Энергомоделирование здания Торгово-бытового центра для сертификации по системе BREEAM

Энергомоделирование здания Торгово-бытового центра для сертификации по системе BREEAM

Здание Торгово-бытового центра в городе Москва сертифицировалось по стандарту BREEAM. Поэтому в рамках выполнения проектных работ возникла необходимость в создании энергетической модели для оптимизации энергопотребления зданием, а так же для определения набираемых баллов по критериям ENE1 (Энергоэффективность), HEA1 (естественная освещенность) и HEA3 (тепловой комфорт).

В рамках работ по созданию энергетической модели здания была построена подробная геометрия, повторяющая все архитектурные особенности, влияющие на затенение оконных проемов. Подробно заданы все нагрузки в здании, включая расписания и профили их работы. То есть в модели были учтены не только номинальные мощности установленного оборудования, но и временная зависимость их использования в течение рабочих и выходных дней.

Для определения количества баллов были созданы базовая и проектная модели. Базовая модель отвечает нормативным требованиям местных стандартов и стандарта ASHRAE 90.1 по свойствам ограждающих конструкций, системам отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВиК), освещенности. В проектной модели заданы реальные проектные решения по данным разделам, которые должны быть более эффективны, чем базовые.

Для расчета годового цикла функционирования здания применялся погодный файл, отражающий климатические условия местности строительства со всеми характерными погодными колебаниями.

В рамках моделирования были применены дополнительные мероприятия для оптимизации энергопотребления здания и достижения большего числа баллов. Также при заданных проектных мощностях оборудования была рассчитана возможность достижения теплового комфорта в течение всего года.

В результате по критерию ENE1 было получено 12 баллов и 1 бал был получен по критерию HEA3.

Энергомодель торгово-бытового центра Энергомодель торгово-бытового центра
Схема систем вентиляции Схема систем вентиляции
График сокращения энергопотребления График сокращения энергопотребления
Кредит НЕАЗ тепловой комфорт Кредит НЕАЗ тепловой комфорт
Положение солнца и теней на энергомодели Положение солнца и теней на энергомодели

3-D моделирование распределения температуры для фасадной системы

3-D моделирование распределения температуры для фасадной системы

Сегодня в практике строительства часто используют навесные фасадные системы. Узлы крепления фасадных систем являются сложными соединениями, выполненными из различных материалов. Каждый элемент оказывает влияние на сопротивление теплопередаче и распределение температуры во всей фасадной конструкции.

Проведение теплотехнического расчета навесных фасадных систем является составной частью работ по проектированию. При этом определение фактического приведенного сопротивления теплопередачи сложной фасадной конструкции – непростая задача. Так, участки неоднородных теплопроводных включений (элементы креплений, профили, узлы примыкания, тепловые мосты) оказывают существенное влияние на распределение тепловых потоков в конструкции. Это необходимо учитывать при расчете приведенного сопротивления теплопередачи.

Целью 3-D моделирования температурных полей в элементе фасадной конструкции с вентилируемым воздушным зазором, было:
• получить приближенное к фактическому сопротивление теплопередаче конструкции,
• определить коэффициент однородности фасада,
• проанализировать распределение температуры по поверхностям элементов для исключения риска образования конденсата.

При моделировании учитывалось непостоянство коэффициента теплоотдачи со стороны улицы, т.к. на его величину влияют различные внешние условия. Например, на неровных участках создаются завихрения потока и в этих местах коэффициент теплоотдачи может сильно отличаться от значения, приведенного в справочной литературе.

Для оценки минимальных значений температуры на внутренних поверхностях фасадных систем было проведено моделирование для различных значений температуры и скоростей воздуха в воздушном зазоре навесной фасадной системы.

По результатам моделирования фасадной системы были получены значения сопротивления теплопередачи и коэффициент неоднородности фасада. Кроме того, выполненное 3D-моделирование показало, что температура в угловой зоне фасадной конструкции при наиболее неблагоприятных условиях (tн = — 26°С, скорость потока воздуха в воздушном зазоре — 5 м/с) составляет 4,7 °С, что не противоречит требованиям п.5.7 СП 50.13330-12.

3D геометрия элемента фасадной конструкции 3D геометрия элемента фасадной конструкции
Моделирование распределения температур внутри фасадной конструкции Моделирование распределения температур внутри фасадной конструкции
Моделирование распределения температур внутри фасадной конструкции Моделирование распределения температур внутри фасадной конструкции

BIM Анализ здания Малярного цеха

BIM Анализ здания Малярного цеха

Строительство Здания Малярного цеха является не сложной задачей. Однако, и в данном случае нашлось место для применения современных подходов проектирования.

В рассматриваемом примере показан подход BIM проектирования с задействованием этапа BIM анализ.

Особенность данного объекта в том, что изначально владелец рассчитывал на подключение к газу. Для отопления комплекса промышленных зданий (в том числе рассматриваемого Молярного цеха) был спроектирован газовый котел и система водяного отопления.

Но подключиться к газу не удалось, и для отопления уже построенных зданий приходится возить газ в баллонах. А это по стоимости на кВт вырабатываемого тепла сопоставимо с электрическим отоплением. То есть достаточно дорого.

Поэтому возникла задача для здания Малярного цеха, в процессе проектирования рассмотреть экономический эффект при различных решениях вентиляции и отопления.

BIM анализ для проекта рассматриваемого объекта начался с передачи архитектуры здания из Revit модели в программу энергетического моделирования. Для этого был использован промежуточный формат gbxml.

В рамках энергомоделирования были произведены расчеты энергопотребления здания в течении года. Получили, что основные затраты энергии идут на нагрев воздуха для малярных помещений, где требуется достаточно большая кратность воздухообмена.

Воздух удаляемый из покрасочных помещений является воздухом низкого качества ETA 4. Для воздуха такого класса не допускается рециркуляция и есть ограничения по рекуперации тепла. Было проведено моделирование и сравнение использования рекуператора с промежуточным теплоносителем, а также пластинчатого рекуператора.

Так как стоимость кВт газа и электроэнергии сравнима, для данного объекта оправдано использование тепловых насосов в качестве источников отопления. Тепловой насос имеет средний коэффициент эффективности около 3х. То есть на 1 потраченный кВт электроэнергии вырабатывается 3 кВт тепла.

Однако, рассматриваемые тепловые насосы не могут работать при уличной температуре ниже -15С, что приводит к необходимости дублирования системы отопления. Для оценки окупаемости такого решения были рассчитаны капитальные затраты на его реализацию и экономию при использовании тепловых насосов большую часть отопительного сезона.

По результатам анализа было принято решение использовать пластинчатый рекуператор, показавший себя заметно более эффективным, а решение о применение тепловых насосов оставили на будущее по причини дополнительных затрат на дублирование системы.

Это наглядный пример современного подхода при проектировании небольшого объекта.

Моделирование нагрузок на Дебаркадер

Моделирование нагрузок на Дебаркадер от проезжающих железнодорожных составов

В процессе проектирования Дебаркадера инженеры столкнулись с необычной задачей. Возникла необходимость оценить величину нагрузок на конструкции от потоков воздуха создаваемых проезжающими на большой скорости железнодорожными составами.

Для решения этой задачи использовался относительно не дорогой и быстрый метод численного моделирования.

В рамках моделирования была построена модель самой конструкции Дебаркадера, а также проезжающих железнодорожных составов. В программном продукте для CFD моделирования построена расчетная сетка и задан перечень необходимых параметров.

В результате были получены динамически изменяющиеся нагрузки на конструкции Дебаркадера, которые в дальнейшем использовались при расчете конструкции на прочность.

Аэродинамический расчет вентиляционных коробов

Аэродинамический расчет вентиляционных коробов системы вентиляции автоматизированного телевизионного производственного комплекса

С учетом участившихся в последние годы в Москве ураганов требовалось уточнить ветровую нагрузку на наружную сеть воздуховодов, расположенных на кровле здания с учётом существующей вокруг застройки. Расчет показал существенное (почти в 2 раза) превышение расчетной нагрузки для наиболее ураганоопасного направления ветра, вызванное близкорасположенным высотным зданием.

Ветровые нагрузки на отражатель

Аэродинамический расчёт радиолокационного отражателя. Определение средних ветровых нагрузок

По своему виду радиолокационный отражатель представляет собой сложную неразъемную конструкцию из стальных листов различной формы, расположенную на опоре. поэтому учесть ветровую нагрузку на нее стандартными методами невозмжно.

CFD ЦОД: камера смешения

Моделирование воздушных потоков ЦОД: камера смешения

Одно из решений по охлаждению ЦОД – использование в холодный и переходные периоды года потенциала наружного воздуха для подачи непосредственно в машинный зал или на рекуператор. В этом случае для получения требуемых температур воздуха применяют камеры смешения.

Методами моделирования воздушных потоков для ЦОД (CFD ЦОД) была рассмотрена задача смешения рециркуляционного и наружного воздуха в камере смешения.

Проектным решением предполагалось, что рециркуляционный «горячий» воздух, попадет в камеру смешения, перемешается с поступающим туда холодным наружным воздухом и далее поступает в объем ЦОД.

Однако проведенное моделирование воздушных потоков ЦОД показало, что температура воздуха на выходе из камеры смешения кардинально отличается от рассчитываемой при проектировании по алгебраической формуле. Более того, температура смешения имела отрицательные значения!

Как показало CFD ЦОД, отрицательные температуры на выходе из камеры смешения получились вследствие того, что теплый воздух вместо того, чтобы развернуться на рециркуляцию, практически весь уходил на улицу. Соответственно, чтобы сохранить общий расход, на вентиляторы поступал большой объем уличного воздуха с отрицательной температурой.

Хорошо, что это было обнаружено на этапе проектирования, а не строительства. В итоговом решении были добавлены перегородки внутри камеры смешения. Проведение моделирования воздушных потоков ЦОД для модифицированной геометрии камеры смешения показало, что предложенное конструктивное изменение камеры привело к хорошему смешению рециркуляционного и наружного воздуха, в результате в объем ЦОД стал поступать воздух с равномерной заданной проектом положительной температурой.

Таким образом, проведенное CFD ЦОД работы камеры смешения позволило вовремя увидеть недостатки ее функционирования, своевременно внести изменения в ее конструкцию.

CFD ЦОД CFD ЦОД
CFD ЦОД CFD ЦОД
Моделирование воздушных потоков ЦОД Моделирование воздушных потоков ЦОД

Расчет энергоэффективности здания Кафе в Сколково

Расчет энергоэффективности здания Кафе в Сколково для зеленой сертификации LEED

Для всех объектов на территории инновационного центра Сколково проводится энергоэффективное проектирование. В рамках энергоэффективного проектирования проводится расчет энергоэффективности здания для зеленой сертификации LEED. В процессе проектирования здания Кафе был проведен расчет эксплуатационных расходов. Был применен ряд мероприятий, позволивших добиться снижения эксплуатационных расходов.

Общая площадь моделируемого объекта составляет примерно 1 000 м2.
Режим работы: 7 дней в неделю с 10 до 21 часа.
Расчет эксплуатационных расходов показал годовую стоимость энергоресурсов проектного варианта равную $47 000

Расчет энергоэффективности здания проводился в рамках зеленой сертификации по международной системе LEED CS 2009.

Особенностью архитектуры рассматриваемого объекта была его необычная форма, включающая навесную кровлю сложной геометрии.

В проекте был применен ряд решений для снижения эксплуатационных расходов:
1. Улучшены тепловые характеристики ограждающих конструкций.
2. Выбран тип окна с низким коэффициентом пропускания солнечной радиации SHGC=0.25.
3. Предусмотрена рекуперация тепла с эффективностью50%.
4. Установлены энергоэффективные светильники.
5Установлена энергетически эффективная система холодоснабжения.

Расчет энергоэффективности здания показал эффективность по энергии 35%, стоимостную эффективность 24%. Кафе претендует на получение 9 баллов по зеленой сертификации LEED раздел EAc1.

Расчет энергоэффективности здания проводился при помощи методов энергетического моделирования.

Это стандартная практика энергоэффективного проектирования. Для моделирования применялся лицензионный пакетIES Virtual Environment Pro 2015компании Integrated Environmental Solutions Ltd. В программу вводились архитектурные и инженерные решения, а также функциональные особенности и географическое положение объекта.

Расчет эксплуатационных расходов выявил, что основные затраты идут на работу кухонного оборудования, на втором месте прочее технологическое оборудование кафе.

Снижение эксплуатационных расходов на энергоресурсы составляет ≈$15 000 в год по сравнению с базовым вариантом.

Достигнута экономия на работе вентиляции по сравнению с базовым вариантом. Получена благодаря использованию систем с подачей минимального нормируемого количества наружного воздуха, применения радиаторного отопления и выбора вентиляторов с низким SFP.

Снижение эксплуатационных расходов на охлаждение достигается за счет использования энергоэффективных стеклопакетов, применением эффективной холодильной машины и особенностями затенения светопрозрачных ограждений архитектурными конструкциями здания.

Снижение эксплуатационных расходов на отоплении достигнута благодаря улучшенным ограждающим конструкциям и использованию эффективных рекуператоров в системах вентиляции.

Расчет энергоэффективности здания Кафе Сколково Расчет энергоэффективности здания Кафе Сколково
Снижение эксплуатационных расходов Кафе Сколково Снижение эксплуатационных расходов Кафе Сколково
Результаты расчета эксплуатационных расходов Кафе Сколково Результаты расчета эксплуатационных расходов Кафе Сколково
Контуры геометрии Кафе Сколково Контуры геометрии Кафе Сколково

Анализ энергоэффективности Центра досуга в Сколково

Анализ энергоэффективности зданий и сооружений Центра досуга в Сколково

Под стандартизацию по зеленому строительству (green building) попадают все объекты на территории инновационного центра Сколково. В рамках данной концепции проводится анализ энергоэффективности зданий и сооружений и оценка эксплуатационных расходов с учетом использования энергоэффективных мероприятий.

Общая площадь моделируемого Центра досуга составляет примерно 1 200 м2.
Режим работы объекта: 7 дней в неделю с 8 до 22 часов.
Годовые эксплуатационные расходы на энергоресурсы проектного варианта составили ≈ $18 000

Расчет и анализ энергоэффективности здания и сооружений Центра досуга проводилось в рамках сертификации по международной системе LEED CS 2009. Данная система является одной из ведущих в мире по направлению Green building.

Особенностью конструкции рассматриваемого здания была сложная криволинейная геометрия навесной кровли, наличие световых фонарей, существенные эффекты затенения и самозатенения. Особенностью режима функционирования здания Центра досуга и соответственно работы всех инженерных систем являлось наличие зон с отличающимися режимами работы, нагрузками и поддерживаемыми параметрами микроклимата:
– зал для физкультурно-оздоровительных занятий;
– салон красоты;
– буфет с обеденным и банкетным залом;
– детский клуб;
– помещения администрации;
– служебно-бытовые помещения.

В проекте был применен ряд энергоэффективных мероприятий:
1. Улучшены тепловые характеристики ограждающих конструкций.
2. Выбран тип окна с низким коэффициентом пропускания солнечной радиации SHGC=0.25.
3. Установлены энергоэффективные светильники.

Анализ энергоэффективности показал, что энергоэффективность зданий и сооружений Центра досуга составляет 8,2%, стоимостная эффективность 28,1%. Объект претендует на получение 11 баллов по разделу EAc1 системы LEED (Green building).

Анализ энергоэффективности зданий и сооружений Центра досуга проводился методами энергомоделирования. Для этого использовался лицензионный пакет “IES Virtual Environment Pro 2015” компании Integrated Environmental Solutions Ltd. В программу закладывались архитектурные и инженерные решения с учетом энергоэффективных мероприятий, а также функциональные особенности и географическое положение объекта.

Экономия эксплуатационных расходов на энергоресурсы составляет ≈$7 000 в год по сравнению с базовым вариантом здания. Эта экономия достигнута благодаря проработке и анализу ряда энергоэффективных мероприятий.
Основные затраты идут на работу технологического оборудования, второе место занимают затраты на работу вентиляторов, а на третьем отопление.

Экономия эксплуатационных расходов на работу вентиляции по сравнению с базовым вариантом достигается путем использования систем с подачей минимального количества наружного воздуха по нормам, применения радиаторного отопления и выбором вентиляторов с низким SFP.

Отсутствие рекуперации тепла в системах вентиляции привело к тому, что энергии на отопление в проектируемом варианте нужно в 1,5 раза больше чем в базовом.

Контуры геометрии Центра досуга Сколково Контуры геометрии Центра досуга Сколково
Геометрия Центра досуга Сколково Геометрия Центра досуга Сколково
Анализ энергоэффективных мероприятий для ограждающих конструкций Анализ энергоэффективных мероприятий для ограждающих конструкций
Анализ энергоэффективности систем холодоснабжения Анализ энергоэффективности систем холодоснабжения
Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково
Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково Анализ энергоэффективности Центра досуга Сколково
Повышение энергоэффективности здания супермаркета по потреблению тепла Повышение энергоэффективности здания супермаркета по потреблению тепла

Математическое моделирование офиса

Математическое моделирование офиса

Комфорт в офисе напрямую влияет на работоспособность сотрудников. Всем известны «войны» за пульт от кондиционера, когда одним «жарко», а другим «дует». Такие моменты вносят в ряды сотрудников раскол, снижают производительность труда, а, следовательно, уменьшают доходы фирмы. Визуализация течений и температур еще на стадии проекта позволяет скорректировать последний и добиться комфорта. Подобное возможно при помощи математического моделирования офиса.

Стоимость математического моделирования офисов сама по себе не большая. Учтем недополученную прибыль в случае отсутствия комфорта в работе сотрудников или вынужденного нерационального использования офисного пространства. Получим что стоимость математического моделирования офиса при проектировании не просто нулевая, а еще и приносит дополнительную прибыль на стадии эксплуатации комфортного рабочего пространства.

Цель настоящей работы – анализ проектного решения по системам вентиляции и кондиционирования воздуха (В и КВ) реконструируемого офиса, его корректировка в случае необходимости, а также выдача рекомендаций по монтажу и эксплуатации данных систем. Моделирование офисного помещения проводилось с учётом работы систем В и КВ смежных помещений, наличия людей, офисного оборудования и освещения. При моделировании солнечного излучения учитывались расположение офисного помещения и его ориентация по сторонам света. Были опасения, что неудачный подбор типов воздухораспределителей и мест их установки негативно скажется на параметрах воздуха в помещении.

В процессе моделирования офисного помещения были получены наглядные визуализации течений. Анализ результатов позволил выявить, что установленные на одной из стен, воздухораспределительные решетки будут вызывать дискомфорт на рабочих местах у дальней стены помещения. Это связано с тем, что струи будут достигать рабочей зоны с недопустимо большой скоростью. Были изменены тип и место расположения воздухораспределительных устройств и проведено повторное моделирование офисного помещения с визуализацией течений. В результате ситуацию удалось исправить таким образом, что температура и скорость воздуха в рабочей зоне стали соответствовать комфортным условиям. Так температура находится в диапазоне 24-25°С, а подвижность не превышает 0,2 м/с.

В результате стоимость математического моделирования офиса оказалась заметно ниже, чем возможные потери от исправления уже смонтированной системы.

 

Математическое моделирование офисного помещения Математическое моделирование офисного помещения
Визуализация нагрузки от солнца Визуализация нагрузки от солнца
Результаты математического моделирования офиса Результаты математического моделирования офиса
Математическое моделирование офисного помещения Математическое моделирование офисного помещения
Результаты математического моделирования офисного помещения Результаты математического моделирования офисного помещения
Результаты моделирования офисного помещения Результаты моделирования офисного помещения
Визуализация течений в офисе Визуализация течений в офисе

в начало