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[分享]BIM在节能改造领域将大有可为!

发表于2019-08-08    195人浏览    1人跟帖    筑龙币+50  复制链接  只看楼主

目前,我国存在大量的既有居住建筑,其中大部分是 80 年代之后建造的。建筑 材料的使用方面,主要是普通烧结砖和钢筋水泥。从热工性能方面来说,建筑的围护结构热工性能远不能达到我国的节能设计规范要求。

由于这些建筑还存在着很大的使用价值,如果简单粗暴的推倒重建,住户来说需要承担一定经济压力,对自然环境来说,由于烧结砖和混凝土等材料的自然降解需要几十年甚至几百年,污染自然环境

随着社会的发展,国家专项资金的支持,既有居住建筑节能改造的需求越来越大。BIM作为国家推广的技术,通过案例,让我们来看看在既有建筑节能改造领域,BIM如何大有可为。

案例分析

1、项目概况

以安徽某小区为例,该小区共建有居住建筑 6 栋,均为 6 层住宅楼,设计使用年限 70 年。造于 1997~1999 年,住宅建筑总面积为 6381㎡。结构形式为普通框架结构,未采取保温措施。外墙采用烧结普通砖,清水墙体分化严重,外观情况比较差,传热系数远高于 《安徽省居住建筑节能设计规范》的规定限值 1.0 W/(㎡·k)。屋面为加气混凝土层平 屋面,屋面使用中重新做过防水设计。外窗的构造形式各户的情况不一,大多依旧采用老式普通铝合金窗户,保温性能比较差,气密性也不好,漏风现象严重。 

2、模型的建立

从项目原设计单位找到原始图纸,首先根据项目的图纸内容,收集所需族文件,如果没有则需要单独创建。然后根据项目图纸内容进行绘制,注意标高等参数的设置。在模型创建的过程中,要及时检查原有图纸疏漏地方,因为原工程竣工可能会有图纸变更没有反映出来,还有的分部分项工程在使用过程中已进行改造过。创立过程中,对信息不全,图纸不清的地方需要整合清楚,如有必要,需要现场测量情况。 

BIM在节能改造领域将大有可为!_1

3、利用 BIM 技术对既有居住建筑节能潜力分析 

围护结构热工性能分析 

用 Revit 模型导入到建筑节能设计分析软件 PBECA 中,软件可以计算出建筑物 各种形式的维护结构的面积和建筑物体积,计算各朝向的窗墙面积比、建筑物的体形 系数、考虑热桥影响后墙体(含外墙、分户墙)的平均传热系数等,并比较判断计算 结果是否满足相关节能标准的要求。摘取建筑节能计算报告书中重要的综合权衡表和 综合判断结论两部分。

综合权衡表 
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综合判断结论
序号
检查项
结论
1
天窗类型
2
屋顶构造
不满足
3
外墙构造
不满足
4
可开启面积
不满足
5
外窗气密性
不满足
6
综合权衡
不满足
结论
不满足

通过对建筑节能改造前的围护结构的热工性能的模拟计算,综合权衡后得到综合判断结 论,屋面、外墙和外窗等围护结构热工性能均不能满足《安徽省居住建筑节能设计标准》中 相关要求。 

光环境分析 

将Revit模型导入到Autodesk Ecotect Analysis中,并与Radiance相结合进行模拟。Autodesk Ecotect Analysis 软件是一款功能全面,适用于从概念设计到详细设计环节的 可持续设计及分析工具,其中包含应用广泛的仿真和分析功能,能够提高现有建筑和 新建筑设计的性能。但 Ecotect 的计算精度较低,而 Rdiance 软件是由美国劳伦斯伯 克利国家实验室以及瑞士洛桑生态技术联邦局开发的采光软件,采用了蒙特卡洛算法优化的反向光线追踪算法,相对于光能传递算法来说光线追踪更适合于精确的建筑采光分析,国际上采光分析论文基本都采用 Radiance 进行模拟,该软件分析计算的结果受到广泛的认可。本论文采用 Ecotect 建模,然后利用 Radiance 软件内核进行模拟计算,最后将计算结果返回 Ecotect 进行可视化分析。 

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  标准层室内采光系数分布云图(卧室、起居室、厨房等) 

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标准层室内室内照度分布云图(卧室、起居室、厨房等) 

室内风环境分析 

用 Revit 打开模型,导出.dwg 格式的三维模型。将此格式的模型导入到建筑风环境模拟软件斯维尔 Vent 中。Vent 依据《建筑通风效果测试与评价标准》JGJ/T 309— 2013 推荐的 RNG k–ε湍流模型进行室外流场计算。 

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高度风速矢量图 

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高度风速云图 

能耗分析 

居住建筑的节能性由维护结构热工性能、建筑朝向、体形系数、窗墙比等参数决定,但是居住建筑到底节能多少需要对能耗进行量化。居住建筑的能耗分析就是通过模拟计算的手段,分析上述建筑单体本身属性的改变对建筑全年能耗的影响,进而为建筑师改进单体设计提供科学的依据。

将 REVIT 中建筑模型保存成.idf 格式的文件,在 IDFEdit 中对模型的参数进行 更加详细的设置,根据《安徽省居住建筑节能设计标准》第 5.0.5 的规定采暖和空调 系统的运行规定如下:

  • 采暖计算期为当年 12 月 1 日至次年 2 月 28 日,空调计算期应为当年 6 月 15 日至 8 月 31 日; 
  • 室外气象计算参数采用当年典型气象年;
  • 整栋建筑每套住宅室内计算温度,冬季全天取 18℃,夏季全天取 26℃;
  • 采暖、空调设备为家用气源热泵空调器,制冷时额定能效比取 2.3,采暖时额定能效比取 1.9; 

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通过对软件输出的 Spreadsheets 文件数据进行统计分析,得到改造建筑能耗的情况:

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4、改造方案的设计 

节能性分析

本项目提出来三套方案,建造出相应的 Revit 三维模型。将模型导出到 PBECA 软件中进行模拟计算分析,验证外墙、门窗和屋顶等部位平均传热系数是否满足规范要求。在 ECOTECT、 斯维尔 Vent 和 ENERGY PLUS 等软件中,分别验证采光遮阳、室内通风和建筑全年能耗是否满足要求。如果有不满足要求的地方,应及时修改优化方案。分析数据如下:

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通过三种方案的热工性能的数据分析,可以得出方案一的热工性能最优,其次是方案二,最后是方案三,且三套方案均满足《安徽省居住建筑节能设计标准》的相关要求。

可视化分析 

Revit 所建三维模型,在软件里便可以进行可视化分析。设计人员及时对改造方案做出修改意见,并对比不同方案在建筑美学方面的优缺点。 

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能耗分析 

利用 Energy Plus 分别对三套方案的全年能耗进行分析

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三套方案的采暖耗热量、空调耗冷量、采暖耗电量和空调耗电量逐渐增大,方案三能耗与方案一、二的差距最大。因为方案一采用了更好的保温措施,所以相应能耗也最小。

造价分析 

将设计方案的 Revit 工程模型导入到算量软件中,软件自动识别 Revit 模型中构件,进行清单定额套取并计算工程量。 

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结论:单位经济指标方案一与方案二和方案三分别相差 3.5%和 16.19%,总体来说方案一与方案二的造价相差不大,方案三造价最低。 

节能改造经济性分析

根据能耗模拟结果,该项目在进行节能改造后,建筑物单位能耗由 70.08 kWh/m2 降低到方案一的 39.92kWh/m2,方案二的 43.4kWh/m2,方案三的 53.86 kWh/m2,按 此计算每年的节能收益为,方案一:(70.08-39.92×6381×0.5953=114566 元  ,方案二和方案三分别是:101346 元与 61614 元。      

根据采用投资回收期法进行对节能改造经济性分析,动态回收期计算考虑资金时间价值、折现率等因素,设第一年全年为改造期,货币的标准折现率为 5%,并从第二年产生折现率,节能改造的支出费用和改造后每年收益情况。运用动态回收期公式得到计算结果:方案 1 P't=13 年,方案二 P't=15 年,方案三 P't=21 年 (P't 为动态投资回收期)。     

经过业主委员会综合考虑节能效果、节能费用和节能投资回收期,最终选择方案 一。目前进行节能改造的居住建筑大多是使用了十几年的旧住宅,一般居住建筑的使用年限为 50 年,由改造方案的节能动态回收期为 13 年可知:在进行改造后,十几年的时间可收回投资,至少还有一、二十年的收益。因此节能改造既能大大节省住宅使用过程的费用,又能大大降低住宅的使用能耗,提高室内居住舒适度,值得广泛开展。

5、总结

中国既有居住建筑节能改造事业已开展十多年,已经初步形成一个系统,既有居住建筑节能改造的包括围护结构的节能改造,遮阳通风改造,建筑设备改造更新,可再生能源的利用等方面。但是缺乏比较完善的节能改造方案,包括改造前,改造中,改造后的模拟分析和数据实测收集。利用 BIM 技术能够很好分析出既有建筑节能方面存在的问题,设计出适合的节能改造方案。 

来源:BIM    微信公众号    BIM学社
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 发表于2019-08-08   |  只看该作者       筑龙币+20

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