На сегодняшний день создание цифровой информационной модели (BIM-модели) здания на этапе проектирования является не только пожеланием того или иного заказчика, но требованиями времени и законодательства, действующего в Российской Федерации.

В то же самое время полученные в результате цифровизации процесса проектирования возможности и решения, такие как создание энергомодели (BEM) здания, не являются широко распространёнными среди заказчиков. Это связано не только с тем, что энергомоделирование не является законодательно обязательным, но и отчасти с недостаточной информированностью целевой аудитории о возможностях снижения капитальных затрат (Capital Expenditure, CAPEX) и операционных расходов (Operation Expenditure, OPEX), то есть, фактически, эксплуатационных затрат, неизбежно возникающих в процессе жизненного цикла здания.

В своём докладе на Building Climate Forum° 2023 в Екатеринбурге на примере действующего объекта мы продемонстрируем фактический результат в виде полученного эффекта от BEM-моделирования. А в рамках этой статьи предлагаем вам сформировать общее понимание об энергомоделировании.

Итак, что такое BEM?

Аббревиатура ВЕМ расшифровывается как Building Energy Modeling, что дословно переводится как «энергетическое моделирование зданий». Энергомоделирование — это технология со значительным потенциалом, которая даёт возможность количественно оценить и сравнить относительную стоимость и эксплуатационные характеристики предлагаемого проекта реалистичным образом и с относительно небольшими усилиями и затратами.


Тепловой поток от инсоляции на ограждающие конструкции в пиковый день (вверху) и пиковые теплопоступления от инсоляции в помещения [ кВт/помещение]

Важнейшими аспектами BEM являются: потребность в энергии, качество окружающей среды в помещении, включая тепловой и визуальный комфорт, качество воздуха в помещении, его температура, влажность, содержание CO2 и летучих органических соединений (ЛОС), производительность систем ОВиК и возобновляемых источников энергии (ВИЭ), моделирование на уровне городов, автоматизация зданий, а также операционная оптимизация. В процессе энергомоделирования создаётся имитационная модель (цифровой двойник) здания, представляющая собой абстракцию реального строения, которая позволяет учитывать влияние внешних и внутренних факторов с высокой степенью детализации и анализировать ключевые показатели эффективности без дорогостоящих измерений.


Теплопотери через ограждающие конструкции здания (вверху) и через ограждающие конструкции здания по этажам [ кВт/помещение]

Например, имитационная модель здания при энергомоделировании может динамически (то есть в течение определённого времени) показать:

  • выполнение требований по минимальной инсоляции в течение светового дня той или иной части здания при близком взаиморасположении нескольких зданий в квартале;
  • направление движения вредных выбросов, производимых или получаемых зданием;
  • тепловую нагрузку на здание от солнечной инсоляции в течение светового дня;
  • теплопотери и теплопоступления по помещениям с учётом находящихся там постоянно людей, оргтехники и другого оборудования, солнечной инсоляции и т. д.

Входные данные созданной имитационной модели здания: для местной погоды (время стояния той или иной температуры в течение года, преобладающие ветры, количество осадков, количество солнечных и облачных дней и т. д.); строительная геометрия здания; характеристики ограждающих конструкций, в том числе и светопрозрачных; внутреннее тепловыделение от освещения, людей и оборудования; технические характеристики систем отопления, вентиляции и охлаждения; графики работы и стратегии контроля.


Температура в помещениях (вверху) [°C] и требуемая мощность кондиционирования [ кВт/помещение]

На основе полученных результатов принимается решение по расположению тех или иных помещений внутри здания, их назначению и геометрическим параметрам, снижению энергопотребления инженерными системами здания.

«ВЕМ показывает точку, в которую нужно прийти, а пути ищут инженеры ОВиК, архитекторы (конструктив здания и применяемые материалы с наименьшим коэффициентом теплопередачи, приемлемым по стоимости для заказчика)».

Расчётные файлы по энергомоделированию — это не столько красивые разноцветные картинки, похожие на детские рисунки, а главный инструмент для повышения энергоэффективности не только уже построенного здания, но и вновь проектируемого. В случае уже построенного здания его энергомоделирование может пассивно влиять на повышение его энергоэффективности путём снижения теплопотерь и теплопритоков через ограждающие конструкции. Причём все эти мероприятия по снижению теплопотерь и теплопритоков всегда ограничены соображениями экономической целесообразности их применения. Наибольший же вклад по повышению энергоэффективности здания энергомоделирование может принести на этапе его проектирования и создания информационной цифровой модели. Ведь произведя расчёты по энергомоделированию спроектированного здания и создав его цифровую модель в прикладном ПО, специалист по энергомоделированию даёт рекомендации по изменению и улучшению:

1. Архитектурных параметров здания:

  • количество, геометрические параметры светопрозрачных конструкций;
  • применяемые в них решения по светопередаче и термическому сопротивлению;
  • применяемые конструкционные материалы ограждающих конструкций;
  • архитектурные решения и приёмы по минимизации теплопотерь и теплопритоков, в том числе и стоимостные обоснования для их применения.

2. Месторасположения здания:

  • геопозиционирование здания на местности, его входы/выходы, въезды/выезды с учётом ландшафта, ветровой нагрузки (преобладающая «роза ветров») и количества осадков в течение года;
  • вписывание здания в окружающую инфраструктуру всего проектируемого района, с учётом взаимного расположения всех зданий и сооружений в проектируемом районе и предполагаемой взаимной затенённости зданий и сооружений в течение светового дня;
  • минимизация теплопотерь и теплопритоков с учётом солнечной инсоляции и движения солнца в течение светового дня и в течение года;
  • возможность учитывать влияние и распространение вредных выбросов, попадающих на здание извне или наоборот выделяемых от здания в окружающую среду.

По каждому из вышеперечисленных, а также и других аспектов проектирования здания, энергомоделирование может дать множество математически обоснованных ответов. Ресурсы, потраченные на BEM-моделирование и согласование полученных результатов и выводов между всеми заинтересованными участниками проектирования (заказчик, архитекторы, дизайнеры, смежные разделы инженерного обеспечения здания и т. д.) для принятия оптимального и экономически целесообразного решения, многократно окупятся снижением капитальных и операционных затрат заказчика при строительстве и эксплуатации здания.