基于BIM技術(shù)的HVAC系統(tǒng)能耗管理探究

鄧蘭西 李明柱 張凱博

摘要：建筑低能耗是提升建筑品質(zhì)和性能的關(guān)鍵，HVAC系統(tǒng)作為建筑的重要組成部分，該系統(tǒng)的能耗管理體系對降低建筑能耗至關(guān)重要。傳統(tǒng)HVAC系統(tǒng)存在設(shè)備選型、管網(wǎng)布置不合理，運維管理不規(guī)范等問題。基于BIM技術(shù)的HVAC系統(tǒng)實現(xiàn)了全生命周期內(nèi)，各階段數(shù)據(jù)的采集、儲存、分類、處理。結(jié)合各項數(shù)據(jù)，設(shè)計出一套具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，實時能耗監(jiān)控，故障報警的HVAC系統(tǒng)能耗管理方法，推動BIM技術(shù)在暖通行業(yè)能耗管理方向的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);HVAC系統(tǒng);能耗管理;全生命周期

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的加快，能源需求的不斷增長與能源儲量減少的矛盾日益突出。建筑場館中的HVAC（Heating，Ventilation and Air Conditioning）系統(tǒng)，可處理室內(nèi)空氣的溫度、濕度、流動速度以及新鮮度等指標(biāo)，以達(dá)到使環(huán)境舒適的需求。目前，我國暖通空調(diào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀主要為能耗大，HVAC系統(tǒng)占建筑的總用電量的很大一部分，約為60%-70%，特別是夏季空調(diào)用電高峰季節(jié)，和冬季供暖期間，能耗管理顯得尤為重要。

1HVAC系統(tǒng)能耗管理的現(xiàn)狀

當(dāng)前HVAC系統(tǒng)的復(fù)雜性、多樣性及不確定性，加上傳統(tǒng)的管理方法，使得各階段數(shù)據(jù)難以收集，對運維管理造成阻礙，導(dǎo)致能耗過大，節(jié)能措施不合理等情況。引發(fā)的原因有：工程前期階段，未能準(zhǔn)確規(guī)劃建筑物的功能、用途，從而對工程實施階段造影響;HVAC系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選型、管網(wǎng)布置方面存在不合理之處;設(shè)備在安裝施工過程中，根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行修改、調(diào)整，導(dǎo)致信息傳遞不一致及遺漏。各階段的缺陷使得運維階段的能耗管理難以達(dá)到設(shè)計要求。同時建筑運行維護(hù)周期長，設(shè)備維護(hù)不及時，管理方式不科學(xué)，導(dǎo)致能耗過大。而建筑具有投資回報周期長的特性，同時不確定性高，所以能耗控制在前期規(guī)劃階段不被重點考慮，又由于后期信息的采集、整理、對接，以及運維管理的不完善，使得能耗管理難以發(fā)展。

2BIM技術(shù)在HVAC系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1工程前期階段

此階段數(shù)據(jù)可分為兩部分：概念階段和優(yōu)化階段，在概念階段時設(shè)計模型的位置、空間、設(shè)施、系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，在優(yōu)化階段時會產(chǎn)生更多有關(guān)設(shè)施的選材數(shù)據(jù)，空間位置數(shù)據(jù)等的信息。

詳細(xì)規(guī)劃工程交付范圍，各參與方的工作范疇，準(zhǔn)確錄入建模的建筑構(gòu)件，使BIM信息能夠滿足設(shè)施能源管理的需求。并向設(shè)計團(tuán)隊，施工團(tuán)隊提供所需數(shù)據(jù)的詳細(xì)清單。

工程實施階段，各方數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，需要在工程開始前，制定明確的數(shù)據(jù)交付格式，對軟件產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理以滿足能耗管理系統(tǒng)的特定要求。

不同于傳統(tǒng)的二維設(shè)計中使用的線條，同時使用文字和數(shù)字的輔助方法，BIM技術(shù)能表達(dá)管道的實際位置，設(shè)備的相互連接方式和線路以外，它還以點、線、面的形式，全面、精細(xì)的表達(dá)HVAC系統(tǒng)的設(shè)計特點。同時，BIM技術(shù)的應(yīng)用可以直接選擇管道和設(shè)備的模型，并根據(jù)實際需要建立管道尺寸，高度和相關(guān)的三維信息模型。直觀的表達(dá)，有助于施工人員更好的了解和掌握設(shè)計要點，降低施工難度。

2.2施工階段

用BIM模型替代的圖紙可以直接生成所需材料的名稱、數(shù)量和材料等信息，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)計變更時，該變更需要及時錄入BIM信息庫的相關(guān)明細(xì)中。同時BIM技術(shù)的應(yīng)用，對多專業(yè)、多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，按系統(tǒng)和構(gòu)件類型進(jìn)行劃分統(tǒng)計整理，為工程設(shè)備采購管理提供數(shù)據(jù)支持，有效避免因材料投放過多或過少而產(chǎn)生的額外費用。

2.3移交運維階段

根據(jù)HVAC系統(tǒng)設(shè)備的具體狀況，制定合理的維護(hù)計劃，對設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行檢查與管理，并且記錄其管理的信息，使之有效的投入使用。同時對HVAC系統(tǒng)內(nèi)部運行的過程中的一些能源消耗進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，就一些不合理的消耗加以處理，并將能源優(yōu)化輸送到對應(yīng)的渠道。

3BIM技術(shù)jHVAC系統(tǒng)能耗管理方法

基于BIM技術(shù)的HVAC系統(tǒng)能耗管理體系主要分三部分：數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理，能耗監(jiān)控管理，報警系統(tǒng)管理，如圖所示。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)需要對HVAC系統(tǒng)各設(shè)備能耗數(shù)據(jù)，實時采集和遠(yuǎn)程傳輸管控。系統(tǒng)管理人員對現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分析，并以圖像，表格等形式對信息進(jìn)行整理。能耗監(jiān)控分析系統(tǒng)需要實時反饋HVAC系統(tǒng)的能耗情況，主要涉及供暖、制冷系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控，燃?xì)忮仩t系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控，太陽能系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控，水泵系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控等。管理人員依據(jù)監(jiān)測反饋，分析HVAC系統(tǒng)能耗趨勢，并以趨勢圖的形式對時趨勢、日趨勢、月趨勢進(jìn)行表達(dá)，對能耗管理方案及時進(jìn)行調(diào)整。同時，加入報警系統(tǒng)，對所監(jiān)測的HVAC系統(tǒng)設(shè)備處于一場工作狀態(tài)下，系統(tǒng)自動發(fā)出報警信息并記錄。

4結(jié)束語

BIM技術(shù)有助于在HVAC系統(tǒng)全生命周期中實現(xiàn)信息傳輸和處理。BIM模型將HVAC系統(tǒng)的預(yù)先計劃數(shù)據(jù)傳遞到設(shè)計、施工階段，并將這部分?jǐn)?shù)據(jù)傳遞到運行維護(hù)管理階段。它實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高校集成和靈活使用，并為HVAC系統(tǒng)的能耗監(jiān)測和管理提供數(shù)據(jù)支持。本文結(jié)合HVAC系統(tǒng)組成部分，設(shè)計了能耗管理方法，提出了系統(tǒng)構(gòu)架。以節(jié)能為核心，設(shè)計HVAC系統(tǒng)能耗管理體系，能促進(jìn)暖通行業(yè)綠色化、信息化的發(fā)展，為HVAC系統(tǒng)能耗管理的研究提供參考方向。