Энергомоделирование зданий: цифровые инструменты и взгляд экспертов

Применение инструментов цифровизации на этапе концептуального проектирования существенно повышает эксплуатационные характеристики здания, делают его более комфортным для пользователей, говорится в годовом отчете Научно-исследовательского института устойчивого развития в строительстве (НИИУРС). Подобный подход помогает девелоперу снизить расходы (CAPEX до 17%, OPEX – до 37%), кроме того, делают объект экологически более безопасным, например, с их помощью можно снизить выбросы СО2 на 30%. Участники рынка осознают: стандартный метод работы и проектирования не дает оптимальных результатов. Редакция DigitalDeveloper обратилась к экспертам отрасли, чтобы узнать их мнение об этом перспективном направлении. Станет ли энергомоделирование новым трендом в России?

Энергомоделирование зданий (создание так называемых BEM-моделей, которые входят в семейство BIM) – это инструмент оценки эксплуатационных затрат на энергетические ресурсы объекта на этапе проектирования.

Энергомоделирование симулирует «жизнедеятельность» зданий, определяя расход тепла, холода и энергии. Как итог – формирует инвестору решения для оптимизации затрат. Энергомоделирование имеет решающее значение для понимания взаимодействия между системами и компонентами здания. Энергетическая модель здания позволяет точно определить пиковые нагрузки и, соответственно, правильно подобрать инженерное оборудование.

BEM энергомоделирование включает оценку:

потребления энергоресурсов;
оптимального расположения объекта на территории;
эксплуатационных затрат;
потенциала в сохранении энергоресурсов;
снижение затрат на подключение к сетям монополистов;
снижение выбросов СО2.

Для чего можно использовать этот инструмент по мнению специалистов НИИУРС?

Для проверки освещённости

Пресловутый Коэффициент естественной освещенности (КЕО) «в норме» позволяет строить дома впритык друг к другу, в итоге люди живут или работают в темноте, жертвуя и физическим, и психическим здоровьем.

Для оценки поступления солнечной радиации по каждому фасаду

Можно оценить, где точно солнца будет много, а значит, жители потом завешают эту стену кондиционерами. Перегруженные солнцем фасады должны быть изначально продуманы на предмет организации ниш для внешних блоков кондиционеров.

Для оценки потребности объекта в энергетических ресурсах

Причем возможно рассмотреть применение различных материалов/технологий в части конструктивных решений. Ведь если конструкции светопрозрачные, то и солнечной радиации поступает больше, и нагрузка на систему кондиционирования вырастает значительно.

Понятно, что застройщик обычно работает не в чистом поле и старается по максимуму «выжать» из участка. По этой причине не всегда уместны разговоры о посадке здания. Но в случае, если рассматриваются разные варианты, дополнительный и не трудоемкий анализ поможет выявить дополнительные «за» и «против». На самом раннем этапе проектирования энергомоделирование – это своеобразный калькулятор для архитектора, конструктора и инженеров разных специальностей, которые «гоняют» между собой материалы для конструктивных решений здания, чтобы найти наиболее оптимальный «пирог» стены.

На этом этапе идет выработка принципиальных инженерных решений, можно просчитать каждое и понять, что будет наиболее энергоэффективным для конкретного случая. Конечно, есть очевидные решения, например, применение приточно-вытяжной вентиляции с рекупераций, но есть и другие, окупаемость которых неочевидна. Энергомоделирование позволяет оценить вклад каждого решения и произвести окончательный выбор для фиксации всех решений в техническом задании на проектирование.

После того, как все принципиальные архитектурные, инженерные, конструктивные решения приняты, можно точно сказать, сколько энергетических ресурсов (тепло, газ, электроэнергия) будет потреблять проектируемый объект в год/месяц/ неделю, в целом/по этажам/по помещениям.

Это важная информация при уточнении техусловий, если идет подключение к централизованным инженерным сетям. Но еще более важно учесть модели, если на объекте организовывается собственный энергоцентр, который генерирует ресурсы. Если объект энергоэффективен, ресурсов нужно меньше, и наоборот. Обладание такой информацией – это прямое сокращение капитальных затрат. Если ресурсосбережение – очевидный плюс для девелопера, то комфорт, который получает проект благодаря цифровым инструментам, – это неоспоримое преимущество для пользователя. Это касается как жилых квартир, так и гостиниц, офисов, конференц-залов, торговых центров и т.д.

Результаты энергомоделирования

Снижение первоначальных капитальных затрат благодаря правильному и достоверному расчету
Сокращение количества изменений в проекте;
Снижение эксплуатационных расходов;
Снижение затрат на техническое обслуживание;
Повышение предсказуемости затрат на эксплуатацию и техническое обслуживание;
Увеличение стоимости энергоэффективных «активов» со временем.

Крайне важно, чтобы проектная команда понимала влияние проектных решений на энергопотребление на ранних этапах процесса проектирования, возможно, даже на этапах представления проекта или эскизной концепции.

Информация, которая может быть получена на раннем этапе, должна предоставлять собой сравнительный анализ различных инженерных, объёмно-планировочных и архитектурных альтернатив. При этом ответы, которые нужны команде проектировщиков на этом раннем этапе, не слишком конкретны – обычно они обозначают диапазон вариантов инженерных решений или направление дальнейшей работы. Однако без подобного анализа могут быть упущены важные возможности для развития и улучшения проекта.

Последовательность реализации энергомоделирования, предложенная НИИУРС

① 3D модель объекта.

② Моделирование затенения окружающими объектами.

③ Моделирование нагрузки от солнечной радиации в зависимости от дня недели, месяца, сезона года, географического положения и ориентации здания в пространстве.

④ Моделирование работы всех основных инженерных систем с детальным режимом регулирования.

⑤ Расчет всех параметров эксплуатационного года.

⑥ Обработка и анализ данных, выработка рекомендаций

С учетом всех этих данных вырабатываются рекомендации, причем последовательно разрабатываются две модели – базового здания и энергоэффективного здания. Например, при построении энергетической модели для складского комплекса ООО «Вило рус» в Московской области проектируемый вариант по сравнению с базовым имел энергоэффективность 40,4%, стоимостную эффективность 44,3% и эффективность по снижение парниковых газов 42,3%. Другой интересный кейс – бизнес-центр «Энергия», Санкт-Петербург. Когда арендатор заехал в только что построенное здание, обнаружились две проблемы: перегревается атриум и идет перерасход газа на теплоснабжение. Были созданы климатическая модель и модель инженерных систем (отопление, вентиляция, кондиционирование, освещение), а также рассчитаны все параметры эксплуатационного года. А на их основе - предложено решение проблем.

Источник

Отрасль готова? Мнение экспертов

Тимофей Лютомский, руководитель отдела информационного моделирования компании PIONEER

Энергоэффективность как актуальный тренд в проектировании и строительстве необходимо разделить на два важных направления: с одной стороны можно говорить о разумном потреблении, цифровых расчётах на базе BIM моделей, посадке корпусов с учётом солнечной радиации и оптимизации расхода строительных материалов благодаря точным расчётам, с другой есть более узкая история про зелёные стандарты, за соответствие которым гонятся многие застройщики в своих проектах.

Первый вариант максимально эффективен и полезен как жителям, получающим комфортное жильё с учётом всех достижений современного энергомоделирования и расчётов, так и застройщику, принимающему эффективные и рациональные решения в своём проекте.

Второй вариант обычно связан с существенным удорожанием строительства, что логично проецируется на стоимости квадратного метра, но здесь мы уже рассуждаем о таких глобальных темах как экология и внимательное отношение к природным ресурсам, а важность этих тем невозможно недооценить, но не все готовы принимать её как добавленную стоимость проекта.

В то же время, раздельный сбор мусора — это тоже дополнительная трудность в быту, но в прогрессивных городах это стало уже не модным трендом, а законодательным стандартом, аналогичное движение прослеживается и в части зелёных стандартов проектирования.

В наших проектах авторами активно применяются технологии для энергорасчётов, например, для проекта Pride был произведён детальный расчёт энергомодели с разбивкой по месяцам, анализ движения воздуха, снега, солнечного излучения и комфортности пешеходных зон.

Андрей Шахраманьян, генеральный директор ГК «СОДИС Лаб»

Преимущества энергоэффективного проектирования очевидны, его основная цель – снизить затраты на электроэнергию и отопление при эксплуатации зданий и сооружений. Энергоэффективное здание не только экономит ресурсы, но и сокращает выбросы вредных веществ в атмосферу, что положительно влияет на экосистему в целом. Кроме того, в таких зданиях комфортно жить и работать – в помещениях всё предусмотрено для поддержания стабильной температуры и чистоты воздуха.

Из недостатков можно выделить повышенную стоимость проектирования. Интеграция энергоэффективных технологий требует дополнительных финансовых затрат на проектирование и установку специальных систем. Кроме того, энергоэффективное проектирование требует высокой квалификации и опыта проектировщиков и инженеров, что может повлиять на сроки реализации и увеличение стоимости проекта.

Обеспечение энергоэффективности достигается сочетанием различных инструментов и методик, поэтому специалисты должны уметь выполнять энергетические расчеты, знать и применять энергосберегающие материалы и оборудование, знать и применять технологии автоматизации инженерных систем здания, выстраивать энергоэффективные режимы работы всех инженерных систем в соответствии с функциональным назначением объекта и понимать принципы работы различных систем отопления, вентиляции, кондиционирования и освещения.

Энергосбережение напрямую связано с экономической эффективностью обслуживания объекта. С учетом тренда на оптимизацию стоимости владения объекта считаю, что тема энергоэффективности будет востребована, особенно в долгосрочной перспективе.

Роман Митин, директор по продуктам IYNO

Энергетическое моделирование зданий — это не только методология выполнения расчётов потребления тепла и холода, электричества и прочих энергоресурсов, но так же и возможность определить экономический эффект от применения той или иной схемы организации инженерных систем или архитектурных решений.

Методология не новая и применяется уже десятки лет, но как для любой инновации, на заре своего развития её применение было целесообразно для уникальных объектов. Специалистов с опытом решения подобных задач не много, программное обеспечение дорогое и требует определённой математической и инженерной подготовки. Соответственно и уровень решаемых задач представлял крупные культурные объекты, торговые и спортивные комплексы, высотные здания.

К сожалению со временем технология не стала массовой, девелоперы не часто являются инициаторами применения именно BEM, и в лучшем случае заказывают вариативную проработку архитектурных и инженерных решений у проектной организации не вдаваясь в методику расчёта. Проектные организации при этом не имеют мотивации развивать дорогостоящую технологию для решения редко возникающих задач.

Но потенциал у энергетического моделирования действительно огромный. Вариативная проработка энергетических решений может затрагивать не только конкретное здание, но и проектируемые микрорайоны в комплексе и даже города при решении задач определения их долгосрочной энергетической стратегии. А это уже вопросы не только эффективности проекта, но и экономики городов и государства.

На мой взгляд, для снижения стоимости BEM необходимо постепенно вносить в состав стадии проект задачи, предполагающие математическое обоснование принятых решений а не только следования требований СНиП. Тогда специалисты будут постепенно развиваться и иметь возможность применять свои навыки на реальных проектах. Но не стоит забывать что это дополнительная нагрузка на проектировщика. Это инвестиции в it-инфраструктуру, повышение квалификации кадров, дополнительные сроки для качественного BEM-моделирования на этапах концептуальной проработки и проектирования.

Сейчас никого не удивить моделированием при расчётах несущих каркасов и элементов зданий, так и энергетическое моделирование со временем может стать неотъемлемой частью каждого проекта.

А рынок готов?

Сложности применения технологии, описанные выше экспертами, в целом можно отнести ко всему BIM-сегменту в России. Между тем, сейчас девелоперам доступно 43 отечественных решения для проектирования, многие из которых позволяют проводить инженерно-геологические изыскания, моделировать естественное освещение территории, точечно работать над инженерными сетями и внутренними системами зданий.

С другой стороны, российские разработки не покрывают (или не полностью покрывают) следующие сегменты: геотехническое обоснование и расчет фундаментов и оснований; проектирование гидротехнических сооружений и их комплексов; проектирование систем водоснабжения, водоотведения, канализации. Об этом подробно рассказывала Марина Гримитлина, исполнительный директор СЗ Центр АВОК. На 100+ Techobuild она представила результаты исследования рынка отечественного софта на предмет уязвимостей.

Похоже, что инновационное проектирование в российской строительной отрасли — это долгоиграющий процесс, которому предстоит преодолеть множество сложностей, от подготовки достаточной технической базы в виде качественных решений до сопротивления самого рынка: новые подходы к проектированию неизбежно влекут за собой удорожание конечного продукта, и эти затраты будут вложены в стоимость квадратного метра. Мы продолжим следить за развитием событий.

В статье использованы материалы из Годового отчета НИИУРС 2022

2023-04-10 15:16 Цифровизация BIM