Κάνοντας την Ενεργειακή Μοντελοποίηση Κτιρίων Εξυπνότερη

Στην ενεργειακή μοντελοποίηση κτιρίων, υπάρχουν δύο τομείς που μπορούν να βελτιωθούν, συμπεριλαμβανομένων της διαδικασίας μοντελοποίησης και των αποτελεσμάτων. Τα υπάρχοντα υπολογιστικά εργαλεία και μέθοδοι που επικεντρώνονται στην ενεργειακή μοντελοποίηση κτιρίων είναι ικανά εργαλεία που μπορούν να παρέχουν ακριβή αποτελέσματα. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία μπορεί να είναι ταχύτερη, αυτοματοποιημένη, λιγότερο επιρρεπής σε σφάλματα και οι έξοδοι μπορεί να είναι πιο λεπτομερείς ή λεπτομερείς. Η επίτευξη αυτών των βελτιώσεων μπορεί να κάνει πιο έξυπνη την ενεργειακή μοντελοποίηση κτιρίων.

Διαφορετικές προσεγγίσεις υιοθετούνται για την επίτευξη αυτών των στόχων, συμπεριλαμβανομένης της τρισδιάστατης σάρωσης λέιζερ για τη μοντελοποίηση της γεωμετρίας του κτιρίου ή της εφαρμογής αισθητήρων και μετρητών για τη λήψη κοκκωδών δεδομένων κατανάλωσης ενέργειας. Ωστόσο, απαιτείται μια ολοκληρωμένη προσέγγιση που να περιλαμβάνει όλες τις ιδιότητες του κτιρίου και τα βήματα της προσομοίωσης για την αξιολόγηση της ενεργειακής απόδοσης του κτιρίου.

Ποιες είναι οι προσεγγίσεις για τη βελτίωση της ενεργειακής μοντελοποίησης και των εκροών;

Πρώτον, για τη βελτίωση της διαδικασίας μοντελοποίησης, η υιοθέτηση της μοντελοποίησης πληροφοριών κτιρίου (BIM) μπορεί να βελτιώσει τη διαδικασία, η οποία υιοθετείται επίσης από διαφορετικούς ερευνητές. Υπάρχουν επίσης διάφορα εργαλεία υπολογιστών συμβατά με αυτά, όπως το OpenStudio και το Green Building Studio. Η χρήση του BIM εξαλείφει την ανάγκη για αναδιαμόρφωση του κτιρίου σε ένα ξεχωριστό εργαλείο υπολογιστή για ενεργειακή μοντελοποίηση και μεταφέρει αυτόματα όλες τις απαιτούμενες πληροφορίες σε ένα κατάλληλο εργαλείο ή μορφή αρχείου για ανάλυση ενέργειας.

Ωστόσο, εξακολουθούν να υπάρχουν προκλήσεις και ζητήματα που σχετίζονται κυρίως με τη διαλειτουργικότητα μεταξύ εργαλείων συγγραφής BIM όπως το Revit και κινητήρων προσομοίωσης ενέργειας όπως το EnergyPlus. Για παράδειγμα, τα δεδομένα που σχετίζονται με ορισμένα συστήματα, όπως η θέρμανση, ο εξαερισμός και ο κλιματισμός (HVAC) ενδέχεται να μην μεταφέρονται σωστά σε αρχείο BIM ή σε αρχείο προσομοίωσης ενέργειας.

Δεύτερον, όσον αφορά την ευαισθησία των εξόδων προσομοίωσης ενέργειας, ενδέχεται να υπάρχουν διαφορετικοί τομείς στους οποίους οι χρήστες χρειάζονται επιπλέον επίπεδο λεπτομερειών. Για παράδειγμα, ένας από τους σημαντικούς τύπους πληροφοριών είναι η εκτίμηση της ποσότητας της μεταφοράς θερμότητας μέσω κάθε στοιχείου περιβλήματος κτιρίου, όπως παράθυρα και τοίχοι, σε αντίθεση με τη συσσωρευμένη μεταφορά θερμότητας μέσω αυτών των στοιχείων που παρουσιάζονται σχηματικά στο Σχήμα 1.

Τα υπάρχοντα εργαλεία όπως το EnergyPlus είναι ικανά να υπολογίζουν τέτοια δεδομένα. Ωστόσο, καμία από τις συμβατικές διεπαφές χρήστη προσομοίωσης ενέργειας δεν συλλέγει και δεν απεικονίζει αυτές τις εξόδους. Για την επίτευξη τέτοιων δεδομένων, ο πηγαίος κώδικας εργαλείων ανοιχτού κώδικα, όπως το EnergyPlus, μπορεί να τροποποιηθεί για να παρέχει απευθείας αυτές τις εξόδους στους χρήστες. Επομένως, δεν θα είναι απαραίτητο για τους χρήστες να διαθέτουν δεξιότητες που σχετίζονται με το λογισμικό.

Πώς επιτυγχάνονται αυτοί οι στόχοι;

Η βελτίωση αυτών των δύο περιοχών είναι οι κύριοι στόχοι της τρέχουσας μελέτης, η οποία υιοθετεί το Revit για να δημιουργήσει ένα αρχείο BIM (gbXML) και να το μετατρέψει σε αρχείο δεδομένων εισόδου (IDF) χρησιμοποιώντας υπάρχοντες μεταφραστές αρχείων σε συμβατικά εργαλεία όπως το OpenStudio για προσομοίωση ενέργειας στο EnergyPlus . Επιπλέον, ο πηγαίος κώδικας του EnergyPlus, που είναι ένα εργαλείο ανοιχτού κώδικα, τροποποιείται χρησιμοποιώντας C++ για να παρέχει κοκκώδη μεταφορά θερμότητας μέσω παραθύρων, τοίχων, θυρών και δαπέδων.

Όπως επισημάνθηκε, τα ζητήματα διαλειτουργικότητας στη μεταφορά αρχείων/δεδομένων μεταξύ διαφορετικών εργαλείων είναι ένα από τα κύρια προβλήματα σε αυτή τη διαδικασία. Επομένως, μπορεί να χρειαστεί να εφαρμοστεί ένα διορθωτικό εργαλείο μεταξύ διαφορετικών εργαλείων για την επίλυση τέτοιων ζητημάτων. Ένας κώδικας Python χρησιμοποιείται σε αυτήν τη μελέτη για την επίλυση ορισμένων από αυτά τα ζητήματα, συμπεριλαμβανομένης της απώλειας δεδομένων που συνήθως συμβαίνει κατά τη μεταφορά αρχείων μεταξύ εργαλείων συγγραφής BIM και μηχανών προσομοίωσης ενέργειας.

Πώς μπορεί να συμβάλει η πιο έξυπνη προσομοίωση ενέργειας κτιρίων;

Αυτά τα αναλυτικά δεδομένα που σχετίζονται με τη μεταφορά θερμότητας μέσω κάθε μεμονωμένου παραθύρου, τοίχου και πόρτας μπορούν να βοηθήσουν τους σχεδιαστές να βελτιώσουν τον σχεδιασμό του κτιρίου ή τη σύνθεση ενεργειακής αναβάθμισης του κτιρίου δίνοντας μεγαλύτερη προσοχή σε αυτά τα στοιχεία, τα οποία συμβάλλουν περισσότερο στην απώλεια/κέρδος θερμότητας στα κτίρια. Επιπλέον, σε ενεργειακά έξυπνα κτίρια, τα συστήματα παρακολούθησης μπορούν να εξοπλιστούν με ένα τέτοιο εργαλείο για να παρέχουν πιο λεπτομερείς πληροφορίες στους χρήστες σχετικά με την απώλεια θερμότητας μέσω ενός συγκεκριμένου παραθύρου ή τοίχου. Επιπλέον, η ενσωμάτωση του BIM με τέτοια εργαλεία καθιστά τη διαδικασία ταχύτερη, πλήρως/ημι-αυτοματοποιημένη και λιγότερο επιρρεπή σε σφάλματα ελαχιστοποιώντας την ανθρώπινη αλληλεπίδραση. Ένα αρχικό μοντέλο που αναπτύχθηκε σε ένα συμβατικό εργαλείο συγγραφής BIM όπως το Revit μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας σε εργαλεία προσομοίωσης ενέργειας εξαλείφοντας την ανάγκη αναδιαμόρφωσης αυτού σε πολλαπλά εργαλεία για να ληφθούν τα επιθυμητά αποτελέσματα.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Automated Building Energy Modeling and Assessment Tool (ABEMAT), που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Energy. Αυτή η εργασία διεξήχθη από τον Ehsan Kamel, πρώην Ph.D. υποψήφιος στο Penn State University και νυν επίκουρος καθηγητής στο New York Institute of Technology (NYIT) και ο Ali M. Memari, καθηγητής στο Penn State University.