IES<VE>_08110328_冯佳佳

IES Intergrated environmental solutions

冯佳佳 08110328 08建筑学三班

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1.IES-VE简介 2.基本模块介绍 3.核心内容之热环境分析 4.核心内容之光环境分析 5.集成化分析模拟解决方案 6.实例分析 7.不足之处

1. IES-VE简介 IES是总部在英国的Integrated Environmental Solutions公 司的缩写，IES<VE>是旗下建筑性能模拟和分析软件，它整合 了一系列模块化得组件用语进行计算分析，其核心思想是通过建 立一个三维模型，来进行各种建筑功能分析，减少了重复建模的 工作，保证了数据的准确和工作的快捷。IES<VE>已经成为英 国以至于欧洲市场占有量最大的生态建筑模拟分析软件，在美国 也取得了骄人的业绩。

用好IES软件所需要的一些基础知识： 1）基本CAD建模知识： IES的建模思想和CAD以及Sketchup等软件是相通的，如果能够熟悉这些软件，在IES里面建模是不 成问题的。 2）传热学基础知识： IES中的关键部分就是能耗模拟，而能耗模拟涉及大量的传热学基础知识，尤其是数值传热学的一些 知识，比如有限差分等概念。分析计算结果时，一些基本的传热学知识可以帮助用户更好地分析结 果，得到正确的结论。 3）建筑能耗模拟的基本算法： IES作为一种能耗模拟软件，热平衡法是其算法基础，用户有必要了解一些关于建筑能耗算法的知识。 4）空调系统基本知识： IES中的ApacheHVAC是一个功能强大的模块，但由于设置非常复杂，涉及到空调系统及自控的很多 东西，使用起来非常复杂，但这个模块使用的好与坏也可以作为评判IES使用好坏的标志，所以掌握 必要的暖通空调知识和相关自控知识是一个非常关键的环节。 5）通风的算法： 中有两种通风算法：CFD和Multizone Airflow network，由于通风在建筑节能中占据一个重要的 地位，所以了解通风相关的知识，尤其是这两种算法本事的区别、优劣势、适用场合等尤为重要。 6）采光的算法， 尤其是Radiance的相关算法 采光对于多数暖通出身的工程师来说是弱项，所以有必要好好学习一下 采光的相关知识，尤其是人工照明的相关参数、设置等，如果不了解这些的话，模拟出来的结果可能 和现实相差较远。

IES的部分关键用户： 建筑类： BurtHill – USA CannonDesign – USA Gensler– USA SOM– USA Stantec– Canada Foster& Partners – UK BarrettLloyd Davis Associates – UK Collettand Farmer Architects – UK HolmesPartnership – UK JWArchitects – UK KlingStubbins – USA RMJM– UK RydersHKS International Ltd – UK REIDarchitecture – UK Cannon, Gensler, SOM, Foster, HKS, RMJM, Arup, Atkins, BDP, Stantec等这些都是顶尖的公司 ，总的来说这些公司都比较偏重技术。

2.基本模块介绍 VE的模块主要包括： ModelIT：三维建模工具 ApacheCal：供暖，制冷负荷计算工具 ApacheSim：动态负荷计算工具，可逐时分析建筑的负荷 ApacheHVAC：建筑空调系统模拟工具 Flucs：采光分析，设计工具 Radiance：建筑采光模拟软件 SunCast：日照分析工具 CostPlan：初投资分析工具 LifeStyle：运行费用分析工具 Simulex：避难分析工具 Lisi：电梯分析工具 IndusPro：管路尺寸计算 Pisces: 供暖水/冷冻水管路尺寸计算 Taps：自来水管路尺寸计算 Field：电线尺寸计算 MicroFlo：室内外流体力学模拟

IES<VE>通过建立一个统一的IDM（集成化数据模型），用于多种建筑性能 分析，大大缩短了分析所需的时间。因此说IES<VE>是一个综合性的分析软 件，而不是一个专用化软件。但即使如此，它的各个部件功能依然强大： 1）如热分析模块组，Apache，不仅可以根据ASHREA和CIBSE标准计算冷 热负荷，而且可以模拟动态负荷，模拟空调系统的运行（加自控），模拟自 然通风及渗透风，所以其功能在热分析软件中应该是最强大的。 2）避难模块组：这个模块里的Simulex和Lisi已经成为业界模拟人员疏散和 电梯的标准软件，尤其是Simulex，一问世就因为其直观的表现手法、简单 的操作、广泛的应用场合，受到业内人士的追捧。 3）照明分析模块组：这个模块组可以完成从室内灯具的布置，到室内照度 和亮度分析，灯具的选择计算，再到室内照明的渲染图等一系列工作，可以 按顺序依次完成，功能及其强大。

它对能耗的分析十分具体: 1.可以分析当地的气象数据，分析室外温度对能耗的影响。 2.分析遮挡对能耗影响 3.考虑人体，设备，照明等偶然因素对能耗的影响。这些设定非常具体。例如：人在室内 的逗留时间。比如午饭时间，可以将数据设为0。在周末可以将设备、照明这些偶然因素 都调成0。总之它可以把很具体的人及设备的运营状态用数据描述出来，操作也比较方便。 4.调整建筑材料 5.用设定开窗大小来模拟自然通风状态。而不是在外墙上开洞。

3.核心内容之热环境分析 介绍下IES中的热环境分析的功能和特点，热环境模拟是IES一项核心内容，它可以完成: 一. 二. 三. 四. 五. 六. 七. 八. 九. 十.

英国规范较核 1.英国建筑规范的L部分 (2006) – England & Wales 2.英国建筑规范的L部分 (2002) – England & Wales 3.英国建筑规范的第六节部分 (2004) – Scotland 二. 工业标准热分析计算 1.CIBSE热损失计算(ApacheCalc, Vista) 2.CIBSE得热计算 (ApacheCalc, Vista) 3.ASHRAE热负荷计算 (ASHRAELoads, Vista) 4.ASHRAE冷负荷计算 (ASHRAELoads, Vista) 三. 动态模拟 1.建筑动态能耗模拟 (ApacheSim) 2.自然通风模拟 (MacroFlo) 3.暖通空调系统模拟 (ApacheHVAC) 4.数据分析和后处理 (Vista, OutView, PlotView) ies中的热环境分析由两个分析模块，一个辅助模块，一个标准较核模块以及一个后处理模块。 apache 工业标准的负荷计算和动态的综合热环境模拟，其中包括ApacheCalc，ApacheSim 和ASHRAELoad apacheHVAC HVAC系统模拟 macroflo 用于自然通风和混合模式系统的模拟 compliance 英国部分建筑规范的较核

4.核心内容之光环境分析 IES中的采光的分析 IES的采光分析，可以进行自然采光分析，自动布灯，图像处理 等，使用起来很方便。

5.集成化分析模拟解决方案 方法一：

解决方案的核心：IDM

可以利用IES <VE>的强大三维建模能 力，建立复杂的三维物理模型

解决方案的核心：IDM

方法二： 从AutoCAD中读入 DXF格式的平面图， 自动生成三维模型

解决方案的核心：IDM

解决方案的核心：IDM

方法三：将Autodesk REVIT软件中生成的三维模型自动转换为IES模型

建筑环境的模拟：CFD 小区风速分布图

小区规划图

通过小区合理的布局，提高小区的 冬季防风和夏季通风，就可以达到 10%左右的节能效果，同时避免热 岛效应，改善住区的舒适度

建筑环境的模拟：CFD 风速云图

建筑周边的风速包面图

通过对单体建筑的CFD分析， 可以有效地改善建筑周边的风环 境，强化建筑的自然通风，达到 降低能耗、保护环境的目的

建筑环境的模拟：CFD

建筑模型

中庭的温度包面图

中庭的温度云图

建筑环境的模拟：CFD

室内温度的分布

空气龄分布

室内舒适度分布

建筑环境的模拟：CFD

户型通风分析

建筑环境的模拟：CFD

对于更加复杂的建筑及建筑群，可以试 用Star-CD或者Star-CCM+来计算， Star软件所提供的强大网格处理能力及 可靠的物理模型，让您的设计如虎添翼

日照模拟：SunCast 可以用来分析建筑全年任意 时刻的日照状况，尤其是引 入独特的日光Tracking功 能，可以将建筑内外的日照 效果同时表现，甚至可以将 遮挡物的效果也考虑在内

日照模拟：SunCast

在SunCast里动态显示建筑群的日照遮挡情况

日照模拟：SunCast

冬季

对遮阳的性能进行详细评价 – 同时将这个信息与能耗分

析模型共享

夏季

日照模拟：SunCast

在SunCast里可以计算建筑各个表面的内外照射面积，用于热负荷模拟

采光分析：Lighting 1

在FlucsPro定 量展示照度、 光通量、日光 因数等

2

在LightPro里布置照明位置

在RadianceIES 里定性展示照明 效果，并可进行 眩光分析

3

采光分析：Lighting

在RadianceIES对教室内的自然采光和人工采光进行分析

采光分析：Lighting

教室中采光分析

教室或者办公室能满足要求吗？ 能不能通 过改良设计来避免室内的眩光，而不是增 加各种百叶？

采光分析：Lighting

在RadianceIES进行眩光分析，眩光定义为平均亮度的7倍

采光分析：Lighting

人员疏散模拟软件：Simulex

可在Simulex对建筑平面布局、人员的情况进行设置

人员疏散模拟软件：Simulex

Simulex可以动态地显示人员疏散情况

电梯模拟：Lisi

建筑能耗的模拟：Apache 气象参数

围护结构参数

人员情况

共用化 数据包

设计条件

ApacheHVAC SunCast ApacheSim

ApacheCal

ApacheLoad

MacroFlo 系统详 细设定

动态负 荷模拟

CIBSE 负荷计算

ASHRAE 负荷计算 显示 模块

Vista

动态负荷

设计负荷

能耗水平

舒适指标

通风换气

CO2排放

计算 引擎

结果 汇报

建筑能耗的模拟：Apache

空调系统详细设定

建筑能耗的模拟：Apache

自然通风设置

建筑能耗的模拟：Apache

建筑能耗的模拟：Apache 10000 9000

10000

10000

8000 7000 Sys load (kW)

9000 8000

9000

Sys load (kW)

7000

8000

6000 5000 4000 3000 2000

6000

1000

5000

0 00:00

06:00

12:00

18:00

Date: Thu 28/Jan

4000 3000

7000

2000

Sys load (kW)

1000 0

6000

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 01

Date: Fri 01/Jan to Sun 31/Jan

5000 4000 3000 2000 1000 0 Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Date: Fri 01/Jan to Fri 31/Dec Room heating plant sens. load: (suzhou.aps)

Room hum. plant load: (suzhou.aps)

Room cooling plant sens. load: (suzhou.aps)

Room dehum. plant load: (suzhou.aps)

DHW heating demand: (suzhou.aps)

全年空调负荷结果

Dec

Jan

00:00

建筑能耗的模拟：Apache 2400 2200

全年二氧化碳排放量

CO2 emission (kgCO2/h)

2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Jan

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Date: Fri 01/Jan to Fri 31/Dec Total nat. gas CE: (suzhou.aps)

Total elec. CE: (suzhou.aps)

Dec

Jan

100

100

80

80

60

60

40

40

20

20

0

0

-20

-20

-40

-40

-60

-60

-80 Mon

Tue

Wed

-80 Thu

Date: Mon 26/Jul to Wed 28/Jul External conduction gain: bgs (suzhou.aps)

Internal conduction gain: bgs (suzhou.aps)

Aux vent gain: bgs (suzhou.aps)

Natural vent gain: bgs (suzhou.aps)

Infiltration gain: bgs (suzhou.aps)

Cooling plant sensible load: bgs (suzhou.aps)

Internal gain: bgs (suzhou.aps)

Solar gain: bgs (suzhou.aps)

Dehumidification plant load: bgs (suzhou.aps)

任意时间段内的负荷组成

Load (kW)

Gain (kW)

建筑能耗的模拟：Apache

建筑能耗的模拟：Apache 90

2.5

2.0

80

1.5 70

1.0 60

Percentage (%)

0.0 40 -0.5 30 -1.0

20 -1.5

10

0 Jan

-2.0

Feb

Mar

Apr

May

Jun

Jul

Aug

Sep

Oct

Nov

Date: Fri 01/Jan to Fri 31/Dec People dissatisfied: bgs (suzhou.aps)

Predicted mean vote: bgs (suzhou.aps)

某个房间的全年舒适度分析

Dec

-2.5 Jan

Predicted mean vote

0.5 50

建筑能耗的模拟：Apache

建筑平面布局

建筑能耗的模拟：Apache 传热系数(w/(m2*k)) 结构名称 传热系数 外墙

结构名 称

2*k)) 传热系数(w/(m 传热系数

外墙

0.33

1.7 6.40， ，内遮阳系数： 内遮阳系数： 0.8

外窗 屋顶

北 外窗

1.26 55%

照明指标

25W/m2

参考建筑参数表

屋顶

-

南/东 东 2.0 综合遮阳系 数：0.4 西

锅炉热效 率

2.0

2.0 综合遮阳系 数：0.4 0.40

模拟建筑参数表

建筑能耗的模拟：Apache

人员灯光作息时间表

年度空调系统运行时间表

空调系统运行时间表

建筑能耗的模拟：Apache 350 300 250 200

模拟建筑 参考建筑

150 100 50 0 总供热量

总供冷量

供热能耗

能耗 标准建筑空调及照明系统能耗 对比建筑空调及照明系统能耗

供冷能耗

输配系统能耗

照明能耗

能耗(MWh)/节能率(%) 805.560/0% 210.059/73.9%

管路计算：Mechanical 用户可以对系统中的风管、水管、自来 水管进行布置并选取管材，设定一定条 件后，Mechanical程序组会自动计算 各个管路的管径，并可以以三维方式展 示出来

三维风管路示意图

6.实例分析 该建筑是一所学校的设计,首先在VE里面建立该学校的三维模型. 这个模型的 建立是通过DXF导入二维CAD图来实现的,也可以在REVIT里建立模型,直接 导入IES.

教室里的采光设计是学校类建筑设计的一个关键点,只有好的采光才能保证学生的视 力健康. 着两张图给出了该建筑某个教室在晴天和多云条件下的室内自然采光效果. 在多云的天气下,教室离窗口较远地方的照度小于200Lux, 应该用人工照明的方式来 补足.

这张图给出了一个典型教室内部的眩光分布. 从图上可以看出,在晴天的条件下, 窗口 附近及日光灯附近将形成眩光,有非常大的亮度, 可能需要在设计中通过采用遮阳或者 是窗帘的方式来减弱眩光的影响.

这张图片给出了设计地点的主要气象参数

这张图给出了使用ＩＥＳ进行日照分析的结果．ＩＥＳ的日照分析模块可以显示 阳光进入室内的效果，甚至可以把建筑屋顶或墙体的一部分设置为不可见，直接 观察阳光在室内所能到达的位置，为室内的自然采光设计提供依据．下方的表格 给出了某个墙面在各个月的遮挡系数，为热模块的负荷模拟做好了准备．

这张图是使用IES里的ＣＦＤ模块对教室的室内环境进行分析的结果．ＩＥＳ的CFD模块 可以计算速度\温度\湿度\CO2浓度\PPD\PMV\空气龄等众多对室内环境进行评价的指 标,同时可以以包面\流线\动画的形式来表现各种CFD结果. 由于ＩＥＳ的集成性能，可以 把热模块所计算的房间墙面的温度作为边界条件直接输入ＣＦＤ模块来计算，大大提高了 效率．ＩＥＳ里面自带了各种各样的部件模型，包括人＼桌子＼椅子＼床＼家具＼电脑等 等，可以直接布置到房间里，为ＣＦＤ建模节省了大量时间．

这张图给出了建筑能耗的组成，二氧化碳排放量以及对于ＬＥＥＤ照明认证的计 算，可以方便地用于各种绿色建筑标准的评估使用．

7.不足之处 • • • •

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IES在太阳投影的模拟方面没有ECOTECT灵活.建摸比较死板.目前他只能以房 间为单位建摸,而无法组合不同的平面. 目前虽然可以设置自然开窗,但似乎无法考虑开启方式对流通的影响. 另一个比较重要的问题是在设置air exchange时,不是通过开洞来设置,而是 用临近面来实现,因此无法区分进风口和排风口 软件是由英国公司开发的，所以，里面整合了很多规范方面的东西，像维护 结构的材料等等，这些可能会与中国的不符，尤其是，英国建筑方面的材料 质量相对较好，所以，即便可以可以找到相似的材料，但是结果也会有偏差。 CFD和噪声分析是IES需要继续努力的地方 软件价格较贵，不容易普及，在国家没有制定新的强制性规范之前，只会是 少数一些专做建筑节能的企业会用

总体来说ies还是一款非常好的整体分析软件的，在同一个模 型下、可以进行大量的分析计算，代表了模拟软件的发展趋 势——BIM，如果cfd模块能做的更为强大就更好了，还有 ies是否考虑增加噪音模块，如果都做进去，就更好了。