Что такое ВЕМ.

Общие сведения.  

  Итак, что же такое моделирование энергопотребления. Когда заходит речь о потреблении чего бы то ни было, всегда встает вопрос цены. И если с ценой строительных работ все более-менее понятно (за исключением, разумеется, бюджетных объектов), то с ценой эксплуатации зданий все несколько сложнее. Главной проблемой при определении количества требуемых ресурсов является то, что потребляются они неравномерно. Т.о. точность расчетов и все их последствия в первую очередь зависят от степени учета этих неравномерностей. Моделирование - это подход, при котором все параметры и процессы заменяются на максимально приближенные к жизни значения. Причем под максимальным приближением понимается тот факт, что подобные расчеты делаются не впервые, и есть все основания утверждать, что они будут близки к реальности.

 Самое распространенное применение моделирования - расчет поступления тепла в помещение в летний период. Учет изменения мощности солнечного излучения в течении дня, положения теней, тепловой инерции стен, работы вентиляции, времени и количества находящихся в помещении людей позволяет уменьшить требуемую мощность охлаждения вплоть до 70% по сравнению с простой оценкой по средним значениям. Однако, это же приводит и к значительному росту трудозатрат на такие расчеты. Стоят ли они того? Судя по тому, что первые программы для моделирования энергопотребления зданий появились в США в 70-е годы прошлого века - да, стоят.

  

  Насколько известно автору, самые подробные указания по BEM - Building Energy Modelling, моделированию энергопотребления зданий - накоплены в американских стандартах и руководствах по проектированию ассоциации инженеров ОВиК ASHRAE. Главным образом к ним относятся так называемые расписания - зависимости внутренних параметров от времени, например, зависимость количества людей в гостинице как процент от расчетного (рис.1):

Рис.1 Процент от расчетного количества людей в номерах гостиницы в будний день.

  Разумеется, это так же своего рода усреднение и оно не работает для одного или двух номеров, но учет зависимости заселенности от времени для большого номерного фонда позволяет значительно сэкономить на мощности системы охлаждения, если требуется кондиционирование только в номерах, где есть люди. В период пиковой температуры наружного воздуха таких номеров всего 20% от расчетного. Аналогичным образом учитываются зависимости от времени остальных величин, связанных с присутствием людей: нагрузок на электросеть, освещение, потребление воды, тепло- и влагопоступления от людей.

  Вторым моментом, который принимается во внимание в BEM - это возможность задания нестационарных параметров воздуха (рис.2):

Рис.2 Профиль температуры для офиса в будний день.

  Стоит ли говорить, что снижение температуры в нерабочее время - это не только снижение потребления тепла, но и снижение расчетной мощности системы отопления, а, следовательно, уменьшение стоимости подключения к тепловым сетям, если таковое имеется. А если принять во внимание ту же тепловую инерцию здания, которая учитывается при расчете холодильных нагрузок, то окажется, что можно обойтись на 20% меньшей мощностью.

  В-третьих, обязательно использование актуальных погодных данных. Все BEM-программы применяют в расчетах таблицы, полученные на основе измерения основных климатических показателей с частотой раз в час. На основе многолетних данных с применением определенной статистики составляются типовые таблицы. Однако, есть возможность провести моделирование и по актуальным данным за прошедший период времени, например, для виртуального энергоаудита. Приобрести файлы погодных данных практически для любого места земного шара можно на сайте Weather Analytics. Самое ценное в них - актуальные значения мощности прямой и рассеянной солнечной радиации, эти данные положено знать даже по нашему СП "Энергоэффективность", но где их брать, никто не знает.

И заключительным, самым важным аспектом моделирования потребления энергии является математическая модель процессов и элементов в них участвующих. Ни одна BEM-программа на сегодняшний день не претендует на расчеты "от печки" - от базовых уравнений тепло-массопереноса, аэродинамики воздушных масс и взаимодействия солнечного излучения с веществом. Этого и не требуется. Необходимы лишь достоверные приближенные описания, опять же, модели процессов и оборудования. Первые шаги в направлении специализированных комплексных расчетов функционирования зданий на примере частных домов были сделаны в США в конце 50-х годов 20 века. С тех пор и математический аппарат, и возможности для программирования, и вычислительные мощности прошли целый эволюционный путь. Наиболее продвинутое программное обеспечение позволяет моделировать целые комплексы зданий на уровне BMS, искать наиболее оптимальные стратегии управления инженерными системами и тут же писать программы для контроллеров, обеспечивающих это управление.

На сегодняшний день моделирование энергопотребления - это целая индустрия. Причем, в силу своего возраста, на Западе она уже воспринимается не как передовая технология, а как штатный инструмент работы любой проектной организации, ценящей свое время и деньги Заказчика. Основные новости приходят с фронтов BIM-BEM, несмотря на тесную связь, эти две технологии являются самостоятельными и пока почти независимыми. О том, почему это так будет сказано в отдельной статье. Но пока фактом является то, что физическая, архитектурно-конструкторская модель здания не может быть напрямую обсчитана в BEM-программах.

В нашей стране о Building Energy Modelling не известно почти ничего. За год работы Автору не удалось найти ни одного вразумительного обзора или рассказа о данной технологии ни на конференциях, ни в журналах. Что уж говорить о книгах и учебниках. Это досадное недоразумение необходимо как можно скорее исправить, тем более, что существует огромное количество бесплатных программ, полнофункциональных и проверенных временем. А что еще нужно русскому человеку, как не халява?