Tư vấn Dịch vụ 0984.485.266
Tài khoản
Tổng tiền:
alt

Không có sản phẩm nào trong giỏ hàng của bạn

Tính tải HVAC với BIM - Phần 1

29/06/2018
ktslamhamanh
  
HVAC sử dụng rộng rãi bởi các công cụ phần mềm có sẵn. Trong 25 năm qua, phương pháp này đã trở thành tiêu chuẩn cho các kỹ sư thiết kế HVAC, và nó đã được chứng minh là một cách hiệu quả để tính toán chính xác việc làm mát, sưởi ấm, điều hòa không khí cho tòa nhà.
   Tuy nhiên, phương pháp này có một số nhược điểm, bao gồm việc nhập dữ liệu nhàm chán (và dễ gây nhầm lẫn) cho các tòa nhà lớn và khó khăn trong việc tái sử dụng dữ liệu xây dựng đầu vào cho các loại phân tích khác như ánh sáng và tính toán năng lượng.
   Với những cải tiến trong các công cụ phần mềm mô hình hóa 3 chiều cộng với việc các máy tính ngày càng mạnh mẽ hơn, các phương pháp khác để thực hiện việc tính toán HVAC đã xuất hiện. Phương pháp này cho phép các nhà thiết kế tạo ra các mô hình xây dựng 3D thông minh có thể xuất tất cả thông tin xây dựng để phân tích bằng các công cụ HVAC có sẵn. 
   Bài viết này thảo luận về sự phát triển của công nghệ này và lợi thế của nó so với các phương pháp cũ.
Phương pháp truyền thống
   Tính toán HVAC cho các tòa nhà là điều cần thiết để xác định đúng kích thước thiết bị HVAC, thiết bị làm lạnh, ... Thông tin cần thiết để tính toán tải trọng bao gồm các khu vực và đối tượng nằm ở vỏ ngoài của tòa nhà, số lượng và các loại tải trọng bên trong như công suất xây dựng, mật độ chiếu sáng và loại thiết bị, thời tiết, dữ liệu mặt trời, các đặc tính của hệ thống HVAC... Quá trình xây dựng mô hình một tòa nhà lớn thường đòi hỏi một lượng thông tin khổng lồ.
   Các kỹ sư HVAC đã thực hiện các phép tính tải theo nhiều hình thức trong nhiều năm. Ban đầu, những tính toán này được thực hiện trên giấy dựa trên ASHRAE. 
Một phương pháp tính toán khác là một quy trình quy tắc ngón tay cái được tính bằng tổng số mét vuông của một tòa nhà và nhân nó với hệ số Btuh /sqm tùy theo kiểu tòa nhà và vị trí. Điều này cung cấp một cách nhanh chóng và không tốn kém để tính kích thước thiết bị, nhưng nó thường dẫn đến việc các thiết bị quá khổ gây ra lãng phí nhiều năng lượng.
   Cuộc khủng hoảng năng lượng trong những năm 1970 đã bắt buộc các kỹ sư HVAC phải tính toán chính xác hơn các tải làm mát và sưởi ấm, thông gió cho tòa nhà. Những năm 1980 chứng kiến ​​sự ra đời của các phần mềm có thể được sử dụng bởi cả các công ty kỹ thuật lớn và nhỏ để tính chính xác khối lượng làm mát và sưởi ấm của tòa nhà. Đây là một thay đổi lớn trong cách các kỹ sư HVAC thực hiện phân tích, và nó cung cấp kết quả chính xác hơn so với các phương pháp trước đó.
   Định dạng của loại phần mềm này vẫn tương đối ổn định trong 25 năm. Phần lớn phần mềm phân tích tính toán tải yêu cầu nhập dữ liệu theo định dạng bảng. Điều này có thể bao gồm nhập thủ công các khu vực và thuộc tính của phần bao ngoài công trình dựa trên các bản vẽ 2 chiều. 
   Thật không may, phương pháp này thường dễ bị lỗi. Một số công cụ phần mềm bao gồm chức năng vẽ 2 chiều, nơi các giá trị tự động chuyển từ bản vẽ sang phần phân tích. 
   Tuy nhiên, các chương trình vẽ này không thể hiện chính xác cách các tòa nhà vận hành trong thế giới thực.
   Cách thông thường để thực hiện tải làm mát ,sưởi ấm và thông gió… theo kiểu này thực sự thiếu sót, bao gồm các mục dưới đây:
1.     Nhập thủ công các đặc tính của phần vỏ ngoài các công trình xây dựng và đặc điểm bên trong một khu phức hợp văn phòng cao tầng 10 tầng điển hình sẽ liên quan đến việc chỉ định gần 17.000 mẩu dữ liệu rời rạc, bất kỳ dữ liệu nào cũng phải cần được cập nhật dựa trên thay đổi tòa nhà (thay đối thiết kế).
2.     Nhập dữ liệu 2D vào phần mềm phân tích, trong khi thực tế là các dữ liệu 3D có thể tạo ra kết quả kém chính xác hơn. Mô hình 2D phù hợp cho tài liệu xây dựng. Tuy nhiên, họ không thể lưu trữ tất cả thông tin về tòa nhà và sau đó chuyển tải thông tin đó đến các ứng dụng phân tích khác.
3.     Bằng cách nhập thủ công quá nhiều dữ liệu, rất khó để thực hiện phân tích "nếu-". Loại phân tích này cho phép người dùng thay đổi giá trị R của tường để xem mức độ ảnh hưởng đến tổng tải nhiệt hoặc thay đổi hướng của một tòa nhà để giảm thiểu tải làm mát. Phân tích "Điều gì xảy ra nếu" trở nên quan trọng hơn khi các kỹ sư và kiến ​​trúc sư thực hiện thiết kế bền vững.
4.     Phần mềm phân tích HVAC khá phức tạp và việc sử dụng nó thường đòi hỏi một nền tảng kỹ thuật vững chắc, được đào tạo rộng rãi. Điều này khiến các kiến ​​trúc sư rất đau đầu với các kỹ sư HVAC khi thực hiện loại phân tích như thế này ở giai đoạn đầu của thiết kế.
Phương pháp mới
   Trong khi cách tính hiện tại của HVAC với làm mát ,tải nhiệt, thông gió… có tuối đời khoảng 25 năm, một cách mới đã nổi lên hứa hẹn cách mạng hóa cách các kỹ sư thực hiện phân tích tải nhiệt và làm mát của họ. Phương pháp mới này bao gồm các công cụ tạo mô hình 3D và các công cụ phân tích tích hợp bên trong hoặc các phần mềm riêng rẽ của bên thứ ba.Chúng ta sẽ nói về từng thành phần này chi tiết hơn.

    Các công cụ tạo mô hình 3D: các công cụ tạo mô hình 3D là phần mềm CAD cho phép người dùng vẽ một đại diện thực tế của một tòa nhà mới hoặc hiện có. 3D đã xuất hiện được khoảng một thời gian khá lâu, tuy nhiên cho đến gần đây, các công cụ lập mô hình 3D vẫn chỉ là một tập hợp các đường, vòng cung và các vòng tròn truyền đạt trực quan hình dạng của tòa nhà và không có gì khác cả.
   Với sự ra đời của các công cụ tạo mô hình thông tin xây dựng (BIM), các mô hình 3D này trở nên thông minh hơn nhiều. Không chỉ thể hiện khối hình học 3D của tòa nhà mà nó còn chứa thông tin chi tiết về từng thành phần của tòa nhà bao gồm các loại tường, loại cửa sổ, số lượng người, đặc điểm thiết bị và bất kỳ thông tin nào khác quan trọng cho mục đích phân tích . 
   Bây giờ chúng ta có khả năng tạo ra một mô hình 3D giàu thông tin có thể được sử dụng không chỉ cho bản vẽ xây dựng, mà còn cho tiêu thụ bằng các công cụ phân tích để tính toán tải làm mát và sưởi ấm, thực hiện phân tích năng lượng và ánh sáng.
Một số ví dụ về các công cụ soạn thảo BIM hỗ trợ 3D có thể kể đến ở đây là:
Autodesk Revit , Bentley Building Mechanical Systems và Graphisoft ArchiCAD .

    Các công cụ phân tích tích hợp hoặc bên thứ ba: Một số công cụ lập mô hình 3D cũng bao gồm các khả năng phân tích tích hợp để tính toán các tải sưởi,làm mát và thực hiện phân tích ánh sáng. Loại chức năng này rất thuận tiện cho người dùng cuối vì tất cả các khả năng phân tích và định danh đều nằm trong một công cụ phần mềm.
   Tuy nhiên, nhiều kỹ sư cảm thấy các phương pháp thoải mái hơn với phần mềm phân tích độc lập của bên thứ ba mà họ đã sử dụng trong nhiều năm. Do đó, một phương pháp tương tác mới đã xuất hiện cho phép chuyển thông tin từ các mô hình 3D sang các ứng dụng phân tích độc lập hiện có.
   So sánh các phương pháp
   Việc sử dụng BIM mang lại lợi thế hơn các phương pháp truyền thống để thực hiện phân tích chung, bao gồm:
  • Nó giúp loại bỏ sự cần thiết phải tự nhập dữ liệu xây dựng vào các chương trình phần mềm đầu vào dạng bảng.
  • Vì nó tăng tốc toàn bộ quá trình soạn thảo / phân tích, nó cho phép phân tích những gì nếu có nhiều hơn. Kiến trúc sư có thể dễ dàng xoay một tòa nhà và xác định hướng nào là hướng tối ưu để giảm việc phải sử dụng năng lượng. Sử dụng các công cụ phân tích là rất thích hợp ở giai đoạn đầu của thiết kế xây dựng vì các kiến ​​trúc sư đang tìm kiếm việc sử dụng năng lượng cho các phương án so sánh khác nhau.
  • BIM tuân thủ mô hình "viết một lần, chạy bất cứ nơi nào", nơi không chỉ có một nguồn dữ liệu hình học và xây dựng tồn tại mà còn có thể được tái sử dụng bởi nhiều công cụ phân tích khác nữa.
  • BIM có thể được sử dụng ở tất cả các giai đoạn của quá trình xây dựng và thiết kế vòng đời xây dựng, cho phép chủ sở hữu tòa nhà và người quản lý cơ sở tham khảo nó để bảo trì và hoạt động.
   Các lợi thế bổ sung khi sử dụng mô hình BIM 3D cụ thể để phân tích tải nhiệt và làm mát bao gồm:
  • Nó cung cấp khả năng đưa vào công trình các tòa nhà liền kề sẽ che bóng tòa nhà đang được phân tích. Phần mềm kiểu đầu vào dạng bảng thông thường không thể hiện chính xác bóng do các tòa nhà liền kề gây ra hoặc thậm chí là các cây lớn. Thông thường, kỹ sư phải tinh chỉnh phần mềm bằng cách chỉ định một bức tường được tô bóng 100% theo hướng bắc. Với phần mềm mô hình hóa 3 chiều, người dùng có thể có thêm các mô hình của các tòa nhà lân cận. Điều này sẽ thể hiện tốt hơn các hiệu ứng đổ bóng vào các thời điểm khác nhau trong ngày và mô hình chính xác hơn cho cấu hình tải làm mát hàng ngày của tòa nhà.
  • Nó cung cấp một phiên bản "phân tích" của mô hình để người dùng có thể thấy phần nào của tòa nhà đang thực sự được phân tích so với những phần nào đang bị bỏ qua. Một mô hình 3D được xây dựng hoàn chỉnh của một tòa nhà là cần thiết cho mục đích tài liệu xây dựng. Tuy nhiên, không phải mọi thành phần của mô hình 3D đều được yêu cầu cho mục đích phân tích kỹ thuật. Ví dụ, một bức tường đơn giản nằm giữa hai phòng có điều kiện sẽ không ảnh hưởng đến tổng tải lạnh và làm nóng. Do đó, một mô hình phân tích của một mô hình 3D đầy đủ được yêu cầu sẽ chỉ hiển thị các bề mặt và các thành phần xây dựng khác được sử dụng bởi các công cụ phân tích. Điều này cung cấp cho người dùng một hình chụp nhanh về những gì đang được phân tích.
   Nó cho phép người dùng nhập lại kết quả tính toán vào mô hình 3D và xem kết quả theo cách trực quan hơn. Nói cách khác, người dùng có thể quan sát lượng tương đối của tải làm mát và sưởi ấm cần thiết cho mỗi phòng bằng cách hiển thị mã màu đại diện cho phạm vi của các giá trị tải nhiệt / làm mát.
  • Nó cung cấp khả năng sử dụng các kết quả từ các công cụ phân tích để xác định kích thước chính xác của các hệ thống đường ống và đường ống cơ khí.
  • Mô hình 3D có thể được sử dụng để kiểm soát và giám sát BAS. Bằng cách sử dụng cùng một mô hình 3D cho cả thiết kế và kiểm soát / giám sát tòa nhà có thể giúp chủ sở hữu và người quản lý cơ sở so sánh hành vi xây dựng thực tế so với dự kiến.
Có một số nhược điểm khi sử dụng BIM 3D so với các phương thức nhập bảng để tính toán tải trọng bao gồm:
  • Học cách sử dụng các công cụ lập mô hình 3-D đòi hỏi đào tạo chuyên sâu và một cách suy nghĩ mới về thiết kế cơ khí. Nhiều kỹ sư đơn giản có thể quá cố thủ theo cách của họ để chấp nhận một sự thay đổi trong suy nghĩ. Ngoài ra, chi phí của giấy phép phần mềm và đào tạo có thể bị cấm đối với nhiều công ty kỹ thuật. Phần mềm mô hình hóa 3D phức tạp thường đòi hỏi ít nhất một tuần đào tạo chính thức và nhiều tháng học tập tại chỗ. Thông thường, các kỹ sư sử dụng các công cụ định danh này bắt đầu với một dự án đơn giản và dần dần giải quyết những vấn đề phức tạp hơn.
  • Nó đòi hỏi một cách suy nghĩ mới về các chương trình và cách thức chúng được diễn giải trong các tính toán tải nhiệt / làm mát. Các khối Zone không gian đã không còn được coi là một phần của chính những không gian chứa nó, mà là các thực thể riêng biệt. Các ứng dụng tính toán tải trọng truyền thống cho phép người dùng nhập vào các đặc điểm của một thông báo cho từng khu vực. Do đó, nếu một văn phòng có nhiều hơn một phòng, thông tin này có thể phải được nhập nhiều lần. Điều này thường dẫn đến nhập dữ liệu trùng lặp và khó khăn trong việc đại diện cho hình học thực sự và liên tiếp trong tổng thể. Trong một ứng dụng mô hình hóa 3D, các vấn đề này được giải quyết. Điều này giúp loại bỏ trùng lặp các mục và cũng giúp người dùng hình dung rõ hơn các đặc điểm thực sự của cuộc họp và cách nó liên quan đến các không gian khác.
  • Các ứng dụng tính toán tải của bên thứ ba cần cập nhật liên tục để chúng có thể nhập BIM đúng cách từ phiên bản mới nhất của các công cụ lập mô hình 3D.
Khả năng tương tác sử dụng gbXML
Một số nhà cung cấp phần mềm mô hình hóa 3D còn cung cấp cả khả năng mô hình hóa và phân tích trong cùng một chương trình phần mềm. 
Tuy nhiên, rất nhiều kỹ sư cảm thấy thoải mái với các công cụ phần mềm phân tích độc lập mà họ đã sử dụng trong nhiều năm khiến họ khó học và tin tưởng vào kết quả phân tích từ các ứng dụng mô hình hóa này. 
May mắn thay, có một giải pháp cho các kỹ sư để có thể thỏa hiệp: tận hưởng những lợi thế của mô hình 3D trong khi vẫn tiếp tục sử dụng các ứng dụng phân tích yêu thích của họ. Điều này được thực hiện thông qua khả năng tương tác, nghĩa là một ứng dụng tác giả có thể xuất thông tin xây dựng của nó sang một định dạng chuẩn (còn gọi là lược đồ) mà sau đó có thể được nhập vào bất kỳ số lượng ứng dụng phân tích nào.
Lược đồ khả năng tương tác được chấp nhận phổ biến đang trở nên được sử dụng rộng rãi hơn trong ngành phân tích xây dựng là XML xây dựng xanh (gbXML). Đây là một định dạng tệp mở hoặc lược đồ, cho phép truyền dữ liệu xây dựng từ các ứng dụng mô hình hóa 3D đến phần mềm phân tích. Nó đã tồn tại được 10 năm và được phát triển bởi Green Building Studio. Autodesk mua lại tài sản của Green Building Studio trong năm 2008, bao gồm gbXML, nhưng Autodesk không sở hữu gbXML. Trên thực tế, một hội đồng cố vấn mới đã được hình thành bao gồm một số công ty khác nhau sẽ quản lý lược đồ trong tương lai.
gbXML đã trở nên khá phổ biến do sự tập trung vào việc cho phép thông tin cụ thể để xây dựng phân tích năng lượng được chuyển từ ứng dụng này sang ứng dụng khác. Ngoài ra, lược đồ rất dễ hiểu và dễ sử dụng, nó giúp khuyến khích các công ty phát triển phần mềm tạo ra các công cụ tích hợp giữa các ứng dụng của họ và phần mềm mô hình hóa 3 chiều.
Sau đó, ứng dụng mô hình hóa sẽ xuất thông tin xây dựng qua gbXML cho ứng dụng phân tích của bên thứ ba, sau đó ứng dụng này sẽ nhập tệp gbXML và trích xuất tất cả thông tin xây dựng cần thiết. Cuối cùng, một số đầu vào thủ công cho ứng dụng phân tích sẽ được yêu cầu, nhưng phần lớn thì khối hình học sẽ được tạo tự động, do đó giảm thiểu thời gian đầu vào và khả năng xảy ra lỗi.
Một khi kết quả đã được tính toán, chúng có thể được nhập trở lại vào công cụ phần mềm mô hình hóa 3 chiều để các kỹ sư có thể sử dụng nó mô hình hóa các hệ thống cơ khí và điện khác nhau. Ngoài ra, kỹ sư và kiến ​​trúc sư có thể thực hiện phân tích "nếu-" bằng cách thay đổi bất kỳ thuộc tính tòa nhà nào và sau đó xuất thông tin đó trở lại công cụ phần mềm phân tích để xem kết quả thay đổi như thế nào.
(Hết Phần 1...)



Các Bài Liên Quan

Các Thẻ Cho Bài Viết