基于BIM技术的商业建筑暖通空调系统节能研究

苗劲蔚

(新疆维泰开发建设(集团)股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830000)

由于我国人口众多，日常能源需求也相应大大超过其他国家，在能源紧缺现象越来越明显的情况下，能源是关乎民众生活和国家发展的主要问题，要想切实改善能源紧缺情况，目前最有效的方法就是新能源开发和全面落实节能降耗，鉴于商业建筑暖通空调能耗量大是建筑行业亟待解决的问题，所以有必要将BIM技术引用到商业暖通空调设计工作中，通过BIM分析模型合理搭建，借助BIM技术可视化、协调性等诸多应用优势确保暖通空调系统节能设计的科学合理性。

1 暖通空调系统设计中应用BIM技术优势

首先，可以实现项目数据化。在对工程项目进行管理的时候借助BIM技术实现了数据化管理效果，可以将工程项目推进过程中形成的全部数据有效地存储起来，并且能准确迅速地开展一些模拟以及计算的工作，这对于实现项目信息化管理起到了推动作用。借助BIM技术能够非常快速且准确地计算金额或者数量，推动了项目进程的快速发展，同时还可以开展精准有效地计算，具有科学模拟分析以及精准数字计算的能力。与传统靠个人能力或者经验等开展管理工作的方法进行比较，BIM技术加持下项目的管理工作能够更加细化，方便了企业开展更加精准的控制。

其次，可以优化设计可视化效果。项目整体进程从建立的实体模型中可以更加直观地看到，不仅仅是将效果图展示出来，还能够在全过程中实现探讨、交流，为做出正确的决定提供参考依据。

最后，保证项目沟通协调性。开展协同设计工作时BIM技术的加持下可以高效解决协调问题，举例来说，自设计阶段开始到了解环境再到正式展开施工，这个过程中肯定会有许多问题需要进行协调，这时借助BIM技术建立起建筑信息实体模型，施工的初始阶段能够把专业设计进行有效整合，再进行共同检查，这就可以得到具体的碰撞问题报告，然后据此可以将碰撞问题进行有效协调，形成有针对性的解决方案，由此工作效率得到了极大的提高。

另外还可以运用模拟性保证建筑设计。BIM技术不单单能够模拟建筑物模型，还能够模拟分析一些应用研究，这体现的就是BIM技术的模拟性。设计过程中BIM可以分析和模拟可能会产生的需求，比如说可以模拟和分析一天中日照情况、节能效果、热传导情况以及紧急情况发生时疏散方案等，这些模拟分析是在特定的项目和特定的实施期间开展的，也就会根据具体施工项目确定的施工组织设计等开展施工现场实际模拟，进而为施工计划的确定提供科学依据，为施工的正式开展提供指导。除此以外，还可以开展5D模拟仿真，在控制项目成本方面有重要意义。

2 分析BIM技术背景下商业建筑暖通空调系统节能案例

某个商业建筑有54 926.58m2的占地总面积，地上一共有三层建筑，主要配备着影城、健身房、超市、室内步行街等等。以下我们以该建筑二层空调系统为例开展节能应用分析，二层建筑面积总计21 252.59m2。

2.1 借助BIM技术对模型搭建进行分析

每个项目都有自身独有的特点，新项目在Revit中进行建立时，Revit中项目初始格式默认是“.rte”为后缀名的格式，该种格式也被称为“样板文件”，和AutoCAD的“.dwe”文件格式有着异曲同工之妙。项目样本越合理共同工作推进时候效率就更高，项目运维阶段工作开展就更加的便利，有效地提升了项目设计应用的能力。设计活动开展时设计人员可以结合不同项目属性，在项目样板中加入具体项目需要的结构还有机电等构件，同时定义部分视图名称还有出图样板，这样具体的项目模板就形成了。参与设计的所有人员都能够通过“默认样板文件”的查看找到和使用特定的样板文件。Revit中建立项目模板的方式有两种，其一是项目设计结束后，保存的时候直接保存“.rte”格式，这样一来样板文件就建立好了。还有一种方式即把已经有的项目样板其中某些设置结合实际需求进行修改，从而形成新样板文件，然后再进行保存。

2.2 简析BIM技术下暖通空调系统

优化暖通空调系统设计方案，开展空调系统节能深化设计，是逐步推进、逐渐展开的。前期设计环节对于暖通空调系统方案的选择非常关键，其对冷热源的选择、系统末端管道排布以及局部设计和使用等都有直接影响，所以暖通空调系统方案设计的合理与否，对研究整体过程都会有重要影响。为了使设计进度得到提升、暖通空调系统设计得以深化，要保证暖通空调系统设计方案科学且合理。

将BIM模型引入到相关的模拟分析软件，就可以得到建筑项目相关一些数据，这些数据信息有气象信息数据、地理位置信息数据、设计温度以及湿度信息数据等等，有了这些数据信息才能更好地开展能耗模拟工作。本文实例中的建筑是商业性质的，其是全年不间断的运行，制冷期间自每年的5月15日始至当年的10月31日止，其余时间为制热期间。日营业时间设置为早上9点至晚上9点，在能耗模拟活动里最重要的数据是室外气象数据，其能够直接影响到能耗大小，一旦该参数设定出现问题就会使后期分析结果出现较大偏差。

模拟分析全年所有时刻的室外相对湿度、温度以及风速。体现出了具体的室外气象条件变化情况，更好地了解能耗情况，还分析了舒适度。设计参数信息详情如下：设置了-8.3℃的建筑所在地处于采暖期的平均温度，设置了-24.3℃的冬季空调室外计算温度，设置了-21.1℃的冬季采暖室外计算温度，设置了3.1m/s的冬季室外平均风速，最低温度确定是-33.7℃，而最高温度则为36.7℃。经过对负荷进行分析表明，最大热负荷确定是1 069.3KW，最大冷负荷确定是2 099.7KW。结合相关的规范将商场夏季室内参数进行有效设置后，室内温度固定在26℃～28℃区间内，冬天室内温度固定为16℃～18℃区间内。根据该建筑物的性质以及特性等，确定了三种备选空调系统，此三种空调系统是有差异的，不过也有一个共同特点，那就是它们都是变风量系统，变风量系统的特点就是其通过调节室内送风量来对室内温湿度实现调节目的。能够营造出更加舒适宜人的室内环境。变风量系统的构成比较复杂，不过主要是以下几部分，有空气处理机组、变风量空调箱、风管道以及房间终端的温控器。这其中变风量空调箱是最重要的组成部分。此种空调系统最早是在美国起源的，80年代初期才在日本以及欧美等一些国家推广开来，该空调系统之所以能够得到广泛运用究其原因是能够节约大量能量，在经过了长时间的应用以及探索之后，如今变风量空调系统在欧美国家以及日本的空调系统市场中有高达30%的市场占有量。变风量空调系统从90年代开始在建筑中得以普遍应用，有高达95%的建筑都使用了此空调系统。我们以下面三个案例进行简单分析：

方案一，夏季制冷使用的是冷却塔和水冷机组有机结合方式，冬季制热模式采用的是热水锅炉模式，末端采用的模式是风机动力箱和变风量系统相结合的方式，这种方式的优势是其应用起来极其灵活，可以很好的适应各种各样的暖通空调系统设计要求。该系列风扇还有一个优势那就是运行时非常安静，这使得居住者有了更好的居住体验，现代人们对于室内空间声学、舒适度等有了更高的要求，风扇的这一优势充分地满足了现在人们对建筑的需求。串并联风机机组在运行节约方面借助夜间回退运行和余热回收等可以实现，核心区和电灯等工作中的热量可以被可变风量终端回收，这样一来附近的加热负荷就得以抵消。远程加热设备的供电是通过控制装置实现的，例如，风扇线圈、屋顶负载式机组加热器、辐射板以及壁翅式等。

方案二，夏季制冷使用的是冷却塔和水冷机组有机结合方式，冬季制热模式采用的是热水锅炉模式，末端采用的模式是变风量再热系统和混合冷却梁相结合的方式。其中空气处理装置中安设的冷水盎管比较特别，其是带有热水盘管和旁路尼的。在打开旁路阻尼器的时候，空气处理器变驱动能够很好的将风扇速度降下来。这其中空气处理器能够将一次空气妥善的供给到活动冷却梁。0.6icfm/ft(0.28L[sm])的一次空气f降低率，降下来以后，居住中空度空间中的最小成员数显著地比最小通气量还要小，不过在高空度空间比如教室和会议室等地方，最小成员数则是特别接近最小通风量的。在低空度空间里，一定得用比最小通风率还要高的DOASF低速率，才能很好地满足空荷载切实需求，和最低通风量进行比较来看，它对于室内空气质量也起到了很好的改善作用。

方案三，夏季制冷使用的是冷却塔和水冷机组有机结合方式，冬季制热模式采用的是热水锅炉模式，末端采用的模式是有再热系统的变风量系统。控制实验室温湿度的任务是借助加热或者是冷却的方式提供空气完成的，在对湿度进行控制的过程中，是把空气冷却到比露点温度还要低就停下来，这时候能够很好的使水分凝结析出，但是这种方式有一个缺点，那就是冷却干燥之后的空气体感上冷于需要的冷却空气，因此要把热量添加到相应空间中，就能够实现提高温度的效果，当达到预期要求的温度时就可以停止。中央空气处理单元(AHU)就是来执行“再热”任务的，再借助气流控制以及额外冷却、加热实现了对区域温度控制目的，这种暖通空调系统方案在控制温度方面是特别常见的。加热环节通常是在区域级推进的，所以这种系统也以带末端再加热的变风量系统被人们熟知。

据有关数据表明长春市是3.04元/m3的天然气价格，天然气低位发热量据相关数据显示为35 590KJ/Nm3，另外长春市是0.932元/kW*h的商用电价，整合这些数据进行精确计算，可以得到0.307元/kW*h天然气价格。我们按照这组数据分别计算以上三个方案为了保证顺利运行需要的成本，可以得知，方案二和方案一能够达到33%的能耗节约，和方案三进行比较的话，多节约出了19%，另外从费用角度来看，方案二节约资金效果最为明显，和方案一进行比较的话，多节约出了37%资金，和方案三进行比较的话，多节约出了大概15%资金。

2.3 分析室内风环境

室内暖通空调会有诸多气流组织方面问题在使用过程中产生，举例来说，温度分布在水平方向出现了不均匀状态，高大空间极易出现温度分层情况，分速较大的时候部分区域有吹风感出现等。在开展室内空间风环境模拟试验时能够对室内环境各个区域、时间段的风速以及温度分布情况开展非常全面精准的研究。这对于风口地点的选择、送风速度的确定等有着非常重要的意义。我们选取了二层两个相邻房间开展了具体的速度场分析。详细的分析室内房间风环境模拟结果，然后准确地反应在Revit的机电平台上，据此可以确定暖通空调系统室内空间风口具体位置，还能够据此判断风口具体风速和风口送风模式。另外还能够在BIM实体模型上把优化和改良的暖通空调系统室内风口具体的布置情况很好地呈现出来，与此同时在相关能耗分析软件中进行反应，这对推进更深层次节能研究活动非常有利。

3 结 语

现代人的消费意识和消费实力都有了大幅度提升，从而为商业建筑发展提供了契机，暖通空调系统是保证商业建筑室内环境舒适性的基本保障，但是其过于庞大的能耗量又与当前的环保节能形成一定冲突，因此，应积极探索BIM技术在商业建筑暖通空调系统设计等方面的具体原因和应用策略，以便通过现代化技术手段，赋予暖通空调系统更好的节能效果。