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TUHVAC：集成化的空调设计分析环境

TUHVAC:anintegratedevelopmentenvironmentforHVACdesignandanalysi

1TUHVAC的设计思想

目前世界上已出现多种版本的暖通空调CAD软件，这些CAD软件多数还只是一个绘

图工具，用来提高工作人员的工作效率，仅有少数软件将一些设计计算与绘图相结合。

然而真正意义上的CAD概念是计算机辅助设计，也就是使计算机在方案确定、设备选择、

设计计算、材料统计、价格概算及工程绘图等各方面全面地为设计人员服务，从而真正提

高设计质量和工作效率。由此看来，一个完整的CAD系统应具有三方面的功能；

①数据库、知识库功能。能够存储各类设备信息（相当于设备手册）、设计参数（相

当于设计手册）及国家标准（相当于规范）。设计人员能够方便地检索和使用这些信息。

②计算功能。能够做多种计算分析以适应不同阶段的设计要求。如系统参与能耗估算

（用于制定初步设计方案）、设备选择计算、风道水管设计计算、系统全年模拟分析、

（以验证系统性能并对系统作全面评价）、成本与运行费用分析计算、动态模拟计算（以

确定控制方案）等。

③绘图功能。包括从初始阶段系统图的绘制到最终阶段的施工图绘制。

对于如上要求的三方面功能，均有相应的软件可满足要求。例如相当多的数据库程序

可用于信息的存储和检索；BTP可用于上述一些方案的设计计算；TRNSYS和HVACSIM+可用

于全年模拟或动态计算；各种CAD工具则可用于工程图绘制。然而，实际调查却发现，无

论是在国内还是美、日和欧洲的发达国家，数据库和设计分析软件都很少用于实际的空调

工程设计。究其原因，可以发现目前的软件存在如下一些问题：

①集成度不够，软件是联系差。数据库检索的信息不能直接被计算程序所应用，计

算程序所得的结果不能直接被绘图工具利用。

②就单一的计算过程来说，不同的程序仅能作某一种分析计算，而要完成上述各种分

析就必须使用不同的程序，准备大量的数据文件，这是一项乏味、重复而且容易出错的工

作。

③设备参数性能缺乏标准的描述方式。软件中所用的设备描述方式与设备厂家所提供

的性能描述方式往往不一致，需要程序使用者去做数据转换。这需要很大的工作量，有时

是不切实际的。

④软件界面简陋，极不好用。设计者如果不对软件本身作详细的了解，就难以准确地

知道其输入输出的实际意义。设计人员为了能够利用这些软件解决设计中的实际问题而不

得不花大量的时间精力去弄懂每一个软件。作为软件的使用者，并不愿意受软件的驱使，

而希望作软件的主人。一个好的软件应该从使用者处理要求很少而为使用者提供最大的帮

助，应服从于用户而并非让用户服从它，这应是新一代软件的主要设计思想。

正是基于这样的设计思想，清华大学开发研制了TUHVAC系统，用于暖通空调系统设

计、分析和评价。2TUHVAC的总体结构

TUHVAC系统融合了数据库技术和模型求解理论，图1是TUHVAC总体结构图。它包

含三个大的部分：用户图形界面（GraphicUserInterface）、数据库及系统描述

（DatabaseSystemDescription）和求解器（TUSimulator）。

图1TUHVAC总体结构图

系统运行时，用户利用图形界面描述空调系统，综合利用数据库中设备库（CL）和知

识库（BKD）的信息，描述计算要求（SRF）并定义控制系统（CDF），从而生成该系统的

描述文件（SDF），求解器根据SDF、SRF和CDF的信息，必要时还需要气象数据（WD）进

行综合求解，并按输出数据格式（CRF）输出求解结果。

整个过程中使用者的工作量很小，只需通过GUI描述系统（这一过程也仅是一些选择

过程），其他信息如设备库、知识库均是以自然语言写成，使用者理解起来没有任何困

难，无需对软件本身有太多的了解。由于用户自己定义计算要求、控制方案和输出格式，

能够清楚地知道计算机在干什么，自己可以从中得到什么，从而真正成为软件的主人。

2．1知识库（BKD）

知识库是专家系统中储存空调基本知识、设计经验、评价标准以及国家规范的通用数

据库。其中包括流体介质如空气、水和R22的一些状态参数，i-d图的有关知识，不同量

纲系统之间的互换关系，设计用的一些经验数据，系统运行优劣的评价标准等。知识库具

有可扩充性，随着系统的完善和用户