DOE-2.2 建築耗能動態模擬分析軟體之簡介

一般而言，建築物之耗能結構可分為空調、動力、照明三大項目來探討，其中動力 及照明部分之耗電量與使用時間大略可經由線性關係計算而得知。然而，在空調耗能部 分，因受季節、建築結構、運轉模式及內部空調負荷之影響，故計算上較為複雜，因此 必須藉電腦程式模擬來分析其耗能情形。而建築物能源分析所使用之動態模擬軟體 DOE-2.2 是由 Lawrence Berkeley National Laboratory(LBNL)等多個單位共同開發，並獲 得美國能源部支持。

由於 DOE-2.2 可以同時計算建築外殼條件、建築使用模式、空調設備運轉條件、

外氣量、間隙風、內部發散熱等資料，並能夠精確地計算全年建築負載之熱流變化，且 計算時間間隔為一小時，一年可得 8760 筆逐時資料，因此被另稱為動態解析程式。在 眾多的建築電腦模擬軟體中，DOE-2.2 以其嚴謹的科學計算程序、兼具彈性極大範圍的 條件輸入與程式開放性，而成為當今最為權威以及受到世界上的知名研究機構、政府以 及學校等單位所採用之建築能使用源分析的跨平台電腦模擬軟體。

DOE-2.2 主要功能為提供建築物使用、設計、營造者與研究機構一個最先進、公正、

與具完善技術文件之電腦科學計算環境，利用已知之氣象資料、建築設計資料、冷暖氣 空調系統與能源使用費率等資訊，預測建築逐時耗能以及能源使用成本。因此，DOE-2.2 可用以輔助作為建築能源使用分析。而該程式之執行，不僅要提供建築設計之主要參考 資訊，且需要參酌經驗豐富之建築師與工程師之判斷。

DOE-2.2 主要功能為提供建築物使用、設計、營造者與研究機構一個最先進、公正、

與具完善技術文件之電腦科學計算環境，用以進行建築能源分析。DOE-2.2 之原始程式 碼是以具有可攜性之 FORTRAN 語言所撰寫，因此擁有高度之跨平台執行能力，可大 部分之電腦平台執行計算，DOE-2.2 之主要架構及計算程序如圖 2-2 所示。基本上

DOE-2.2 具有一個讀取使用者輸入條件之模組(BDL Processor)以及四個具有模擬功能之 子程式模組(LOADS，SYSTEMS，PLANT and ECON)，另有兩個資料模組專門處理氣 象 資 料 (Weather Data) 及 建 築 物 設 計 構 件 與 材 料 資 料 庫 (Library) 。 其 中 LOADS 、 SYSTEMS 與 PLANT 三個模組必須依序執行，例如，LOADS 程式之輸出結果作為下 一個 SYSTEMS 程式之輸入條件，依此類推。最後之 PLANT 輸出結果，則作為 ECON 之輸入值。每一個模組子程式皆將各自專屬計算結果進行報表輸出。

圖 2-2 DOE-2.2 軟體之計算架構 (本研究整理)

DOE-2.2 主要架構之各項模組說明如下：

(1) BDL Processor

BDL(The Building Description Language)處理器讀取具彈性格式之輸入資料，並且將 其轉譯成電腦可辨識之格式。同時，計算牆壁內瞬時熱流之反應係數 (response factors)，以及建築空間之熱反應加權係數(weighting factors)。

(2) LOADS

每個空間都維持在使用者所設定之溫度之假設下，LOADS 子程式模組計算每一個 使用者指定之建築空間內之逐時顯熱與潛熱荷。氣象與陽光條件、人員之時間變動、

照明與設備、通風、牆壁熱傳屋頂、窗戶與遮陽等條件都會反應在 LOADS 模組之 計算結果。

(3) HVAC

其中又分為 SYSTEMS 與 PLANT 兩個子程式模組，其中 SYSTEMS 處理空調二次 側系統，PLANT 則處理一次側系統。SYSTEMS 子程式模組計算空氣側設備(風機、

盤管及風管)之性能，該模組藉由外氣量需求、設備運轉時間、設備控制策略、以 及溫度感測器設定值等條件之考慮，而進一步修正 LOADS 模組以定溫方式計算所 得之負荷。SYSTEMS 子程式模組可計算出氣流與盤管負荷。PLANT 則計算出鍋 爐、冰水主機、冷卻水塔、儲冰槽等設備之性能，以滿足二次側之加熱與冷卻盤管 負荷。並且為了計算建築物燃料使用及電力需求量，該計算程式亦考慮到一次側之 部分負載特性。

(4) ECON

ECONOMICS 子程式模組計算出能源使用成本，並且可進一步比較不同建築設計 之成本與效益，或是既有建築更新後可得之能源成本節約量。

(5) Weather Data

平均氣象年資料 TMY2(Typical Meteorological Years)是以逐時記錄各筆氣象變動之 數據，包括逐時之外氣乾球溫度、濕球溫度、大氣壓力、風速與風向、雲量，及太 陽輻射量。藉由執行 DOE-2.2 之氣象資料處理程序模組，可將美國國家氣象服務(U.S.

National Weather Service)以及其他組織提供之原始氣象資料，轉譯成適合 DOE-2.2 之格式。

(6) Library

DOE-2.2 軟體內含有建築構建輸入之資料庫，包含牆面材質、多層牆構造、屋頂以 及窗戶等等。DOE-2.2 的資料庫中也有內建多種空調系統的冷氣性能曲線，而本研 究由於要針對多個案例的空調系統大多已使用多年，故較難取得空調系統真實冷氣 性能曲線，故本研究僅以 DOE-2.2 的資料庫中的內建冷氣性能曲線進行計算。