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BIM这么牛,建筑能耗分析将如此简单
日期:2018-04-24 14:40  来源:交大建工/佚名  点击:176

1. 建筑节能现状 
       
         中国作为世界上最大的发展中国家,处于经济高速发展和现代化的进程中,必须要协调好能源利用与保护环境的关系,坚持以人为本和可持续发展观,最大化的实现资源集约利用。伴随着城镇化的快速推进,建筑能耗在快速增长,现在由建筑物所消耗的能源已占到能源消耗总量的 1/3 左右,建筑节能势在必行。

2. 传统能耗与基于BIM能耗分析

在中国建筑大环境下,传统的建筑能耗分析,主要是为了满足国家或地方制定的建筑节能设计指标所制定的规定性指标。传统能耗分析过程非常粗糙,模型建立也不精细,无法真正对建筑能耗做出精确的计算。而运用 BIM 技术对建筑进行能耗分析计算,不仅使建筑满足强制性要求,在使用功能不变的条件下,尽可能的使建筑的能耗降到最低。整个过程透明化,各参与方通过 3D 数字信息模型就可以事先模拟建筑物任意构件变换后所产生的能耗。

基于 BIM 的能耗分析与传统能耗分析对比


上表可以看出,传统的能耗分析,分析工具选取困难;模拟结果的准确性有待提高;能耗模拟软件以满足国家或地方制定的建筑节能设计指标为目的而对设计的经济性分析欠缺。而基于BIM 的能耗分析可进行更全面的性能分析;可视化的设计,方便与业主的交流沟通;通过概念阶段就开始的能耗模拟能及早的发现存在的问题,从而解决问题,减少损失;BIM分析工具不仅计算功能强大,还包含材料数据和气候模式的综合数据库。以能耗分析的结果为依据,从真正意义上构建节能建筑。

3. 基于 BIM 技术的建筑能耗分析实例

3.1 工程实例介绍

本项目为中南大学新校区学生素质教育中心,由中南大学投资开发,湖南建工集团三公司承建。位于长沙市中南大学新校区内,东边与北边接校区规划路,南边为校区景观主轴,西临榨泥湖,与学校图书馆隔湖相望。本项目是一栋独立的校园建筑,地上4层,地下1层,建筑高度为23.9米,项目总建筑面积为9623.43平方米,地上节能计算面积为8307.49平方米,地下节能计算面积为1315.94平方米。结构类型为钢筋混凝土框架结构。体型系数为0.21,属乙类能耗公共建筑。项目效果图如下:

中南大学新校区学生素质教育中心

3.2 能耗模拟方法

应用Green Building Studio软件进行模拟,Green Building Studio是Autodesk发布的一款针对设计师的能耗模拟软件,采用DOE-2引擎进行云计算,能读取Revit模型发布的gbXML格式的文件,让设计师快速地对自己的设计成果进行能耗计算,优化建筑设计方案。

3.3 操作步骤

第一步,利用Revit、Vasari等BIM软件建立带详细建筑参数的模型;

第二步,通过登录web登入Green Building Studio创建基本项目信息(项目位置、当地用电单价、天然气单价等);

第三步,将模型导出gbXML文件,通过Web端上传到Green Building Studio的服务器上,进行建筑整体能耗、碳排放等分析计算;

第四步,计算完成后,将结果进行导出和比较。整体流程图如下:

3.4 基于Revit的Green Building Studio能耗模拟流程

基于Revit的能耗模拟根据建筑能耗的气候条件,地形条件,朝向、形体、构造组成等因素进行统计,其主要分为三大类,一是指建筑周边环境及气候因素的外部条件;二是与建筑设计相关的因素;三是和建筑的运行管理相关的因素。基于Revit的模拟设置图如下:

(1)建立项目模型

(2) 设置项目朝向,确定项目实际采光情况。

(3)项目地址-长沙市,项目地址设置完成即可从服务器自动获取美国能源部提供的当地气象数据,Green Building Studio会根据气象参数进行能耗模拟分析。在此项目中气象站距离项目9KM,使用气象站的HVAC设计数据。项目方位及位置设置如下。

(4)设置中南大学新校区学生素质教育中心项目围护结构。围护结构的设置可确定选材的热工参数,这些参数将参与负荷计算。利用这些,可以计算出建筑采暖和制冷的能耗及其能源花费。如下图:

(5)放置空间与进行分区。空间设置,根据房间功能给每一个房间加上空间参数,下图为3F空间分区图:

 

(6)空间参数。空间参数包括设计人均面积、显热及潜热增量、需要的照明及电力负荷密度、房间照明及电力运行时间比例曲线。例如交流大厅空间参数设置,根据大厅座位设定确定人均面积,考虑所需的照明及电力负荷密度,综合人的显热及潜热增量以及使用时间表就可以计算出理论大厅所需的能耗。除了显热增量以外,人员还会发出潜热增量。此潜热增量是瞬时的,而显热增量(如设备的显热增量)受空间的热量存储特性影响。


(7)指定建筑的使用明细表。此设置根据所选的建筑类型选择一个最接近于建筑假定运营时数的明细表。如下图:


(8)分区参数设置。简单说来分区是同类型功能空间的集合,一般先创建空间,后将建筑空间归类到各个分区。

(9)设置各个分区的新风信息。指定区域制冷信息、加热信息以及新风信息。如下图:



 

(10)运行负荷计数,输出计算报告。这样我们可得到项目需要的总负荷,帮助设备选型。

(11)登陆Green Building Studio(https://gbs.autodesk.com),新建项目,设置长沙市当地用电单价1.3元/kwh、天然气单价6.8元/therm。如下图:

(12)中南大学新校区学生素质教育中心项目模型导出为gbXML格式的文件,上传云端,进行能耗模拟。

软件会根据设置的项目地点的气象参数、建筑朝向、围护结构、空间及分区设定计算出中南大学新校区学生素质教育中心项目设计的理论能耗。能耗模拟结果如下:
















​3.5 能耗模拟结果分析

3.5.1 能源需求侧指标分析

可以看出,项目的冷负荷都高于热负荷,这说明此项目方案的围护结构的保温性能高于隔热性能。建筑围护结构的节能潜力最大,尤其是外窗、外墙与屋顶;外墙、外窗及屋顶的材质的选取与传热负荷大小相关度较高;合理选取外墙外窗屋顶的材质类型,同时优化外窗的布置,可以减少外墙、外窗、屋顶的传热负荷,从而降低建筑能耗;人本身就是热源,会不断的向外散失热量,随着建筑室内人员的增多,人均面积减少,室内的制冷负荷会较快增加,采暖负荷会缓慢下降;合理设定空调温度,对降低建筑能耗很重要。因而,节能要着重关注从气候到微气候、从能量需要到能源供给,综合考虑冷热效应、能源构成和供应方式以及能源输配损失等因素对节能减排性能的影响。

3.5.2 总体能耗指标分析

中南大学新校区学生素质教育中心项目冷热负荷低,热负荷密度为83.73W/m2,冷负荷密度为271.77 W/m2,总体能耗强度为756MJ/sm/yr,低于国家标准,这说明中南大学新校区学生素质教育中心项目的节能运行有效。

结语

通过中南大学新校区学生素质教育中心项目案例可看出基于BIM思想的建筑能耗分析是可行的并且是可持续性的。BIM中心利用BIM技术创建BIM模型,将其直接导入能耗分析软件中,快速的得到能耗分析结果。这有助于提高设计人员的设计质量,也有助于提高建筑的各项效能,从而在源头上控制建筑能耗,为建筑节能设计打下基础。可见,运用BIM技术进行建筑节能设计是未来建筑节能设计的发展方向。

 

【责任编辑 Judy】


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