Файл: "Применения в проектировании цифровой и энергетической моделей зданий".docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Реферат

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 06.11.2023

Просмотров: 30

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

МЕЖДУНАРОДНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ

КАЗАХСКАЯ ГОЛОВНАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ КОРПОРАЦИЯ





Реферат на тему:

“Применения в проектировании цифровой и энергетической моделей зданий”

Выполнил: Студент группы арх 20-8 Сәруар Б.М.

Руководитель практики:

Алматы 2023

Содержание

Введение........................................................................................................................3

1. Энергетическое моделирование..............................................................................4

2. Преимущества БЭМ.................................................................................................4


3. Расчет при моделировании энергопотребления....................................................5
4. Внедрение БЭМ........................................................................................................6

5. Городские модели с использованием

методов моделирования зданий............................................................................7

6. Городское планирование..........................................................................................8
7. Городской ремонт.....................................................................................................9

8. Будущие перспективы..............................................................................................9

Вывод...........................................................................................................................11

Список литературных и интернет источников........................................................12




Введение

Сектор архитектуры, инжиниринга, строительства и эксплуатации (AИCЭ) отвечает за большой процент мирового потребления энергии, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду в его повседневной деятельности. Наблюдается постоянное увеличение вклада зданий в глобальное энергопотребление, включая как жилые, так и коммерческие здания, причем оценки варьируются от 20 до 40%. Развивающиеся страны, вероятно, будут потреблять больше энергии и, следовательно, выделять больше парниковых газов в результате экономического роста. Энергоэффективность при эксплуатации зданий зависит от фактических эксплуатационных характеристик различных систем внутри здания.

В настоящее время сектор AИСЭ сталкивается с большим давлением, требующим сокращения выбросов загрязняющих веществ и разработки более энергоэффективных методов эксплуатации. Информационное моделирование зданий (BIM) становится потенциальным решением для повышения энергоэффективности.
BIM - это “подход к проектированию, строительству и управлению объектами, при котором цифровое представление процесса строительства используется для облегчения обмена и функциональной совместимости информации в цифровом формате”. BIM использует 3D, параметрические и объектно-ориентированные модели для создания, хранения и использования скоординированных и совместимых данных на протяжении всего жизненного цикла объекта. Выступая в качестве центрального ресурса для лиц, принимающих решения, BIM обладает способностью предоставлять более качественную документацию, улучшенную совместную работу и гибкость в работе, а также обновленную информацию на протяжении всего жизненного цикла здания.

Аналогичным образом, технический прогресс последних десятилетий привел к появлению цифровых двойников (DT), которые обычно рассматриваются как цифровая версия физических продуктов. DT - это динамичная и саморазвивающаяся цифровая / виртуальная модель или симуляция реального субъекта или объекта (детали, машины, процесса, человека и т.д.), представляющая точное состояние его физического двойника в любой заданной точке времени путем обмена данными в режиме реального времени, а также сохранения исторических данных.

1. Энергетическое моделирование

Энергетическое моделирование зданий (BEM) позволяет инженерам моделировать энергетические системы зданий. Они узнают важную информацию об осуществимости системы, выбросах парниковых газов и общих затратах. Дизайнер также может вводить определенные параметры, включая местоположение здания и погоду.

БЭМ — это тип программного обеспечения, помогающего в управлении и анализе энергопотребления. Подрядчики используют этот инструмент для моделирования энергопотребления при отоплении, охлаждении или вентиляции. С помощью программного обеспечения можно снизить общие выбросы углерода и время строительства.

2. Преимущества БИМ


С программным обеспечением БИМ архитекторы могут планировать заранее и принимать более взвешенные решения. Вот некоторые другие способы, которыми это может улучшить устойчивость:


  • Обеспечивает целостный подход

Энергетическое моделирование позволяет подрядчикам увидеть, как системы влияют на здание в целом. Внесение изменений в конструкцию может изменить потребление энергии. Тем не менее, БЭМ учитывает все факторы и объединяет их. Инженеры могут использовать эту информацию, чтобы определить, какие элементы хорошо работают вместе. Затем они могут перенести эти уроки в свой следующий проект.


  • Помогает прогнозировать энергетическую эффективность

Оценка энергопотребления особенно важна в новом строительстве. Это позволяет вносить меньше изменений в дизайн после завершения проекта. По мере развития технологий архитекторы могут проверять, как новые системы повлияют на энергоэффективность.


  • Инициатива grid-interactive Effective Building (GEB) сочетает энергоэффективность с интеллектуальными технологиями для создания экологически чистого источника энергии. Тестирование этих новых технологий облегчает работу над новыми проектами. Программное обеспечение также помогает работать над достижением цели по нулевому выбросу углерода.




  • Обеспечивает количественные результаты

Получение данных помогает подрядчикам принимать более взвешенные решения. БЭМ помогает им увидеть, как меняется энергопотребление при различных методах экономии. Затем инженеры могут сосредоточиться на стратегиях проектирования с максимальной экономией средств. Кроме того, подрядчики могут адаптировать результаты данных к конкретному проекту. Некоторые проекты требуют большего внимания к местоположению здания или бюджету строительства.


  • Снижает затраты

При тщательном планировании архитекторы могут заранее найти наиболее рентабельные стратегии. Это может сэкономить как первоначальные расходы, так и дальнейшие расходы в будущем. Это предотвращает необходимость переключения систем в процессе строительства. Например, установка новой печи может стоить от 2798 до 6744 долларов. Кроме того, легче определить наиболее энергоэффективные системы. Тогда они, вероятно, прослужат дольше и сократят долгосрочные расходы.


  • Предоставляет домовладельцам больше комфорта

Системы, которые тратят энергию впустую, могут создать некомфортную домашнюю обстановку. Однако, используя энергетические модели, проектировщики могут прогнозировать комфорт пассажиров на основе метеорологических данных. Еще одним важным элементом энергоэффективных приборов является то, что они сокращают счета за коммунальные услуги. Домовладельцы могут сэкономить около 500 долларов в год на ежемесячных расходах.

3. Расчет при моделировании энергопотребления
БЭМ имеет много преимуществ, от снижения затрат до предоставления важных данных. Тем не менее, программное обеспечение имеет некоторые проблемы. Во-первых, некоторым подрядчикам удобнее вводить данные вручную, а не с помощью автоматизации.

Кроме того, существует ограниченное количество программ, поддерживающих процесс перевода. Например, Green Building XML — это один из популярных форматов в Америке, упрощающий обмен информационным моделированием зданий (BIM) с BEM. BIM — это процесс, используемый для создания цифровых проектов зданий на основе целостной модели.

Последней проблемой BEM являются необходимые технические знания. Поскольку это новая технология, некоторые архитекторы все еще изучают, как она работает.

4. Внедрение БЭМ

Прежде чем внедрять эту стратегию, нада убедится что это стратегия поможет получить прибыль. Стоимость запуска БЭМ может быть высокой, поэтому стоит учитывать возврат инвестиций. Когда они будут готовы двигаться дальше, им будет доступно множество образовательных ресурсов.

Вот несколько популярных для начало:
Trace 700

Carrier HAP

IES VE

DesignBuilder

Autocad
Revit

Помимо прогнозов энергопотребления, стоит обратить внимания и на другие функции, такие как качество окружающего древнего света и контроль теплового комфорта. Это позволяет дизайнерам принимать решения, которые также удовлетворяют их клиентов.

5. Городские модели с использованием БЭМ

Быстрая урбанизация привлекает повышенное внимание к роли города в планирований энергетической системы из-за его способности интегрировать крупномасштабные сети централизованного теплоснабжения/охлаждения и использование возобновляемых источников энергии для устойчивого развития общества. Таким образом, внедрение BEM в городском масштабе показывает все больше и больше преимуществ, продвигая концепцию энергетического моделирования городских зданий (UBEM). В отличие от моделирования отдельного здания, UBEM изучает энергетическую эффективность квартала, города или даже всей страны, поддерживая городскую энергоэффективность и управление. Из-за пространственной сложности UBEM часто требует больше ресурсов и усилий для достижения надежных результатов. В последние годы множество исследований освещали эту область с разных точек зрения, способствуя как подходам, так и приложениям UBEM.

Следуя идее применения моделирования энергопотребления отдельных зданий к фонду зданий на городском уровне, рабочий процесс UBEM обычно состоит из пяти этапов, включая сбор данных, создание модели, моделирование, калибровку и применение.



В качестве основы всего рабочего процесса необходимы сбор и предварительная обработка данных, относящихся к UBEM. Информация, необходимая для построения городских моделей, может быть разделена на геометрические и негеометрические данные. Геометрические данные, такие как данные, извлеченные из географической информационной системы (ГИС), которые имеют решающее значение для описания пространственных и геометрических особенностей городских зданий. Городские геометрические данные также могут быть получены из географических координат и векторов в файлах, таких как язык разметки географии города или нотация географических объектов JavaScript (GeoJSON). Кроме того, Ван и соавт. новаторски предложил систематический метод разработки трехмерных городских моделей, который сочетает в себе площадь здания из OpenStreetMap, высоту здания, измеренную по вертикальным краям, и соотношение окон и стен, рассчитанное на основе изображений высот зданий с помощью искусственного интеллекта

Другие данные, необходимые для моделирования или калибровки, классифицируются как негеометрические. Параметры, связанные с энергопотреблением необходимы для описания характеристик здания, таких как входные файлы IDF для EnergyPlus. Другим важным входом для UBEM являются данные о погоде, которые могут либо использоваться в форме типичного метеорологического года (TMY), либо генерироваться синтетическим образом для учета городского микроклимата или долгосрочное изменение климата. Кроме того, измеренные счета за электроэнергию в зданиях иногда требуются для обучения алгоритмов методам, основанным на данных, или для калибровки городских моделей.
6. Городское планирование
Поскольку городская типология оказывает значительное влияние на энергоэффективность, политики могут использовать UBEM для получения эффективного понимания использования энергии в различных городских формах, а также для получения рекомендаций по планированию городской энергетической системы. Лю и др. изучали влияние затенения близлежащих зданий на потребность в тепловой энергии различных форм сообщества, где Grasshopper и EnergyPlus смоделировали 93 114 случаев для семи городов в четырех климатических зонах Китая. Возьмем в качестве примера сообщество в Ланьчжоу, где нагрузка на охлаждение может быть завышена на 45%, а нагрузка на отопление может быть занижена на 21% из-за затенения от окружающих зданий, что подчеркивает важность разумного планирование сообщества. Ю и др. объединили UBEM и анализ чувствительности для определения приоритетности восьми ключевых факторов энергоэффективности городского планирования. Результаты 1963 жилых кварталов в Шанхае показали, что коэффициент площади пола и коэффициент охвата здания были наиболее чувствительными параметрами для энергопотребления, технически поддерживая городского проектировщика в достижении энергоэффективного планирования.

7. Городской ремонт
Реновация города — это стратегический процесс улучшения слаборазвитых районов города с энергосбережением в качестве одной из целей. С помощью UBEM можно оценить потенциал энергосбережения или сокращения выбросов углерода для различных мер модернизации.Тесо и др. использовали City Buildings, Energy, and Sustainability (CityBES) для моделирования и оценки мер по энергосбережению при реконструкции района с низким доходом в Венеции. Благодаря четырем общим мерам по модернизации потенциал энергосбережения на районном уровне достиг 67%, а годовой выброс улерода составил 1,1 млн т CO 2. Бароне и др. оценили энергоэффективность и потенциал экономии итальянского железнодорожного фонда с помощью гибридного метода. Были смоделированы различные стратегии энергосбережения, и всесторонний анализ показал, что наиболее эффективной мерой было усовершенствование систем освещения, которые позволили сэкономить первичную энергию до 26% с очень низким сроком окупаемости около 1 года. Бакли и др. провел UBEM с использованием UMI для оценки эффективности мер по энергосбережению в районе с 9000 жилых зданий в Дублине, Ирландия. Ожидалось, что путем количественной оценки наиболее рентабельного сочетания модернизации оболочки и производства энергии на месте реконструкция в этом случае приведет к сокращению выбросов парниковых газов на 60% к 2030 году, заключение которого может внести вклад в планы Европейского союза по созданию углеродно-нейтральной экономики к 2050 году.
8. Будущие перспективы
Исследуя данную темуможно указать на будущие перспективы и вопросы, которые необходимо решить в области моделирования энергопотребления зданий (BEM), исходя из пределов своих теоретических результатов или результатов тематического исследования.

Первое направление будет ориентирован на дизайн и роизводительность.
Будущие перспективы и проблемы проектирования, ориентированного на производительность, остаются в сфере генерации, моделирования и оптимизации. Проблемы генерации связаны с тем, как закодировать логику дизайна, которая является основной идеей концепции «генеративного дизайна». В процессе генеративного проектирования дизайнеры должны стать разработчиками алгоритмов, которые могут автоматически корректировать параметры дизайна в соответствии с различными требованиями клиентов.
Следующий направление, это оптимизация эксплуатационных характеристик на основе моделей.
Моделирование для оптимизации является важным шагом для достижения энергосбережения, сокращения выбросов углерода и обеспечения теплового комфорта при эксплуатации зданий. В настоящее время методология операционной оптимизации зданий обычно относится к модели прогнозирующего управления (MПУ), где результаты моделирования моделей являются ключевыми моментами, влияющими на оптимальную производительность MПУ.

Интегрированное моделирование с использованием измерений данных для цифрового двойника, является темой следующего направления.
Цифровые двойники обычно считаются неизбежным результатом эволюции концепций BIM в сочетании с интегрированной информацией между цифровыми и физическими зданиями. Хотя на техническом уровне (ЦД) осуществим, недостаточное развитие следующих аспектов стоимости по-прежнему ограничивает его активное развитие. С другой точки зрения, эти проблемы также можно понимать как будущее направление развития исследований, связанных с интегрированным моделированием для (ЦД).

Следующее направление, это, моделирование здания, поддерживающее городское энергетическое планирование.
Подходы и приложения UBEM показывают, что моделирование архетипов зданий играет решающую роль в прогнозировании энергетических профилей городов. Однако по-прежнему можно повысить точность построения архетипов с помощью анализа неопределенностей и калибровки модели. При моделировании архетипов зданий можно использовать анализ неопределенностей для назначения распределения вероятностей неопределенным параметрам. Будущие исследования UBEM могут углубиться в это и определить значения параметров здания статистически точным способом. Более того, что касается неопределенности, связанной с упрощенными архетипами, надежность UBEM тесно связана с калибровкой моделей. В процессе калибровки различные входные данные модели настраиваются таким образом, чтобы прогнозируемые значения выходных данных могли быть близки к значениям, полученным экспериментально.
Выводы

Моделирование производительности здания — действительно большая тема. Завершить детальное введение всех аспектов, затронутых в одном обзорном документе, явно нереально. Поэтому в основном тут были представлены направление исследований и статус БЭМ. Кроме того, на основе обзора литературы я также сделал выводы о разного рода вопросах, которые предстоит решить в будущем по таким направлениям исследований, которые все еще находятся в начальной стадии развития, как будущие перспективы соответствующих областей. В целом, будущие перспективы и проблемы моделирования характеристик зданий можно обобщить в виде следующих четырех аспектов: получение высококачественных данных с помощью новых аппаратных или программных технологий, быстрый и эффективный алгоритм моделирования и оптимизации, улучшение интеллекта во время рабочего процесса при проектировании и эксплуатации зданий, метод моделирования в больших масштабах, такой как городское моделирование. В различных сценариях применения БЭМ теоретические или инженерные проблемы, связанные с вышеуказанными проблемами, будут встречаться в той или иной степени. Будущая цель академических исследователей и инженеров в промышленности как по мне, является найти или оптимизировать решения таких проблем.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ И ИНТЕРНЕТНЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Исабаев Г.А., Атагулова Р. Энергоэффективные технологии и современная архитектура. Электронное учебное пособие. Алматы: КазГАСА,2017 — 135 с.

2. Талапов В.В. Технология BIM. Суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий. ДМК Пресс, 2015 — 410 с.

3. «Цифровые изготовления: архитектурные и материальные методы» Лизы Ивамото.

4. «Проектирование с помощью Grasshopper: алгоритмическое моделирование архитектуры», Артуро Тедески

5. Интернетный справочник «Wikipedia»

6. https://www.researchgate.net/publication - Рафаэль Б., Рауль Б.Р., Хамидреза А., Луиза Р.Ф. Приложения цифровых двойников для повышения энергоэффективности зданий. 2022 - 17 с.

Смотрите также файлы