基于.BIM地智慧型能源管理目标系统地研究计划设计论文及说明最终版.doc
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1、基于 BIM 的智慧型能源管理系统的研究设计 汕头大学 CDIO 实验楼改造摘要:摘要: 建筑信息模型(BIM) ,是指通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息。信息的 内涵不仅仅是几何形状描述,还包含大量的非几何的属性信息。通过讨论探索的是 BIM 等 技术在汕头大学 CDIO 实验楼改造能源控制系统中的各类应用,希望能提供一个全新的角 度来探索建筑能耗管理。关键词:关键词:能源控制,BIM,实验楼改造,模拟,调试一、背景一、背景 建筑活动是人类对自然资源、环境影响最大的活动之一。其消耗着大量的自然资源。 定义建筑能耗的方法有两种:广义上的建筑能耗是指建筑的围护结构的材料制造、建筑建 造施
2、工,一直到建筑运营、维护和再利用或者拆除的全过程能耗。狭义上的建筑能耗,即 建筑的使用、运营和维护过程中所需要的能耗,就是人们日常的用能,如采暖、空调、照 明、炊事、洗衣等的能耗,是构成建筑能耗的主要部分。本文中研究的建筑能耗概念指建 筑全生命周期能耗,即指建筑建造、使用运营、维护到再利用过程中所消耗的能耗。 一般地讲,建筑活动使用了人类所使用的自然资源总量的 40%,能源总量的 40%,而 造成的建筑垃圾也占人类活动产生垃圾总量的 40%。作为经济繁荣、社会进步、技术发展 最常见的标志,办公建筑是公共建筑中最大量建造的一类,然而办公建筑高耗能的问题却 日益突出。据统计,空调采暖和照明能耗目前
3、约占我国办公建筑总能耗的 70%80%,每 平方米年耗电量是普通居民住宅的 1020 倍,是欧洲、日本等发达国家同类建筑的 1.5 倍。可见办公建筑的节能形势相当严峻,高能耗应该引起社会的高度关注。二、项目开展意义:二、项目开展意义: 基于上述的背景,汕头大学也积极响应国内绿色建筑节能的相关政策,预对其内部建 筑 CDIO 实验楼进行修建改造,既对校内的旧建筑重新利用,也将其改造成绿色建筑,作 为校内学生活动地点之一,成为校内美丽的建筑景观之一;同时贯彻 CDIO 教学理念,锻 炼土木工程系的学生的自主学习能力。三、三、BIMBIM 技术应用到汕头大学技术应用到汕头大学 CDIOCDIO 实验
4、楼改造工程中实验楼改造工程中 1 1项目前期项目前期 把项目策划阶段的建筑能耗控制要求和指标作为设计阶段的基准线。项目的总体方案思路 为:将太阳能板,蓄电池,灯管等作为主体,利用计算机编程,使其作为完整的能运转的 系统。在有太阳光照的情况下,太阳能板对系统供电,同时也将产生的剩余电能存贮在蓄电池中。在没有太阳光照的情况下,系统由蓄电池供电,当蓄电池的电能完全释放完,系 统自动切换为电网供电。 在建筑运营和维护阶段,通过 BIM 模型模拟仿真技术,可以预测各类能量符合变化, 制定相应的能源方案,降低建筑的能源消耗,提高能源的利用效率。 在此基准上来设计项目的总思路,进而决定项目的方向以及后面所需
5、学习的软件(以 及 LabVIEWBIM 系列:Revit、MEP、Ecotect 等) 。图 1 CDIO 能源管理系统设计总思路图 2 CDIO 能源管理系统设计总思路2.Ecotect2.Ecotect 的应用的应用 Autodesk Ecotect Analysis 软件是一款功能全面,适用于从概念设计到详细设计环 节的可持续设计及分析工具,其中包含应用广泛的仿真和分析功能,能够提高现有建筑和 新建筑设计的性能。该软件将在线能效、水耗及碳排放分析功能与桌面工具相集成,能够 可视化及仿真真实环境中的建筑性能。利用强大的三维表现功能可以进行交互式分析,模 拟日照、阴影、发射和采光等因素对环
6、境的影响。 对 CDIO 实验楼的环境进行详细的了解与调查,得出 CDIO 实验楼的地理位置,太阳辐 射环境,太阳光照环境亮度、温度分布等。图 3 修改后的 CDIO 实验楼CDIO 实验楼坐落于东经:116.6294 北纬:23.4162 运用 Ecotect 中的 Weather Tool,可得到 CDIO 实验楼的水平太阳轨迹图,这对于项 目后期设置太阳能板的位置角度等有着十分重要的帮助。图 4 CDIO 实验楼水平太阳轨迹图对 CDIO 实验楼进行热分析,得到各个月的光辐射。TOTAL MONTHLY SOLAR EXPOSURE Shantou, CHN (Direct Only)A
7、VAIL. REFLECT INCIDENT TRANSMITTED MONTHWh/m2Wh/m2Wh/m2TOT.WhWh/m2TOT.WhJan8730503799688165537958880774Feb6672203514781553235111814716 Mar7186603959891881239558917893 Apr7633604125695729041215956333 May6562903433779675534303795958 Jun476190212344927091213492216 Jul85029044964104333649191042293 Aug86
8、2060452031048888451581047839 Sep1011220542501258812541961257554 Oct914510446491036027446041034991 Nov8044803823888727438200886387 Dec1307870548641273040548091271767 TOTALS99052004917361141013149124511398721结合 Retscreen,得到太阳光在 CDIO 实验楼的亮度数值。可预测实验楼内房间各需 要补偿照度的值,进而设计照明系统,选择规格合适的灯管。图 5 Retscreen 分析得到的汕头
9、基本气象数据3.MEP3.MEP 的应用:对灯管摆设角度位置进行设计的应用:对灯管摆设角度位置进行设计 Autodesk Revit MEP 是一款水暖电系统建模,系统设计分析来帮助提高效率的专业 软件。基于 MEP 的基本功能,在已有 CDIO 建筑楼的结构上进行电力系统,主要是照明系 统的设计。为了使整个建筑节能,在保证亮度足够的情况下,尽可能地使用小功率灯管, 并且不同方位采用不同类型的灯管,使之更有特色,又能够满足舒适使用。图 6 照明系统灯管一楼分布图图 7 照明系统灯管二楼分布图图 8 照明系统灯管三楼分布图图 9 照明系统灯管四楼分布图4.4.结合结合 LabVIEWLabVIE
10、W 编程完善系统编程完善系统 LabVIEW 是一个通用的编程系统,有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW 有着很多优点,尤其是在测量、控制、仿真等方面尤其突出。在 CDIO 实验楼的能源管理 系统的设计中,使用 LabVIEW 编制程序,完善整个能源控制系统。 利用 LabVIEW 模拟太阳能的收集情况以及太阳能发电对建筑用电的帮助。通过 Ecotect 预测的光辐射量,拟采用采集器对太阳能板进行信号采集,将信号反馈到系统控 制中枢,系统控制中枢将信号转为数据,经过计算就可以得出太阳能产生的电能,显示在 控制台屏幕上,从控制台屏幕上可以随时了解到太阳能板的发电量。同样的原理,系统
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