Модификация энергоэффективности

Введение

Энергоэффективность стала важнейшим критерием практически во всех аспектах современной жизни, но особую роль она играет в отраслях, отличающихся высоким расходом энергии, — например в машиностроении.

Современному машиностроению приходится сталкиваться с такими проблемами, как рост цен на энергоносители, ужесточение экологических норм, рост спроса на более дешевые и безопасные для окружающей среды изделия и ограничения энергопотребления.

При выпуске и простых изделий, и таких сложных, как автомобили или потребительская электроника, производители тщательно анализируют технологические процессы, цепочки поставок и программы выпуска изделий. Нередко такой анализ приводит к существенным изменениям.

Имитационное моделирование работы разливочной машины

Имитационное моделирование линии по производству аккумуляторов в системе Plant Simulation

При больших объемах выпуска даже небольшая оптимизация дает существенную экономию потребления энергии и снижает себестоимость продукции. Внедрение и оценка эффективности значительных изменений оказывается достаточно простым делом, а вот поиск небольших резервов для оптимизации — задача сложная.

Умные решения помогают производителям работать более эффективно и добиваться лучших результатов. Экологичные методы производства снижают затраты и повышают конкурентоспособность предприятия.

Задачи

Вопрос энергоэффективности особенно актуален при планировании управления производством. Следовательно, оптимизация энергопотребления производственных мощностей становится все более важной задачей, в частности для предприятий, применяющих технологические процессы с высокими затратами энергии.

Кроме того, во многих областях машиностроения происходит ужесточение требований законодательства. Уже идут разговоры о том, что налоговая ставка должна зависеть от уровня экологичности производства. Критерием экологичности предприятия, вероятнее всего, станет объем выбросов углекислого газа, который в значительной мере зависит от применяемых технологических процессов.

Тем не менее компании, которые хотят и могут оптимизировать свои производственные процессы, испытывают массу трудностей. Создание целевой программы оптимизации, направленной на повышение эффективности использования материалов и оборудования по всем критериям, — крайне сложная задача. Причиной этому является отсутствие методик и инструментов, обеспечивающих всеобъемлющий подход к выявлению и оценке потенциальных источников экономии.

Роль численного моделирования

Во многих отраслях при проведении испытаний изделий и с целью улучшения расчетных моделей давно и успешно применяется численное моделирование. Производители в области машиностроения тратят немало времени и усилий на моделирование технологических процессов и оптимизацию сборки изделий.

Чаще всего моделирование не учитывает вопросы энергоэффективности, хотя расчеты энергопотребления позволяют выявить любое число больших и малых изменений, способствующих оптимизации производственных процессов и работы станков.

Численное моделирование энергопотребления может применяться как для оптимизации существующих процессов и оборудования, так и для улучшения конструкции новых заводов или технологических линий. В первом случае мы получаем платформу для проверки стратегий оптимизации использования энергии без вмешательства в реальную систему. При создании же нового производства моделирование становится неотъемлемой частью этапа конструкторского проектирования, позволяя проверять по критерию энергоэффективности различные стратегии и варианты размещения оборудования.

Проще говоря, существует потребность в имитационном моделировании экологических показателей, поскольку это повышает удобство работы пользователей и предоставляет клиентам существенные преимущества.

Оптимизация процессов

Одним из важнейших аспектов оптимизации производства, особенно в таких отраслях, как автомобилестроение, является анализ движений промышленных роботов. В настоящее время основное внимание уделяется повышению производительности, сокращению времени цикла и созданию траекторий, не допускающих столкновений. А энергопотребление чаще всего не рассматривается как важный показатель при программировании движений роботов.

Это связано с отсутствием параметров энергопотребления в современных библиотеках объектов. В случае если наличие таких параметров станет общепринятым, возможности систем имитационного моделирования, касающиеся рассчета энергопотребления, существенно расширятся.

Немаловажен тот факт, что в большинстве современных станков предусмотрены режимы ожидания и экономии энергии, переключение между которыми осуществляется достаточно быстро. Возможность моделировать влияние длительности отключения станков на энергопотребление позволяет экономить до 10% энергии. Этого можно достичь без снижения производительности или уменьшения гибкости.

Очевидно, что внесение даже небольших корректировок в работу отдельных станков и роботов может привести к существенной экономии энергии, а численное моделирование позволяет анализировать теоретические предпосылки и проверять их, не останавливая производство. Однако численное моделирование бесспорно имеет еще большее значение при проектировании новых заводов и технологических линий.

Эффективность — на этапе проектирования

Завод — это сложная система, и при создании нового производства или технологической линии следует учитывать огромное количество факторов — от архитектуры здания до конструкции отдельных станков.

Энергопотребление отдельного участка сборочной линии по выпуску задних мостов

На рынке доступны новые энергосберегающие материалы и станки, однако на этапе проектирования производственных мощностей отсутствует стандартная процедура оптимизации процессов энергопотребления. Вместо этого энергопотребление новых технологических линий рассчитывается путем сопоставления взаимосвязанных показателей и разнообразных факторов, а следовательно, необходимая точность оценки не достигается.

Более того, новые технологические процессы и новые материалы в ряде случаев могут привести к росту энергопотребления производства.

Когда численное моделирование становится неотъемлемой частью этапа планирования производства, машиностроители получают наибольшую отдачу путем определения баланса между показателями качества, темпа, безопасности, себестоимости и энергоэффективности производства.

Всеобъемлющий подход к вопросам энергоэффективности

При оптимизации существующих технологических процессов и оборудования, как и при создании нового производства с нуля, важно применять всеобъемлющий подход к вопросам энергопотребления.

Безусловно, необходимо использовать каждую возможность экономии энергии, но дополнительные преимущества чаще всего дает не просто работа каждого станка в экономичном режиме, но и обеспечение такой работы предприятия или технологической линии в целом.

Например, выполнение имитационного моделирования с разными размерами партий деталей может обеспечить снижение энергозатрат благодаря выявлению размера, соответствующего минимальным затратам на энергию.

Загрузка участков сбалансированной технологической линии после анализа энергопотребления и расхода ресурсов

Аналогично моделирование параллельной асинхронной работы технологических линий позволяет найти способы уменьшения разброса пиковой нагрузки. Анализ посменной параллельной работы технологических линий (с учетом таких факторов, как разная стоимость электроэнергии в дневные и ночные часы) позволяет снизить затраты на 15%.

Кроме того, прогнозирование энергопотреб­ления и пиковых нагрузок и, как следствие, повышение точности оценки себестоимости — еще один существенный фактор для применения имитационного моделирования в сфере энергоэффективности.

Заключение

Постоянный рост цен на энергию, требования клиентов и нор­мативно­правовой базы делают вопрос повышения энергоэффективности в машиностроении определяющим фактором влияния на себестоимость производства и конкурентоспособность предприятия.

Очевидно, что исследование энергопотреб­ления и его имитационное моделирование могут снизить энергоемкость и существующих, и создаваемых технологических линий. Именно по этой причине компания Siemens PLM Software разработала приложение, выполняющее имитационное моделирование, анализ, визуализацию и оптимизацию энергопотребления на основе точных дискретных расчетов. Более того, интеграция решения для моделирования энергопотребления в систему Tecnomatix Plant Simulation позволяет выполнять численное моделирование энергетических потоков в сложных технологических системах.

Типичный состав роботизированного производственного участка: интерфейс оператора, логические контроллеры, датчики и системы безопасности

Схема балансировки технологической линии представляет всю сборочную линию целиком, что облегчает работу пользователя

Это особенно эффективно в условиях сложных и динамически изменяющихся систем с большим количеством выпускаемых изделий, станков и прочих переменных. Общая экономия энергии может достигать 60%.

Возможность определить все элементы энергопотребления — от верхнего уровня (суммарной нагрузки) до оптимизации перемещений отдельных роботов — позволяет достигнуть высоких показателей экономии.

Такие предприятия снижают затраты, соблюдают установленные объемы выбросов углекислого газа, а также продлевают срок службы имеющегося оборудования. Это гарантирует получение конкурентных преимуществ и соответствие ожиданиям заказчиков, заботящихся об охране окружающей среды.

САПР и графика 3`2014

«Зелёные», энергоэффективные, «нулевые», экоустойчивые — всё это различные названия зданий, оказывающих минимальное воздействие на окружающую среду. Можно спорить о том, что входит в понятие «зелёное здание», однако очевидно одно — объект недвижимости, который претендует на такое наименование в любом его понимании, в первую очередь должен быть правильно спроектирован.

Существует три способа снижения ресурсопотребления зданий. В первую очередь это применение энергоэффективных конструкций и строительных материалов. Вкупе с использованием возобновляемых источников энергии данная мера позволяет добиться снижения ресурсопотребления более чем в два раза.

Другой комплекс мер — это использование энергоэффективных инженерных решений и высокопроизводительного оборудования. Инженерная инфраструктура обладает значительным потенциалом энергосбережения: так, только на систему отопления, вентиляции и кондиционирования приходится до 85% всего ресурсопотребления здания. А существующие технологии оптимизации инженерных решений могут привести к снижению общего энергопотребления на 20—50%.

И, наконец, благодаря компьютерному управлению оборудованием в здании потребление электроэнергии и других ресурсов может быть снижено примерно на 5—20% (сокращение расхода ресурсов достигается за счет того, что оборудование под управлением автоматики используется только по потребности).
Исходя из этих цифр очевидно, что достичь действительно значительного сокращения ресурсопотребления можно только при комплексном подходе, который включает в себя разработку энергоэффективных архитектурного и инженерного проектов, а также внедрение системы интеллектуального управления.

Информационное моделирование — экоустойчивое проектирование

При комплексном проектировании энергоэффективного здания необходимо принимать в расчет значительное количество параметров, среди которых — климатические особенности местности, ориентация будущего здания по сторонам света, характеристики устанавливаемого оборудования и материалов, возможные сценарии компьютерного управления системами отопления, вентиляции, кондиционирования, освещения и пр.

Чтобы обоснованно выбрать оптимальное проектировочное решение, необходимо принимать в расчет весь массив данных, имеющих отношение к показателям энергоэффективности. В классических системах проектирования подобная информация не отображается и не анализируется, соответственно, провести оценку энергоэффективности проекта весьма непросто.

Радикально упростить задачу проектирования энергоэффективных зданий позволяет технология информационного моделирования зданий, или BIM (от Building Information Modelling). BIM позволяет создавать высокодетализированные трехмерные модели здания, максимально обогащенные информацией: данными о показателях теплопроводности строительных материалов, техническими характеристиками оборудования и пр.

В рамках одной информационной модели могут параллельно разрабатываться все архитектурные, конструктивные и инженерные решения; при этом изменение одного элемента BIM-модели автоматически приводит к корректировке всех связанных с ним элементов.

Такая согласованность вкупе с большим объёмом данных, обрабатываемых в реальном времени, позволяет быстро просчитать воздействие того или иного проектировочного решения на всю модель. При работе по технологии информационного моделирования концептуальный анализ энергоэффективности здания можно производить уже на самом раннем этапе, когда существует лишь архитектурный эксиз.

Что это означает на практике? К примеру, существует несколько вариантов компоновки холодильной установки. Занося в BIM-модель различные варианты, проектировщик видит, какой из них наилучшим образом сказывается на энергопотреблении здания, и в конечном итоге отбирает оптимальный способ размещения оборудования. Аналогичным образом происходит выработка лучших с точки зрения энергоэффективности решений по системе освещения, по запрограммированным сценариям работы системы отопления и пр.

Энергоэффективность требует экспертов BIM

Стоит оговориться, что BIM — всё же не «волшебная палочка», которая моментально решает все проблемы, связанные с проектированием энергоэффективных зданий. Создать подобный проект с помощью BIM способны лишь высококвалифицированные проектировщики, обладающие как навыками работы в системах информационного моделирования, так и глубокими знаниями в области энергоэффективности.

Внедрение технологии BIM требует значительных вложений и усилий, поэтому в России она пока применяется единичными проектными организациями. Одним из отечественных пионеров BIM является компания INTELVISION, специализирующаяся на комплексном проектировании и строительстве энергоэффективных зданий и систем интеллектуального управления инженерными и IT-системами.

Работа по технологии BIM позволила INTELVISION разработать и воплотить в жизнь проект МФК «Альпийский» — первого интеллектуального здания в Санкт-Петербурге. МФК «Альпийский» был удостоен национальной премии в области автоматизации зданий HTB-Awards-2011, а его показатели энергоэффективности соответствуют «серебряному» сертификату международной системы оценки «зелёных» зданий LEED.

• Бесплатная консультация

• Проектирование

• Реализация

Моделирование энергоэффективности зданий

Моделирование энергоэффективности зданий позволяет непосредственно или косвенно принести значительную экономию владельцам/управляющим зданий при его эксплуатации, а также снизить вредное влияние объекта на окружающую среду. Предлагаем общий обзор этого относительно нового направления, которое становится неотъемлемой частью этапа проектирования при строительстве и реконструкции сооружения.

Ян Хенсен, Технологический университет Айдховена, Нидерланды

С точки зрения проектирования и эксплуатации устойчивых зданий мы живем в «экспотенциальные» времена. Перед исследователями, практиками и другими заинтересованными лицами стоит множество задач: от глобального изменения климата и истощения запасов ископаемого топлива до растущих потребностей пользователей зданий. В том числе в повышении комфорта и качества внутреннего воздуха, которые напрямую зависят от энергопотребления. В этой ситуации для создания устойчивых зданий и инженерных систем, которые смогут соответствовать требованиям будущего, необходим комплексный подход (рис. 1).

Многие страны мира поставили перед собой задачу, аналогичную инициативе Европейского союза: 20-20-20, т.е. к 2020 году снизить энергопотребление и выбросы СО² на 20 % по сравнению с 1999 годом, а также увеличить на 20 % долю энергии из возобновляемых источников.

Цели на 2050 год еще более глобальные и  достижение требует разработки зданий и районов с точным энергетическим балансом. Для этого и создаются модели и инструменты, позволяющие учитывать взаимодействие систем разного уровня, например транспортный сектор и крупные энергетические сети. Только при моделировании энрегоэффективности возможно достичь глобальной оптимизации производства и потребления энергии всеми объектами строительства.

Повышенные требования к энергетической устойчивости зданий связываются с обеспечением высокого качества внутренней среды. Вместо существующей практики простого соответствия минимальным стандартным параметрам, таким как температура и качество внутреннего воздуха, интенсивность освещения и уровень звука, здания будущего должны поддерживать комфортную внутреннюю среду, которая сможет лечить, стимулировать или расслаблять – в зависимости от назначения.

Однако пока главная цель – это снижение энергопотребления зданий. Учитывая относительно небольшой объем новых строительных проектов (в Европе он составляет всего 10 % в год от общего фонда существующих зданий), становится очевидно, что для достижения требуемой устойчивости к поставленному сроку необходимо выполнить огромный объем работ по модернизации существующих зданий. Таким образом, будущие проекты как нового строительства, так и модернизации требуют решения задач, которые могут оказаться слишком сложными для традиционных инструментов и методик проектирования.

Моделирование эксплуатационных характеристик здания

Сегодня вычислительное моделирование является одним из мощнейших инструментов анализа и может использоваться для решения задач разного уровня: от игровых до экономических и инженерных. В основе моделирования характеристик здания лежит множество теорий из различных дисциплин, преимущественно физики, математики, материаловедения, биофизики, бихевиоризма, экологии и вычислительной техники.

Как многие другие технологические разработки, моделирование энергетических характеристик зданий также прошло так называемый «цикл гиперразвития» (рис. 2). В этом контексте необходимо признать важную роль Международной ассоциации моделирования здания (IBPSA), главная цель которой – повышение уровня знаний в области моделирования характеристик зданий.

Наука моделирования эксплуатационных характеристик зданий постоянно развивается и совершенствуется, и сегодня большая часть исследований направлена на моделирование характеристик здания в процессах, протекающих при его эксплуатации.

Важность моделирования энергоэффективности подтверждается, например, продвигаемыми по всему миру системами классификации «зеленых» зданий, такими как LEED (Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании) и BREEAM (Метод экологической оценки в процессе исследования зданий), а также законодательными инициативами, такими как европейская Директива по энергетическим характеристикам зданий (EPBD).

Продолжение следует.

По вопросам членства в СРО Энергоаудиторов и получения допуска к проведению энергоаудита обращайтесь:

НП СРО «Межрегиональный союз энергоаудиторов «ИМПУЛЬС»

Россия, 125310, г. Москва, ул. Митинская, д. 55, стр. 1, офис 58

Телефон СРО +7 (495) 943-14-48;     Факс СРО +7 (495) 759-55-36.

Наше СРО Энергоаудиторов работает со всеми регионами России.

Мы уже говорили, что если 3D-изометрию можно измерить единицами длины, 4D – единицами времени, 5D – стоимостью, то какого-то внятного параметра для 6D практически не существует. Каждый эксперт или т.н. BIM-гуру трактует эти измерения как ему в голову пришло, а потому до сих пор нет какого-то внятного системного подхода и для подготовки задания для программистов в области BIM (см. Рис.1). Мы однозначно понимаем, что если речь идет о любом измерении, то и измеритель в нём может быть только один, легко определяемый и главное — пригодный для анализа и сравнения. Поэтому мы логично предложили, что лучшим параметром 6D-измерения будет объём ИМ (Информационной Модели — в данном контексте) в килобайтах, мегабайтах или терабайтах. А управление ИМ – это и есть работа по повышению эффективности ИМ, по снижению себестоимости её содержания и, соответственно, по снижению объёма информации в ней.

Рис.1 Пример когнитивных коллизий в понимании 6D и 7D-измерений в BIM.

Из этого же рисунка 1 видно, что ситуация с 7D-измерением — нисколько не лучше! Как говорится, «кто в лес, кто по дрова»! В интернете можно самостоятельно найти большой объем вариаций на эту тему, но все они отличаются той же самой неопределенностью — отсутствием единого однозначно измеряемого параметра. Мы сейчас не будем дискутировать на тему «Зачем вообще нужны эти многочисленные измерения?» просто потому, что если бы их не было — пришлось бы придумать те или иные индикаторы оценки полезности и целесообразности использования информационного моделирования. Потому нет ничего плохого в том, что таким набором критериев (пусть будет своеобразная система BIM-KPI) будет набор условных D-измерений.

Что касается 7D, то приходится констатировать, что и здесь «в товарищах согласья нет»! Например, Дэвид Филп рассматривает 7D измерение как целую совокупность всевозможных параметров, необходимых для эффективного управления объектом недвижимости на всех этапах ЖЦ. Он отделяет 6D от 7D примерно так:  Уровень 6D BIM содержит анализ энергии, окружающей среды и устойчивости. Можно назвать этот уровень данных as built – как построено. На этом уровне в модель вносятся изменения в соответствии с фактически принятыми на строительной площадке решениями, а также фиксируются допущенные отклонения от проекта. Есть возможность располагать различного рода датчики на здании во время возведения и, таким образом, отслеживать отклонения реальных конструкций от проектных значений. Модель уровня 6D необходима в процессе эксплуатации здания, когда надо понимать, что фактически исполнено. Опираясь на эти данные, эксплуатирующая организация сможет своевременно принимать необходимые решения по ремонту и обслуживанию объекта. 7D – это комплексное представление о поведении объекта в реальных условиях, также содержит аспект управления жизненным циклом. Мы собираем данные с датчиков, и используем их для аналитики в принятиях решений о параметрах эксплуатации. BIM уровня 7D позволяет более точно прогнозировать затраты на весь жизненный цикл объекта. Те, кто вводит в эксплуатацию здания, могут с помощью 7D понять долгосрочную жизнеспособность альтернативных проектных предложений. Как видите, никакого понятного 7D-измерителя Филп тоже не предлагает!

Вместе с тем, хотелось бы напомнить, что в июле 2021 года будет два года с момента выхода (01 июля 2019 года) Поручения №1235 Президента РФ Премьер-министру о необходимости перехода к системе управления жизненным циклом объектов капитального строительства (далее — система управления) путем внедрения технологий информационного моделирования (BIM-технологий). Кроме этого перехода, «В целях модернизации строительной отрасли и повышения качества строительства», было поручено обеспечить, в первоочередном порядке в социальной сфере, применение типовых моделей системы управления (проектной, строительной, эксплуатационной и утилизационной), утверждение показателей эффективности системы управления жизненным циклом и т.д. (см. ссылку). Несмотря на то, что Минстрой и все, кто, так или иначе, отвечал за исполнение этого поручения, отчитались о его положительном исполнении, никаких системных критериев оценки эффективности управления жизненным циклом, также никто не предложил!

Возвращаясь к текущему представлению о 7D-измерении, можно констатировать, что есть несколько возможных полезных оценок эффективности объекта недвижимости именно с позиции эксплуатационного этапа жизненного цикла. Например, сюда можно отнести некоторые методики оценки стоимости владения и эксплуатации. Но как тогда учесть этап создания объекта недвижимости, его старения или, наконец, все проекты его реконструкции, капитального ремонта, перевооружения, реинжиниринга или того же целевого редевелопмента? С учетом постоянной трансформации объекта недвижимости на всех этапах ЖЦ нельзя сказать, что такая совокупность параметров будет устойчивым критериальным набором для комплексного представления 6D или 7D-измерения. Более того, она просто увеличивает хаос и бардак в когнитивном поле информационного моделирования.

В отличие от многих разнонаправленных предложений по использованию 7D-измерения, мы предлагаем вполне конкретный измеритель,  а именно, Комплексные энергозатраты на единицу коммерческой эффективности объекта недвижимости. Скажем, если речь идет о жилом доме, то это Общее энергопотребление на 1 кв. м. жилой площади, на 1 кв. м. полезной площади офиса или учреждения и т.п. Мы уже писали о том, что сама по себе энергетическая себестоимость, как создания и реконструкции, так и владения и эксплуатации, были бы полезным инструментом стоимостной оценки активов с транзитной экономикой. Но если до возможности её использования еще далеко, то сравнение энергоэффективности создания, изменения и эксплуатации объекта недвижимости — вполне реализуемая задача, а главное — понятная для реализации в концепции информационного моделирования. Она в равной степени отвечает и требованиям Поручения Президента России в части поиска критериев эффективности управления ЖЦ, так и в части четкого описания требования к ПО по управлению ЖЦ для BIM-вендоров.

Рис.2 Пример энергомоделирования в 3D-представлении.

Обязательно надо акцентировать внимание на том, что мы не предлагаем и не сводим 7D-измерение в некоему аналогу BEM-концепции. Как известно, BEM (Building Energy Modeling) — это парадигма BIM-моделирования энергопотребления здания (энергомоделирование зданий) (см. Рис.2). Это серия инженерных расчетов, позволяющих прогнозировать потребление энергии зданием в течение года. И, как следствие, спрогнозировать окупаемость проектных решений с точки зрения соответствия тем или иным стандартам энергоэффективности.  Для моделирования энергопотребления здания необходима специальная модель и ПО для расчетов, которое включает и архитектурную модель, связанную с инженерными системами здания, и ГИС с особенностями климатических и геофизических особенностей (инсоляция и т.п.) расположения здания. Эта взаимосвязь обычно закладывается в алгоритме расчета специализированного софта, основанного на физике тепловых процессов, например, с помощью программ Passive House Planning Package (PHPP) и Design PН. Энергетическая модель здания позволяет проанализировать ресурсопотребление объекта с учетом пиковых нагрузок. Энергомоделирование существенно дополняет раздел «Энергоэффективность», который стал обязательной частью проектной документации в России.

Если для России это направление относительно новое, то в Европе и США известно достаточно давно и хорошо развито. Пока энергомоделирование зданий в России является делом добровольным, но если потребуется сертификация здания по LEED, BREEAM, GREEN ZOOM, то расчет энергетической модели и сертификат здания являются обязательными. Благодаря BEM-модели, Девелопер или Заказчик сможет получить набор базовых решений и спрогнозировать расходы на эксплуатацию здания. Вопрос только в том, зачем это ему нужно и насколько это его волнует, как, например, спекулятивного девелопера? Ведь расчет энергоэффективного здания всегда влечет за собой и поиск не самых эффективных решений по максимизации продаваемой площади, и по стоимости CAPEX вообще. Потому считать  BEM — аргументом эффективности строительства, отчасти просто наивно, а в целом — требует длительной работы по изменения девелоперской ментальности.

         Основной вопрос энергоэффективного измерения — по сравнению с чем определять энергоэффективность здания вообще, и её изменений в процессе ЖЦ? Если, в общем случае, Энергоэффективность — это эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов, то, очевидно, что именно использование меньшего количества энергии для обеспечения того же уровня энергетического обеспечения зданий или технологических процессов на производстве — лучший критерий оценки управления на каждом этапе ЖЦ. Смешно, но на этот вопрос не могут ответить даже некоторые маститые эксперты. Все они очень красиво говорят о «зелёном», устойчивом, энергоэффективном BEM-моделировании по разным стандартам, но никто не говорит о том, что энергоэффективность — это уже естественный процесс проектирования и даже целый обязательный раздел проектной документации, о чем мы сказали выше. Иными словами, если мы и так обязаны проектировать энергоэффективные здания, то с чем сравнивать новое здание? Со старыми аналогами — нет смысла? С уже построенными аналогами — так буквальных аналогов пока нет, да и они слишком различаются по многим параметрам, от локализации, до климата и интенсивности энергообмена в окружении. То есть даже буквальный аналог не сравним. Кто и каким образом должен сказать последнее слово о том, что данное здание энергоэффективнее такого же аналога? Именно для этого 7D-измерение и должна стать монокритериальным фундаментом для оценки затрат. Вполне вероятно, однажды придется ввести новые энергетические термины, типа: CAPEC — Capital Energy Consumption и OPEC — Operation Energy Consumption…

Рис.3 Самое бесперспективное представление об энергоэффективном строительстве.

Что даёт приведение измерение 7D-BIM к единому измерителю в виде удельной энергоэффективности на единицу полезной продукции? Давайте проанализируем по-порядку:

1. Основа для Бенчмаркинга. Прежде всего, стоит сразу отметить, что наличие такого показателя как энергозатраты на единицу эксплуатируемой площади или производства позволяют новым Заказчикам ставить правильные задачи проектировщикам. Особенно это касается государственных Заказчиков, которых, даже теоретически, должны волновать не только себестоимость строительства, но и себестоимость эксплуатации государственной недвижимости.

2. Динамика старения. Очень важный аспект проверки соответствия заявленных показателей энергоэффективности или энергосбережения с точки зрения их падения. По сути, речь идёт о периодическом аудите энергоэффективности, результат которого и показывает, насколько заявленные показатели жизненного цикла (например, сколько лет потребовалось до потери приемлемого уровня энергоэффективности у всего здания в целом?) соответствуют фактическим результатам. Такой критерий потребует от проектировщиков более точных расчетов, а от девелоперов — применения качественных материалов для выполнения требований госзаказчика. Так или иначе, это может привести к росту CAPEX, но и к удешевлению стоимости владения. А это и есть ключевая цель управления ЖЦ.

3. Критерий энергетической реконструкции. Кроме непосредственного строительства новых зданий и сооружений, критерий 7D может стать основанием для проведения капитального ремонта или реконструкции. Переход от концепции выхода из строя критической массы систем для старта ремонта или реконструкции к концепции потери энергоэффективности — один из краеугольных камней развития энергомоделирования. По сути

4. Планирование надсистем. Сегодняшнее представление об энергоэффективности выглядит достаточно сомнительной концепцией в силу того, что мы стараемся построить энергоэффективную систему в абсолютно не энергоэффективном окружении. Один из таких примеров — централизованное теплоснабжение городов, находящихся в зонах отрицательных зимних температур. Представление о том, что локальное теплообеспечение эффективнее централизованного, в т.ч. с помощью наборов всевозможных приспособлений и технологий (см. Рис.3) беспросветно загубило энергоэффективное градостроительство. Учет энергоэффективности окружения также происходит при эксплуатации и считается частью затрат на услуги ЖКХ и иных поставщиков. Таким образом может случиться энерго-ценовая коллизия, когда стоимость энергоресурса дешевле, чем объем затраченных энергоресурсов. Устранение этой коллизии и есть целевая макроэкономическая задача BIM-технологий!

5. Альтернативная энергетика. Можно ли дома с элементами автономной энергогенерации считать энергоэффективным по отношению к аналогичному строению без таковых? Именно 7D-измерение позволит избавиться от такого наивного навязывания альтернативных энергорешений. Вполне вероятно, что установка огромного числа навешанных на дом «альтернативных технологий» снизит временно энергопотребление, но резко повысит стоимость сервиса и обслуживания. Иными словами, с точки зрения энергоэффективности мы достигли минимума, но с точки зрения энергоэффективности сервиса — добились обратного результата. Переход от соотношения «цена-качество» к соотношению «стоимость-энергопотребление» — является главным аргументом в необходимости внедрения 7D-моделирования.

6. Эффект переноса.  Еще более опасным с точки зрения создания эффективной энергетики являются разговоры об электрификации части функций зданий и сооружений за счет собственных источников тепла или электрогенерации. Практика энергоэффективности говорит, что электромобиль, с точки зрения энергозатрат, никогда не уменьшает их по отношению к ДВС, а наоборот — увеличивает в разы. И основной эффект увеличение происходит из-за переноса добавленных энергозатрат (ДЭЗ) с самого объекта на экосистемы. Другими словами, даже если мы сделали электромобиль более безопасным и энергоэффективным для конкретной локации его эксплуатации, это не значит, что мы сделали более энергоэффективной экономику. Энергетическим экосистемам придется произвести намного больше энергии, чтобы доставить нужное количество в аккумулятор автомобиля с учетом потерь на энергологистику и энерготрансформацию. Не говоря уже об экологических последствиях утилизации и захоронения неиспользуемых отходов от такой энергетики.

7. Энергозатраты на вывод из эксплуатации. По аналогии со стоимостью вывода из эксплуатации, которую сегодня в обязательном порядке надо учитывать в инвестиционных моделях новых строительных проектов, стоит учитывать в энергомоделировании и энергосебестоимость вывода из эксплуатации. Здесь прямая аналогия со строительством в обратном направлении, то есть если сложно определить энергоёмкость строительства, то также будет непросто посчитать и энергоёмкость работ по сносу строений и рекультивации земли. Логично, что для эксплуатации эти расчеты вообще не интересны, а для сравнения эффективности зданий — вполне себе раздел 7D-моделирования.

В заключение стоит отметить, что в информационном моделировании может быть много различных измерений, все они и создают комплексную методологию моделирования эффективных зданий, сооружений и объектов капитального строительства в принципе. Измерение энергоэффективности можно считать таким же важным как и 5D — стоимостной вектор моделирования, поскольку они обратно взаимосвязаны. Снижение энергозатрат при эксплуатации однозначно ведет к повышению энергозатрат при строительстве, реконструкции и сносе, и наоборот. А значит необходимо смоделировать «золотую середину» соотношения «стоимость-энергозатраты» с тем, чтобы получить эффективный объект капитального строительства на долгие годы. Это и есть целевая установка для 7D-энергомоделирования в общей концепции внедрения BIM-технологий.

Skip to content

© Copyright — 2022 | Injener Chozgutleri

Page load link

Начало Энергетического Моделирования (Оценка Энергоэффективности)

После ввода всех необходимых данных можно запустить передачу данных в механизм вычисления VIP-Core, встроенный в ARCHICAD.

См. Оценка энергетической эффективности.

Нажмите кнопку Начать Энергетическое Моделирование, расположенную в панели Просмотра Энергетической Модели, чтобы запустить механизм VIP-Core. Энергетическая оценка производит вычисление потребления энергии зданием на протяжении одного года и выводит полученные сведения в отчете энергетической эффективности здания.

Для получения информации об экспорте данных в сторонние приложения энергетического анализа см. Обмен Данными с Приложениями Энергетического Анализа (Оценка Энергоэффективности).

Введение

Энергосбережение и повышение энергетической эффективности, рациональное использование энергетических ресурсов в зданиях и сооружениях является одним из приоритетных направлений снижения энергоёмкости производства и важнейшим показателем, оказывающим влияние на экономическую эффективность работы предприятий.

Сбережение энергии обеспечит не только экономию затрат на энергоресурсы, но и даст возможность сжигать меньше топлива (угля, нефти, газа) для энергоснабжения, позволит уменьшить выделение при сжигании топлива вредных загрязняющих веществ в атмосферу и парниковых газов, снизить негативное влияние энергетических объектов на окружающую среду и климат [9].

Согласно информации из научно-технических источников и по результатам ранее выполненных работ, авторами статьи установлено, что инженерные системы зданий, служащие для поддержания требуемых условий для работы, создания комфортного микроклимата в административно-бытовых помещениях, потребляют около 40% всего количества энергии, используемой в промышленности. На их работу тратится большое количество тепловой и электрической энергии [8].

Энергоэффективность зданий (соотношение выраженного полезного эффекта от затраченного количества энергоресурсов) — это показатель того, насколько эффективно здание в ходе эксплуатации пользуется любыми видами энергии (электрической, тепловой и т. д.) [2].

Основная часть

Федеральный закон от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1] определяет ряд мер по повышению энергетической эффективности зданий, строений и сооружений.

В соответствии с СП 50.13330.2012 классы энергосбережения зданий, включая промышленные здания вспомогательного назначения (сервисного обслуживания, технопарки, склады), установлены иерархическим образом (табл. 1) от самого низкого уровня (класс E) до самого высокого (класс A++), в зависимости от величины отклонения от нормативного уровня потребления энергоресурсов, соответствующего классу C (нормальный).

Оценка достигнутого уровня энергетической эффективности зданий в соответствии с положениями действующих нормативных документов производится путём сравнения фактических или расчётных параметров потребления энергоресурсов с нормативными параметрами и отнесения к соответствующему классу энергосбережения.

Для определения состояния теплозащитных свойств ограждающих конструкций, выявления конкретных источников (мест) возникновения тепловых потерь обоснована необходимость проведения детального тепловизионного обследования [3].

По результатам выполненных натурных и инструментальных (в том числе тепловизионных) обследований зданий для выявления сверхнормативных потерь энергоресурсов был определён класс их энергоэффективности, который для части зданий составил C+ (нормальный), а для другой части зданий — D (пониженный класс энергоэффективности).

В качестве основного подхода к решению поставленной задачи повышения существующего класса энергоэффективности от нормативного до A++ был использован научный анализ современных достижений в области повышения энергетической эффективности зданий, применительно к объектам исследования.

Оценка фактического уровня расхода энергоресурсов произведена путём корректировки расчётных значений удельного расхода, учитывающей снижение теплозащитных свойств ограждающих конструкций объектов управления складской дистрибуции (УСД) в процессе эксплуатации. Такая корректировка проведена на основании анализа результатов натурного и тепловизионного обследования фактического состояния объектов.

Снижение теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий определено на основании фактических данных о распределении температур на их внешних и внутренних поверхностях. Для количественной оценки снижения теплозащитных свойств использован комплексный показатель — сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций [4].

Снижение фактического удельного годового расхода энергоресурсов и, соответственно, повышение класса энергетической эффективности зданий и сооружений Управления складской дистрибуции Березниковского калийного производственного рудоуправления компании ПАО «Уралкалий» — УСД БКПРУ-3,4 — до класса A++ достигнуто за счёт последовательной реализации целого комплекса мероприятий.

Центральный офис ПАО «Уралкалий» в городе Березники Пермского края

Разработка перспективных энергосберегающих проектов, направленных на снижение потребления энергоресурсов промышленными зданиями вспомогательного назначения [складами, административно-бытовыми комбинатами (АБК) и т. п.] проводилась в направлениях:

1. Усовершенствование тепловой изоляции ограждающих конструкций объектов управления складской дистрибуции за счёт современных технологий применения теплоизоляционных материалов с низкой теплопроводностью.

2. Оборудование объектов УСД приборами учёта энергетических ресурсов (тепловая энергия, электроэнергия), на базе которых создаётся автоматизированная система технического учёта и контроля (мониторинга) потребления энергоресурсов.

3. Оснащение систем отопления объектов УСД устройствами автоматического регулирования подачи теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха, то есть создание индивидуальных тепловых пунктов (ИТП).

Следует особо отметить, что повышение энергоэффективности зданий за счёт комплексного применения теплоизоляционных решений для наружных ограждающих конструкций (в первую очередь фасадов и кровель) является основным направлением энергосбережения при эксплуатации зданий и сооружений [8].

Предложенные решения позволили снизить тепловые потери, которые, по оценкам специалистов, в холодное время года достигают 35% от общего объёма энергии, используемого для обогрева здания. При этом, если взять это количество за 100%, то стены способствуют потерям 40% тепла, и ещё по 20% можно поровну разделить на дверные и оконные проёмы, кровлю и вентиляционную систему.

Качественная теплоизоляция, способная обеспечить требуемый режим хранения либо работы предприятия при минимальных расходах на отопление, является жизненной необходимостью.

Необходимый требуемый уровень теплозащиты наружных ограждающих конструкций определяется требованиями СП 50.13330.2012 и зависит как от типа здания, так и климатических условий его эксплуатации. При проектировании здания в теплотехнических расчётах следует обязательно учитывать, что опорные элементы каркаса являются своеобразными мостиками холода [2].

Для того чтобы свести к минимуму потери тепла в зданиях, необходимо принять следующие меры по повышению энергоэффективности, а именно: создание неразрывного контура теплоизоляции; выбор долговечной теплоизоляционной системы; использование специализированных входных дверей с теплоизоляционным профилем.

Для объектов управления складской дистрибуции, составляющих основную долю в общем объёме потребляемой тепловой энергии от котельно-турбинного цеха, в качестве энергоэффективной системы отопления предложена комбинированная система. Предлагаемые объекты для внедрения системы — здания центральных складов и АБК УСД БКПРУ-3,4, доля потребления теплоты которых в общем объёме более 90%.

Комбинированная система состоит из базовой существующей системы водяного отопления и дополнительной системы воздушного отопления. Энергетическая эффективность комбинированной системы достигается за счёт организации периодического режима работы базовой системы отопления — снижения расхода тепловой энергии в нерабочее время, в выходные и праздничные дни.

Работу системы водяного отопления в периодическом режиме обеспечивают устройства тепловой автоматики, входящие в состав автоматизированных ИТП, размещаемых в тепловых пунктах (узлах) центральных складов и АБК УСД БКРУ-3,4. Дополнительная система воздушного отопления, совмещённая с приточной вентиляцией, обеспечивает в режиме полной рециркуляции форсированный нагрев воздуха в помещениях после длительного поддержания пониженной температуры в дежурном режиме.

Создание предлагаемой энергоэффективной системы отопления позволит снизить в пределах 20% расходы тепловой энергии на отопление и вентиляцию.

Оценка энергетической и экономической эффективности существующей системы освещения, то есть годовой экономии электрической энергии в натуральном и денежном выражении, произведена путём сравнения потребляемой мощности светодиодных, люминесцентных светильников и ламп накаливания с одинаковой светоотдачей (световым потоком) и анализа полученных данных.

Оценка эффективности и технико-экономическое обоснование предлагаемых энергосберегающих технологий и мероприятий произведены путём сравнения экономической выгоды с затратами на их реализацию.

Заключение

Перечень разработанных мероприятий для реализации по результатам натурного и тепловизионного обследования ограждающих конструкций зданий и сооружений произведён отдельно по каждому объекту обследования. Реализация мероприятий позволит снизить фактический удельный годовой расход энергоресурсов до значений, соответствующих классу энергосбережения С+, а именно: 0,029–0,026 Гкал/( м³·год) — для объектов с внутренней температурой воздуха +16°C, 0,034–0,031 Гкал/( м³·год) — для объектов с внутренней температурой воздуха +20°C.

Внедрение предложенных технологий и мероприятий в полном объёме позволит повысить энергоэффективность зданий и сооружений УСД до уровня класса энергосбережения A++ с существующих классов C+ и D. Основной показатель эффективности предложенных технологий и мероприятий — средний срок окупаемости — находится в пределах трёх-пяти лет, что подтверждает целесообразность их реализации.