基于BIM技術(shù)的商業(yè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究

苗勁蔚

(新疆維泰開發(fā)建設(shè)(集團(tuán))股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

由于我國(guó)人口眾多，日常能源需求也相應(yīng)大大超過(guò)其他國(guó)家，在能源緊缺現(xiàn)象越來(lái)越明顯的情況下，能源是關(guān)乎民眾生活和國(guó)家發(fā)展的主要問(wèn)題，要想切實(shí)改善能源緊缺情況，目前最有效的方法就是新能源開發(fā)和全面落實(shí)節(jié)能降耗，鑒于商業(yè)建筑暖通空調(diào)能耗量大是建筑行業(yè)亟待解決的問(wèn)題，所以有必要將BIM技術(shù)引用到商業(yè)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工作中，通過(guò)BIM分析模型合理搭建，借助BIM技術(shù)可視化、協(xié)調(diào)性等諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)確保暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。

1 暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用BIM技術(shù)優(yōu)勢(shì)

首先，可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)化。在對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行管理的時(shí)候借助BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)化管理效果，可以將工程項(xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中形成的全部數(shù)據(jù)有效地存儲(chǔ)起來(lái)，并且能準(zhǔn)確迅速地開展一些模擬以及計(jì)算的工作，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息化管理起到了推動(dòng)作用。借助BIM技術(shù)能夠非?？焖偾覝?zhǔn)確地計(jì)算金額或者數(shù)量，推動(dòng)了項(xiàng)目進(jìn)程的快速發(fā)展，同時(shí)還可以開展精準(zhǔn)有效地計(jì)算，具有科學(xué)模擬分析以及精準(zhǔn)數(shù)字計(jì)算的能力。與傳統(tǒng)靠個(gè)人能力或者經(jīng)驗(yàn)等開展管理工作的方法進(jìn)行比較，BIM技術(shù)加持下項(xiàng)目的管理工作能夠更加細(xì)化，方便了企業(yè)開展更加精準(zhǔn)的控制。

其次，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)可視化效果。項(xiàng)目整體進(jìn)程從建立的實(shí)體模型中可以更加直觀地看到，不僅僅是將效果圖展示出來(lái)，還能夠在全過(guò)程中實(shí)現(xiàn)探討、交流，為做出正確的決定提供參考依據(jù)。

最后，保證項(xiàng)目溝通協(xié)調(diào)性。開展協(xié)同設(shè)計(jì)工作時(shí)BIM技術(shù)的加持下可以高效解決協(xié)調(diào)問(wèn)題，舉例來(lái)說(shuō)，自設(shè)計(jì)階段開始到了解環(huán)境再到正式展開施工，這個(gè)過(guò)程中肯定會(huì)有許多問(wèn)題需要進(jìn)行協(xié)調(diào)，這時(shí)借助BIM技術(shù)建立起建筑信息實(shí)體模型，施工的初始階段能夠把專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行有效整合，再進(jìn)行共同檢查，這就可以得到具體的碰撞問(wèn)題報(bào)告，然后據(jù)此可以將碰撞問(wèn)題進(jìn)行有效協(xié)調(diào)，形成有針對(duì)性的解決方案，由此工作效率得到了極大的提高。

另外還可以運(yùn)用模擬性保證建筑設(shè)計(jì)。BIM技術(shù)不單單能夠模擬建筑物模型，還能夠模擬分析一些應(yīng)用研究，這體現(xiàn)的就是BIM技術(shù)的模擬性。設(shè)計(jì)過(guò)程中BIM可以分析和模擬可能會(huì)產(chǎn)生的需求，比如說(shuō)可以模擬和分析一天中日照情況、節(jié)能效果、熱傳導(dǎo)情況以及緊急情況發(fā)生時(shí)疏散方案等，這些模擬分析是在特定的項(xiàng)目和特定的實(shí)施期間開展的，也就會(huì)根據(jù)具體施工項(xiàng)目確定的施工組織設(shè)計(jì)等開展施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模擬，進(jìn)而為施工計(jì)劃的確定提供科學(xué)依據(jù)，為施工的正式開展提供指導(dǎo)。除此以外，還可以開展5D模擬仿真，在控制項(xiàng)目成本方面有重要意義。

2 分析BIM技術(shù)背景下商業(yè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能案例

某個(gè)商業(yè)建筑有54 926.58m2的占地總面積，地上一共有三層建筑，主要配備著影城、健身房、超市、室內(nèi)步行街等等。以下我們以該建筑二層空調(diào)系統(tǒng)為例開展節(jié)能應(yīng)用分析，二層建筑面積總計(jì)21 252.59m2。

2.1 借助BIM技術(shù)對(duì)模型搭建進(jìn)行分析

每個(gè)項(xiàng)目都有自身獨(dú)有的特點(diǎn)，新項(xiàng)目在Revit中進(jìn)行建立時(shí)，Revit中項(xiàng)目初始格式默認(rèn)是“.rte”為后綴名的格式，該種格式也被稱為“樣板文件”，和AutoCAD的“.dwe”文件格式有著異曲同工之妙。項(xiàng)目樣本越合理共同工作推進(jìn)時(shí)候效率就更高，項(xiàng)目運(yùn)維階段工作開展就更加的便利，有效地提升了項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)用的能力。設(shè)計(jì)活動(dòng)開展時(shí)設(shè)計(jì)人員可以結(jié)合不同項(xiàng)目屬性，在項(xiàng)目樣板中加入具體項(xiàng)目需要的結(jié)構(gòu)還有機(jī)電等構(gòu)件，同時(shí)定義部分視圖名稱還有出圖樣板，這樣具體的項(xiàng)目模板就形成了。參與設(shè)計(jì)的所有人員都能夠通過(guò)“默認(rèn)樣板文件”的查看找到和使用特定的樣板文件。Revit中建立項(xiàng)目模板的方式有兩種，其一是項(xiàng)目設(shè)計(jì)結(jié)束后，保存的時(shí)候直接保存“.rte”格式，這樣一來(lái)樣板文件就建立好了。還有一種方式即把已經(jīng)有的項(xiàng)目樣板其中某些設(shè)置結(jié)合實(shí)際需求進(jìn)行修改，從而形成新樣板文件，然后再進(jìn)行保存。

2.2 簡(jiǎn)析BIM技術(shù)下暖通空調(diào)系統(tǒng)

優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，開展空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能深化設(shè)計(jì)，是逐步推進(jìn)、逐漸展開的。前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)于暖通空調(diào)系統(tǒng)方案的選擇非常關(guān)鍵，其對(duì)冷熱源的選擇、系統(tǒng)末端管道排布以及局部設(shè)計(jì)和使用等都有直接影響，所以暖通空調(diào)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的合理與否，對(duì)研究整體過(guò)程都會(huì)有重要影響。為了使設(shè)計(jì)進(jìn)度得到提升、暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得以深化，要保證暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案科學(xué)且合理。

將BIM模型引入到相關(guān)的模擬分析軟件，就可以得到建筑項(xiàng)目相關(guān)一些數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)信息有氣象信息數(shù)據(jù)、地理位置信息數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)溫度以及濕度信息數(shù)據(jù)等等，有了這些數(shù)據(jù)信息才能更好地開展能耗模擬工作。本文實(shí)例中的建筑是商業(yè)性質(zhì)的，其是全年不間斷的運(yùn)行，制冷期間自每年的5月15日始至當(dāng)年的10月31日止，其余時(shí)間為制熱期間。日營(yíng)業(yè)時(shí)間設(shè)置為早上9點(diǎn)至晚上9點(diǎn)，在能耗模擬活動(dòng)里最重要的數(shù)據(jù)是室外氣象數(shù)據(jù)，其能夠直接影響到能耗大小，一旦該參數(shù)設(shè)定出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)使后期分析結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。

模擬分析全年所有時(shí)刻的室外相對(duì)濕度、溫度以及風(fēng)速。體現(xiàn)出了具體的室外氣象條件變化情況，更好地了解能耗情況，還分析了舒適度。設(shè)計(jì)參數(shù)信息詳情如下：設(shè)置了-8.3℃的建筑所在地處于采暖期的平均溫度，設(shè)置了-24.3℃的冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度，設(shè)置了-21.1℃的冬季采暖室外計(jì)算溫度，設(shè)置了3.1m/s的冬季室外平均風(fēng)速，最低溫度確定是-33.7℃，而最高溫度則為36.7℃。經(jīng)過(guò)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分析表明，最大熱負(fù)荷確定是1 069.3KW，最大冷負(fù)荷確定是2 099.7KW。結(jié)合相關(guān)的規(guī)范將商場(chǎng)夏季室內(nèi)參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置后，室內(nèi)溫度固定在26℃～28℃區(qū)間內(nèi)，冬天室內(nèi)溫度固定為16℃～18℃區(qū)間內(nèi)。根據(jù)該建筑物的性質(zhì)以及特性等，確定了三種備選空調(diào)系統(tǒng)，此三種空調(diào)系統(tǒng)是有差異的，不過(guò)也有一個(gè)共同特點(diǎn)，那就是它們都是變風(fēng)量系統(tǒng)，變風(fēng)量系統(tǒng)的特點(diǎn)就是其通過(guò)調(diào)節(jié)室內(nèi)送風(fēng)量來(lái)對(duì)室內(nèi)溫濕度實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)目的。能夠營(yíng)造出更加舒適宜人的室內(nèi)環(huán)境。變風(fēng)量系統(tǒng)的構(gòu)成比較復(fù)雜，不過(guò)主要是以下幾部分，有空氣處理機(jī)組、變風(fēng)量空調(diào)箱、風(fēng)管道以及房間終端的溫控器。這其中變風(fēng)量空調(diào)箱是最重要的組成部分。此種空調(diào)系統(tǒng)最早是在美國(guó)起源的，80年代初期才在日本以及歐美等一些國(guó)家推廣開來(lái)，該空調(diào)系統(tǒng)之所以能夠得到廣泛運(yùn)用究其原因是能夠節(jié)約大量能量，在經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用以及探索之后，如今變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)在歐美國(guó)家以及日本的空調(diào)系統(tǒng)市場(chǎng)中有高達(dá)30%的市場(chǎng)占有量。變風(fēng)量空調(diào)系統(tǒng)從90年代開始在建筑中得以普遍應(yīng)用，有高達(dá)95%的建筑都使用了此空調(diào)系統(tǒng)。我們以下面三個(gè)案例進(jìn)行簡(jiǎn)單分析：

方案一，夏季制冷使用的是冷卻塔和水冷機(jī)組有機(jī)結(jié)合方式，冬季制熱模式采用的是熱水鍋爐模式，末端采用的模式是風(fēng)機(jī)動(dòng)力箱和變風(fēng)量系統(tǒng)相結(jié)合的方式，這種方式的優(yōu)勢(shì)是其應(yīng)用起來(lái)極其靈活，可以很好的適應(yīng)各種各樣的暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。該系列風(fēng)扇還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)那就是運(yùn)行時(shí)非常安靜，這使得居住者有了更好的居住體驗(yàn)，現(xiàn)代人們對(duì)于室內(nèi)空間聲學(xué)、舒適度等有了更高的要求，風(fēng)扇的這一優(yōu)勢(shì)充分地滿足了現(xiàn)在人們對(duì)建筑的需求。串并聯(lián)風(fēng)機(jī)機(jī)組在運(yùn)行節(jié)約方面借助夜間回退運(yùn)行和余熱回收等可以實(shí)現(xiàn)，核心區(qū)和電燈等工作中的熱量可以被可變風(fēng)量終端回收，這樣一來(lái)附近的加熱負(fù)荷就得以抵消。遠(yuǎn)程加熱設(shè)備的供電是通過(guò)控制裝置實(shí)現(xiàn)的，例如，風(fēng)扇線圈、屋頂負(fù)載式機(jī)組加熱器、輻射板以及壁翅式等。

方案二，夏季制冷使用的是冷卻塔和水冷機(jī)組有機(jī)結(jié)合方式，冬季制熱模式采用的是熱水鍋爐模式，末端采用的模式是變風(fēng)量再熱系統(tǒng)和混合冷卻梁相結(jié)合的方式。其中空氣處理裝置中安設(shè)的冷水盎管比較特別，其是帶有熱水盤管和旁路尼的。在打開旁路阻尼器的時(shí)候，空氣處理器變驅(qū)動(dòng)能夠很好的將風(fēng)扇速度降下來(lái)。這其中空氣處理器能夠?qū)⒁淮慰諝馔咨频墓┙o到活動(dòng)冷卻梁。0.6icfm/ft(0.28L[sm])的一次空氣f降低率，降下來(lái)以后，居住中空度空間中的最小成員數(shù)顯著地比最小通氣量還要小，不過(guò)在高空度空間比如教室和會(huì)議室等地方，最小成員數(shù)則是特別接近最小通風(fēng)量的。在低空度空間里，一定得用比最小通風(fēng)率還要高的DOASF低速率，才能很好地滿足空荷載切實(shí)需求，和最低通風(fēng)量進(jìn)行比較來(lái)看，它對(duì)于室內(nèi)空氣質(zhì)量也起到了很好的改善作用。

方案三，夏季制冷使用的是冷卻塔和水冷機(jī)組有機(jī)結(jié)合方式，冬季制熱模式采用的是熱水鍋爐模式，末端采用的模式是有再熱系統(tǒng)的變風(fēng)量系統(tǒng)?？刂茖?shí)驗(yàn)室溫濕度的任務(wù)是借助加熱或者是冷卻的方式提供空氣完成的，在對(duì)濕度進(jìn)行控制的過(guò)程中，是把空氣冷卻到比露點(diǎn)溫度還要低就停下來(lái)，這時(shí)候能夠很好的使水分凝結(jié)析出，但是這種方式有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是冷卻干燥之后的空氣體感上冷于需要的冷卻空氣，因此要把熱量添加到相應(yīng)空間中，就能夠?qū)崿F(xiàn)提高溫度的效果，當(dāng)達(dá)到預(yù)期要求的溫度時(shí)就可以停止。中央空氣處理單元(AHU)就是來(lái)執(zhí)行“再熱”任務(wù)的，再借助氣流控制以及額外冷卻、加熱實(shí)現(xiàn)了對(duì)區(qū)域溫度控制目的，這種暖通空調(diào)系統(tǒng)方案在控制溫度方面是特別常見的。加熱環(huán)節(jié)通常是在區(qū)域級(jí)推進(jìn)的，所以這種系統(tǒng)也以帶末端再加熱的變風(fēng)量系統(tǒng)被人們熟知。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明長(zhǎng)春市是3.04元/m3的天然氣價(jià)格，天然氣低位發(fā)熱量據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示為35 590KJ/Nm3，另外長(zhǎng)春市是0.932元/kW*h的商用電價(jià)，整合這些數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，可以得到0.307元/kW*h天然氣價(jià)格。我們按照這組數(shù)據(jù)分別計(jì)算以上三個(gè)方案為了保證順利運(yùn)行需要的成本，可以得知，方案二和方案一能夠達(dá)到33%的能耗節(jié)約，和方案三進(jìn)行比較的話，多節(jié)約出了19%，另外從費(fèi)用角度來(lái)看，方案二節(jié)約資金效果最為明顯，和方案一進(jìn)行比較的話，多節(jié)約出了37%資金，和方案三進(jìn)行比較的話，多節(jié)約出了大概15%資金。

2.3 分析室內(nèi)風(fēng)環(huán)境

室內(nèi)暖通空調(diào)會(huì)有諸多氣流組織方面問(wèn)題在使用過(guò)程中產(chǎn)生，舉例來(lái)說(shuō)，溫度分布在水平方向出現(xiàn)了不均勻狀態(tài)，高大空間極易出現(xiàn)溫度分層情況，分速較大的時(shí)候部分區(qū)域有吹風(fēng)感出現(xiàn)等。在開展室內(nèi)空間風(fēng)環(huán)境模擬試驗(yàn)時(shí)能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境各個(gè)區(qū)域、時(shí)間段的風(fēng)速以及溫度分布情況開展非常全面精準(zhǔn)的研究。這對(duì)于風(fēng)口地點(diǎn)的選擇、送風(fēng)速度的確定等有著非常重要的意義。我們選取了二層兩個(gè)相鄰房間開展了具體的速度場(chǎng)分析。詳細(xì)的分析室內(nèi)房間風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，然后準(zhǔn)確地反應(yīng)在Revit的機(jī)電平臺(tái)上，據(jù)此可以確定暖通空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)空間風(fēng)口具體位置，還能夠據(jù)此判斷風(fēng)口具體風(fēng)速和風(fēng)口送風(fēng)模式。另外還能夠在BIM實(shí)體模型上把優(yōu)化和改良的暖通空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)風(fēng)口具體的布置情況很好地呈現(xiàn)出來(lái)，與此同時(shí)在相關(guān)能耗分析軟件中進(jìn)行反應(yīng)，這對(duì)推進(jìn)更深層次節(jié)能研究活動(dòng)非常有利。

3 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)代人的消費(fèi)意識(shí)和消費(fèi)實(shí)力都有了大幅度提升，從而為商業(yè)建筑發(fā)展提供了契機(jī)，暖通空調(diào)系統(tǒng)是保證商業(yè)建筑室內(nèi)環(huán)境舒適性的基本保障，但是其過(guò)于龐大的能耗量又與當(dāng)前的環(huán)保節(jié)能形成一定沖突，因此，應(yīng)積極探索BIM技術(shù)在商業(yè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面的具體原因和應(yīng)用策略，以便通過(guò)現(xiàn)代化技術(shù)手段，賦予暖通空調(diào)系統(tǒng)更好的節(jié)能效果。