基于BIM技術的商業建筑暖通空調系統節能研究

苗勁蔚

(新疆維泰開發建設(集團)股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

由于我國人口眾多，日常能源需求也相應大大超過其他國家，在能源緊缺現象越來越明顯的情況下，能源是關乎民眾生活和國家發展的主要問題，要想切實改善能源緊缺情況，目前最有效的方法就是新能源開發和全面落實節能降耗，鑒于商業建筑暖通空調能耗量大是建筑行業亟待解決的問題，所以有必要將BIM技術引用到商業暖通空調設計工作中，通過BIM分析模型合理搭建，借助BIM技術可視化、協調性等諸多應用優勢確保暖通空調系統節能設計的科學合理性。

1 暖通空調系統設計中應用BIM技術優勢

首先，可以實現項目數據化。在對工程項目進行管理的時候借助BIM技術實現了數據化管理效果，可以將工程項目推進過程中形成的全部數據有效地存儲起來，并且能準確迅速地開展一些模擬以及計算的工作，這對于實現項目信息化管理起到了推動作用。借助BIM技術能夠非?？焖偾覝蚀_地計算金額或者數量，推動了項目進程的快速發展，同時還可以開展精準有效地計算，具有科學模擬分析以及精準數字計算的能力。與傳統靠個人能力或者經驗等開展管理工作的方法進行比較，BIM技術加持下項目的管理工作能夠更加細化，方便了企業開展更加精準的控制。

其次，可以優化設計可視化效果。項目整體進程從建立的實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，還能夠在全過程中實現探討、交流，為做出正確的決定提供參考依據。

最后，保證項目溝通協調性。開展協同設計工作時BIM技術的加持下可以高效解決協調問題，舉例來說，自設計階段開始到了解環境再到正式展開施工，這個過程中肯定會有許多問題需要進行協調，這時借助BIM技術建立起建筑信息實體模型，施工的初始階段能夠把專業設計進行有效整合，再進行共同檢查，這就可以得到具體的碰撞問題報告，然后據此可以將碰撞問題進行有效協調，形成有針對性的解決方案，由此工作效率得到了極大的提高。

另外還可以運用模擬性保證建筑設計。BIM技術不單單能夠模擬建筑物模型，還能夠模擬分析一些應用研究，這體現的就是BIM技術的模擬性。設計過程中BIM可以分析和模擬可能會產生的需求，比如說可以模擬和分析一天中日照情況、節能效果、熱傳導情況以及緊急情況發生時疏散方案等，這些模擬分析是在特定的項目和特定的實施期間開展的，也就會根據具體施工項目確定的施工組織設計等開展施工現場實際模擬，進而為施工計劃的確定提供科學依據，為施工的正式開展提供指導。除此以外，還可以開展5D模擬仿真，在控制項目成本方面有重要意義。

2 分析BIM技術背景下商業建筑暖通空調系統節能案例

某個商業建筑有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、室內步行街等等。以下我們以該建筑二層空調系統為例開展節能應用分析，二層建筑面積總計21 252.59m2。

2.1 借助BIM技術對模型搭建進行分析

每個項目都有自身獨有的特點，新項目在Revit中進行建立時，Revit中項目初始格式默認是“.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。項目樣本越合理共同工作推進時候效率就更高，項目運維階段工作開展就更加的便利，有效地提升了項目設計應用的能力。設計活動開展時設計人員可以結合不同項目屬性，在項目樣板中加入具體項目需要的結構還有機電等構件，同時定義部分視圖名稱還有出圖樣板，這樣具體的項目模板就形成了。參與設計的所有人員都能夠通過“默認樣板文件”的查看找到和使用特定的樣板文件。Revit中建立項目模板的方式有兩種，其一是項目設計結束后，保存的時候直接保存“.rte”格式，這樣一來樣板文件就建立好了。還有一種方式即把已經有的項目樣板其中某些設置結合實際需求進行修改，從而形成新樣板文件，然后再進行保存。

2.2 簡析BIM技術下暖通空調系統

優化暖通空調系統設計方案，開展空調系統節能深化設計，是逐步推進、逐漸展開的。前期設計環節對于暖通空調系統方案的選擇非常關鍵，其對冷熱源的選擇、系統末端管道排布以及局部設計和使用等都有直接影響，所以暖通空調系統方案設計的合理與否，對研究整體過程都會有重要影響。為了使設計進度得到提升、暖通空調系統設計得以深化，要保證暖通空調系統設計方案科學且合理。

將BIM模型引入到相關的模擬分析軟件，就可以得到建筑項目相關一些數據，這些數據信息有氣象信息數據、地理位置信息數據、設計溫度以及濕度信息數據等等，有了這些數據信息才能更好地開展能耗模擬工作。本文實例中的建筑是商業性質的，其是全年不間斷的運行，制冷期間自每年的5月15日始至當年的10月31日止，其余時間為制熱期間。日營業時間設置為早上9點至晚上9點，在能耗模擬活動里最重要的數據是室外氣象數據，其能夠直接影響到能耗大小，一旦該參數設定出現問題就會使后期分析結果出現較大偏差。

模擬分析全年所有時刻的室外相對濕度、溫度以及風速。體現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。設計參數信息詳情如下：設置了-8.3℃的建筑所在地處于采暖期的平均溫度，設置了-24.3℃的冬季空調室外計算溫度，設置了-21.1℃的冬季采暖室外計算溫度，設置了3.1m/s的冬季室外平均風速，最低溫度確定是-33.7℃，而最高溫度則為36.7℃。經過對負荷進行分析表明，最大熱負荷確定是1 069.3KW，最大冷負荷確定是2 099.7KW。結合相關的規范將商場夏季室內參數進行有效設置后，室內溫度固定在26℃～28℃區間內，冬天室內溫度固定為16℃～18℃區間內。根據該建筑物的性質以及特性等，確定了三種備選空調系統，此三種空調系統是有差異的，不過也有一個共同特點，那就是它們都是變風量系統，變風量系統的特點就是其通過調節室內送風量來對室內溫濕度實現調節目的。能夠營造出更加舒適宜人的室內環境。變風量系統的構成比較復雜，不過主要是以下幾部分，有空氣處理機組、變風量空調箱、風管道以及房間終端的溫控器。這其中變風量空調箱是最重要的組成部分。此種空調系統最早是在美國起源的，80年代初期才在日本以及歐美等一些國家推廣開來，該空調系統之所以能夠得到廣泛運用究其原因是能夠節約大量能量，在經過了長時間的應用以及探索之后，如今變風量空調系統在歐美國家以及日本的空調系統市場中有高達30%的市場占有量。變風量空調系統從90年代開始在建筑中得以普遍應用，有高達95%的建筑都使用了此空調系統。我們以下面三個案例進行簡單分析：

方案一，夏季制冷使用的是冷卻塔和水冷機組有機結合方式，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機動力箱和變風量系統相結合的方式，這種方式的優勢是其應用起來極其靈活，可以很好的適應各種各樣的暖通空調系統設計要求。該系列風扇還有一個優勢那就是運行時非常安靜，這使得居住者有了更好的居住體驗，現代人們對于室內空間聲學、舒適度等有了更高的要求，風扇的這一優勢充分地滿足了現在人們對建筑的需求。串并聯風機機組在運行節約方面借助夜間回退運行和余熱回收等可以實現，核心區和電燈等工作中的熱量可以被可變風量終端回收，這樣一來附近的加熱負荷就得以抵消。遠程加熱設備的供電是通過控制裝置實現的，例如，風扇線圈、屋頂負載式機組加熱器、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組有機結合方式，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量再熱系統和混合冷卻梁相結合的方式。其中空氣處理裝置中安設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候，空氣處理器變驅動能夠很好的將風扇速度降下來。這其中空氣處理器能夠將一次空氣妥善的供給到活動冷卻梁。0.6icfm/ft(0.28L[sm])的一次空氣f降低率，降下來以后，居住中空度空間中的最小成員數顯著地比最小通氣量還要小，不過在高空度空間比如教室和會議室等地方，最小成員數則是特別接近最小通風量的。在低空度空間里，一定得用比最小通風率還要高的DOASF低速率，才能很好地滿足空荷載切實需求，和最低通風量進行比較來看，它對于室內空氣質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組有機結合方式，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的變風量系統?？刂茖嶒炇覝貪穸鹊娜蝿帐墙柚訜峄蛘呤抢鋮s的方式提供空氣完成的，在對濕度進行控制的過程中，是把空氣冷卻到比露點溫度還要低就停下來，這時候能夠很好的使水分凝結析出，但是這種方式有一個缺點，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空間中，就能夠實現提高溫度的效果，當達到預期要求的溫度時就可以停止。中央空氣處理單元(AHU)就是來執行“再熱”任務的，再借助氣流控制以及額外冷卻、加熱實現了對區域溫度控制目的，這種暖通空調系統方案在控制溫度方面是特別常見的。加熱環節通常是在區域級推進的，所以這種系統也以帶末端再加熱的變風量系統被人們熟知。

據有關數據表明長春市是3.04元/m3的天然氣價格，天然氣低位發熱量據相關數據顯示為35 590KJ/Nm3，另外長春市是0.932元/kW*h的商用電價，整合這些數據進行精確計算，可以得到0.307元/kW*h天然氣價格。我們按照這組數據分別計算以上三個方案為了保證順利運行需要的成本，可以得知，方案二和方案一能夠達到33%的能耗節約，和方案三進行比較的話，多節約出了19%，另外從費用角度來看，方案二節約資金效果最為明顯，和方案一進行比較的話，多節約出了37%資金，和方案三進行比較的話，多節約出了大概15%資金。

2.3 分析室內風環境

室內暖通空調會有諸多氣流組織方面問題在使用過程中產生，舉例來說，溫度分布在水平方向出現了不均勻狀態，高大空間極易出現溫度分層情況，分速較大的時候部分區域有吹風感出現等。在開展室內空間風環境模擬試驗時能夠對室內環境各個區域、時間段的風速以及溫度分布情況開展非常全面精準的研究。這對于風口地點的選擇、送風速度的確定等有著非常重要的意義。我們選取了二層兩個相鄰房間開展了具體的速度場分析。詳細的分析室內房間風環境模擬結果，然后準確地反應在Revit的機電平臺上，據此可以確定暖通空調系統室內空間風口具體位置，還能夠據此判斷風口具體風速和風口送風模式。另外還能夠在BIM實體模型上把優化和改良的暖通空調系統室內風口具體的布置情況很好地呈現出來，與此同時在相關能耗分析軟件中進行反應，這對推進更深層次節能研究活動非常有利。

3 結 語

現代人的消費意識和消費實力都有了大幅度提升，從而為商業建筑發展提供了契機，暖通空調系統是保證商業建筑室內環境舒適性的基本保障，但是其過于龐大的能耗量又與當前的環保節能形成一定沖突，因此，應積極探索BIM技術在商業建筑暖通空調系統設計等方面的具體原因和應用策略，以便通過現代化技術手段，賦予暖通空調系統更好的節能效果。