BIM在空調(diào)暖通施工過程中的節(jié)能分析

馬志，毛云華

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

BIM 技術(shù)被廣泛應(yīng)用到建筑領(lǐng)域已有十多年時間，并取得了良好效果。不僅能夠直觀展示工程項目模型提高建筑設(shè)計和工程建設(shè)管理的效率，還能有助于參建單位加強數(shù)據(jù)共享交流，更好地參與建設(shè)過程。但是，BIM技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在些許問題，BIM技術(shù)需要較高的成本及人力技術(shù)，比較適合應(yīng)用在大中型項目上，且目前沒有完善的咨詢管理。BIM技術(shù)尚未達到比較純熟先進的水平，各建設(shè)單位的BIM技術(shù)水平、人才結(jié)構(gòu)及應(yīng)用程度各有不同。目前的BIM軟件培訓、認證考試比較多，但是培訓效果對從業(yè)人員來講，由于缺乏實際應(yīng)用經(jīng)驗，與現(xiàn)場應(yīng)用有一定差距[1-3]。

2 暖通空調(diào)施工系統(tǒng)的能耗問題

2.1 暖通空調(diào)施工系統(tǒng)基礎(chǔ)

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)主要原理是采用空調(diào)設(shè)備對建筑室內(nèi)環(huán)境進行人工干預(yù)，調(diào)節(jié)空氣溫度、濕度、風速、空氣潔凈度。暖通空調(diào)系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)包含：熱源、冷源、空氣濕熱處理、動力設(shè)備、空調(diào)管道、控制系統(tǒng)。目前，建筑空調(diào)系統(tǒng)主要分為分散式、半集中式和集中式空調(diào)系統(tǒng)。空調(diào)系統(tǒng)的運行需要與建筑結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，并滿足一定除濕調(diào)溫負荷要求，目前，建筑物中使用最廣泛的是半集中式空調(diào)系統(tǒng)（見圖1），也就是在風機盤管加新風系統(tǒng)。

圖1 半集中式空調(diào)系統(tǒng)

2.2 能耗現(xiàn)狀

根據(jù)建筑智能設(shè)備管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，建筑設(shè)備中，暖通空調(diào)系統(tǒng)（見圖2）與電梯系統(tǒng)的能耗最高，暖通空調(diào)的能耗高達50%，屬于高能耗系統(tǒng)。尤其是在大型公共場所，機場、車站候車大廳、商場及公共場館，空間及人流量較大，空調(diào)能耗比較高。該類場所由于其空間大，熱負荷波動較大，空調(diào)系統(tǒng)的出力運行不穩(wěn)定，室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)困難，導致空調(diào)系統(tǒng)運行能耗較高。在當前全社會提倡節(jié)能減排，碳達峰、碳中和的環(huán)保目標下，該類能耗運行問題需要盡快解決。

圖2 暖通空調(diào)系統(tǒng)

2.3 原因分析

空調(diào)系統(tǒng)采用壓縮機及風機做功，將冷熱源通過管道輸送至負荷較高區(qū)域，消除室內(nèi)濕熱負荷。影響室內(nèi)濕熱負荷高低的因素主要有以下幾個方面：①室內(nèi)人員活動散熱、照明散熱、機械設(shè)備運轉(zhuǎn)散熱；②建筑物的圍護結(jié)構(gòu)、門窗玻璃等與外界的傳導熱負荷；③新風系統(tǒng)運行時與外界換氣產(chǎn)生的是熱負荷。其中，建筑物的外墻結(jié)構(gòu)與外界的傳導熱量是熱負荷的主要來源。因此，基于BIM 管理技術(shù)，降低建筑結(jié)構(gòu)的熱傳導效應(yīng)，增強其保溫隔熱性能，成為降低室內(nèi)熱負荷、利于空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保運行的主要措施。

3 暖通空調(diào)施工系統(tǒng)對環(huán)境的影響

建筑通風空調(diào)系統(tǒng)運行中，容易導致城市熱島效應(yīng)。城市熱島，就是城市內(nèi)很多水泥、鋼筋混凝土建筑，以及瀝青磚石的道路，熱量蒸發(fā)比較困難。同時，各種鍋爐、機械設(shè)備、汽車等產(chǎn)生大量熱量，城市空氣流通較慢，最終導致城市的氣溫高于周邊村鎮(zhèn)的溫度。我國的空調(diào)設(shè)備的冷媒多采用含氟材料，氟的泄露對大氣層會造成不可逆的損害，導致室外紫外線增強，危害人們的生活環(huán)境。建筑空調(diào)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，各種壓縮機、風機、風管等設(shè)備運時產(chǎn)生較大噪音，影響人們的起居環(huán)境。

4 BIM+暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計

4.1 土建基礎(chǔ)設(shè)計

通風空調(diào)熱負荷產(chǎn)生的最主要因素就是建筑的保溫隔熱效果較差，使建筑的門窗、外墻的傳導熱負荷較大，因此在建筑施工時，應(yīng)采取相關(guān)措施降低建筑外墻結(jié)構(gòu)的熱傳導性。例如，在建筑外墻施工時，加厚建筑外墻保溫層的厚度，可以降低外墻的導熱能力；在門窗玻璃上安裝鍍膜和百葉窗（見圖3），可降低室外熱輻射熱量；在屋頂種植綠色植物，具有遮陽和降低熱島效應(yīng)的功能，有利于降低屋頂?shù)年柟庵鄙涫軣崃俊Ｒ虼耍贐IM技術(shù)搭建的項目施工模型，降低建筑外墻結(jié)構(gòu)熱性能對降低運行費用有明顯效果。

圖3 百葉窗設(shè)計

4.2 機電安裝基礎(chǔ)設(shè)計

暖通空調(diào)規(guī)劃設(shè)計時，基于BIM技術(shù)可以對空調(diào)系統(tǒng)進行合理設(shè)計。根據(jù)建筑各區(qū)域功能不同進行不同空調(diào)區(qū)域的劃分，參照空調(diào)子區(qū)域所在房間的朝向、使用時間、潔凈度要求、溫濕度標準、控制精度，選擇最優(yōu)暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計方案，避免房間內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)不匹配造成溫度過冷或者過熱。同時，設(shè)計空調(diào)水系統(tǒng)時，閉式水循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)采用變流量設(shè)計，變流量可以根據(jù)建筑室內(nèi)不同時段、不同熱負荷動態(tài)調(diào)整水系統(tǒng)內(nèi)冷水流量，減少水泵運轉(zhuǎn)消耗。

4.3 利用BIM技術(shù)的全過程管理

BIM技術(shù)在建筑行業(yè)已經(jīng)廣泛應(yīng)用，一般應(yīng)用于建筑從地勘、設(shè)計、施工到竣工的全過程中。BIM 技術(shù)還可以應(yīng)用于建筑物投運后的運維管理，滿足運營單位對建筑運維的協(xié)同管理。冬季和夏季是暖通空調(diào)運行的主要季節(jié)，采用BIM技術(shù)對暖通空調(diào)系統(tǒng)的運營情況進行監(jiān)測和控制能降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

①對空調(diào)運營全過程的智能監(jiān)測和自動控制，包括各區(qū)域的溫濕度等參數(shù)和設(shè)置模型監(jiān)測。

②自動控制和調(diào)節(jié)空調(diào)的啟停與運行模式切換。

③在此基礎(chǔ)上，建立符合建筑實際情況的管理制度和空調(diào)運行規(guī)范。

④空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)建立獨立能耗核算機制，應(yīng)在空調(diào)系統(tǒng)主電路和各主要機組、風機和壓縮泵電源加裝電能量計量裝置，可以對空調(diào)運行系統(tǒng)的能耗進行獨立核算和分析，還可以對其制定特定方案。

在空調(diào)運行中，暖通空調(diào)的運行系統(tǒng)自動將能耗數(shù)據(jù)反饋到BIM平臺端，對空調(diào)能耗進行監(jiān)測和分析，并及使暖通空調(diào)系統(tǒng)按最優(yōu)設(shè)計模式運行。

5 結(jié)語

當前，智能建筑領(lǐng)域中暖通空調(diào)系統(tǒng)運行能耗高，且還有可能造成大氣環(huán)境污染。針對該問題，在建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計時，采用BIM技術(shù)進行模型搭建可以彌補空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計缺陷和漏洞。因此，在空調(diào)系統(tǒng)初步設(shè)計階段，應(yīng)綜合應(yīng)用BIM技術(shù)對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計施工的全過程設(shè)計和管理優(yōu)勢，促進建筑行業(yè)朝著低碳發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展。