家系统概述  84-86
  6.2 空调机组节能规则集  86-89
    6.2.1 规则集的输入  86-87
    6.2.2 规则开发  87-89
  6.3 制冷机负荷预测分析模型  89-97
    6.3.1 人工神经网络理论概述  89-90
    6.3.2 BP神经网络模型创建与误差分析  90-96
    6.3.3 预测模型在线更新  96-97
  6.4 工单的生成与管理  97-99
  6.5 本章小结  99-100
7 总结与展望  100-102
  7.1 研究工作总结  100-101
  7.2 后续工作建议与展望  101-102
附录 IFC文件与IDF文件信息映射关系表  102-109
参考文献  109-112
个人简介与发表学术论文情况  112-113
导师简介  113-114
致谢  114

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 房屋建筑设备 > 空气调节、采暖、通风及其设备 > 空气调节 > 冷热负荷计算
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