Energijsko modeliranje stavb kot nepogrešljiv del projektiranja
Energijsko modeliranje stavb (BEM[1]) kot orodje za odločanje
Obstaja veliko ukrepov za doseganje energijske učinkovitosti stavb, vendar se njihov učinek razlikuje glede na pogoje projekta[2]. Optimalna kombinacija ukrepov energijske učinkovitosti je odvisna od projekta do projekta, kar še posebej velja za prenove stavb, za katere je potreben prilagojen pristop.
Energijsko modeliranje je zelo uporabno orodje pri primerjavi različnih možnosti projektnih rešitev: ko je model stavbe enkrat ustvarjen, se lahko v nekaj urah simulira veliko scenarijev. Na primer, če investitor razmišlja o več konfiguracijah HVAC[3], npr. o hidroničnem gretju in hlajenju v primerjavi s sistemom VRF[4], se lahko z energijskim modeliranjem simulira oba. Investitor nato primerja stroške in porabo energije za vsako konfiguracijo HVAC in izbere tisto z najnižjimi stroški lastništva[5].
Energijsko modeliranje je mogoče uporabiti tudi za analizo medsebojnega delovanja različnih ukrepov energijske učinkovitosti. Na primer, če je sistem razsvetljave nadgrajen na LED[6], bo energijski model simuliral ne samo nižjo potrebno energijo za samo razsvetljavo, ampak tudi odziv sistema gretja in hlajenja na znižano toplotno obremenitev LED razsvetljave.
Ko se energijsko modeliranje uporablja v fazi projektiranja nove stavbe ali večje prenove, lahko inženirji s področja MEP[7] optimizirajo tudi stroške obratovanja in vzdrževanja. Ukrepe energijske učinkovitosti, ki se izkažejo kot manj finančno učinkujoči, je mogoče zavreči in dati prednost tistim z visokim donosom na vsak vložen evro. Takšen primer običajno predstavljajo v PURES predpisani kazalniki s področja gradbene fizike za ne stanovanjske stavbe, to je brez upoštevanja dejavnosti, ki se odvija znotraj stavbe.
Energijsko modeliranje za dokazovanje skladnosti s predpisi
Energijsko modeliranje se lahko uporablja tudi za doseganje skladnost s predpisi. Mnogokje, z uporabo 41. člena GZ-1 tudi pri nas, se projektant izogne številnim (dejansko tudi nepotrebnim) predpisanim parcialnim kriterijem in dokaže doseganje energijske performančnosti stavbe skozi za njeno delovanje potrebno primarno energijo, deležem obnovljive primarne energije in CO2 ekvivalentom. To je s tistimi kazalniki, ki jih običajno zahtevajo različni energijski standardi, v Evropi in posledično pri nas, tudi sama EPBD[8].
Ob tem je potrebno tudi izpostaviti, da razpoložljiva in validirana programska oprema za energijsko modeliranje stavb izhaja iz v svetu uveljavljenih pravil stroke[9], ne iz PURES. Ker PURES pomanjkljivo podaja pravila in zahteve za projektiranje visoko energijsko performančnih stavb[10], je za področje strojništva priporočljivo upoštevati pravila in zahteve iz opombe 9, za energijsko modeliranje pa jih je nujno tudi poznati, saj ima programska oprema te integrirane. Podobno velja za področje elektrotehnike, kjer je na sliki 1 prikazan primer iz projektiranja umetne in naravne razsvetljave ter posledično njenega energijskega modeliranja.
 |
| Slika 1: Slikovna obrazložitev pojma primarna in sekundarna osvetlitev ter zahteva standarda za krmiljenje |
BEM in BIM
Številna BIM[11] oprema vključuje tudi različna orodja za energijsko performančnost stavb, vendar so samo nekatera enakovredna tistim za energijsko modeliranje po zahtevah tozadevnih standardov[12]. Za takšno energijsko modeliranje obstaja povsem namenska programska oprema, ki je ločena od BIM, vendar omogoča (bolj ali manj) preprost uvoz podatkov o stavbi, kot to prikazuje slika 2. Programski paketi BIM ponujajo več možnosti za pridobivanje podatkov o stavbnem modelu. Ena od možnosti je ustvaritev "seznamov" ali "razpredelnic", nato ustvaritev izhodne datoteke v eni od industrijskih standardnih oblik protokola, to je IFC[13] ali gbXML[14].
 |
| Slika 2: Vmesna orodja za pretvorbo zagotovijo podatkovno povezavo med BIM in BEM |
Orodja za energijsko modeliranje stavb se lahko razdelijo na dva sklopa, pri čemer Dodatek G ANSI/ASHRAE/IEC Standarda 90.1 zahteva, da validirana programska oprema vsebuje oba[15]:
- Orodja za projektiranje, ki so namenjena določitvi zmogljivosti (dimenzioniranju) strojnih in električnih sistemov ob upoštevanju vršnih projektnih pogojev.
- Orodja za simulacijo, ki vključujejo dinamično simulacijo v največ urnih korakih, ki običajno traja eno leto. Pri tem so upoštevajo trije parametri: ovoj stavbe, sistemi z opremo in scenariji krmiljenja. Uporabljajo se za oceno potreb po energiji, kakovosti notranjega okolja, emisij ogljikovega dioksida in tudi vračilnih dob energijsko učinkovitih ukrepov.
 |
| Slika 3: Posamezni cikli energijskega modeliranja v fazi projektiranja, zaključku gradnje in v uporabi stavb |
Procesni standard za energijsko modeliranje stavb
ANSI/ASHRAE Standard 209 predstavlja procesni standard, ki uporabnikom pomaga optimizirati uporabo procesov energijskega modeliranja stavb. Pripravljen je na način, da je mogoče procese modeliranja, imenuje jih cikle, uporabiti skozi celoten proces projektiranja in tudi po najmanj enem letu uporabe stavbe. Slika 3 prikazuje posamezne cikle modeliranja na časovnici projekta.
Za izpolnitev modeliranja stavbe skladno z ASHRAE standardom je potrebno izpolniti kar nekaj zahtev. Te vključujejo izvedbo analize podnebnih razmer na lokaciji stavbe. Prav tako je nujno opraviti več primerjalnih analiz in sodelovati na projektni energijski delavnici[16].
Za zagotovitev skladnosti s standardom je potrebno izpolniti vsaj dva od 11 ciklov modeliranja. Pri tem je obvezno izvesti v fazi idejnega projekta cikel 3, ki se nanaša na zmanjšanje energijskih potreb stavbe. Ta cikel je še posebej pomemben, ker predstavlja današnji cilj projektiranje in gradnja samo še skoraj nič-energijskih stavb in po prenovljeni EPBD nič-emisijskih stavb.
Standard zahteva za energijskega modelarja stavbe, ali tistega, ki nadzira posameznika, ki dejansko izvaja energijsko modeliranje, da razpolaga z eno od naslednjih poverilnic:
- certificiran Building Energy Modeling Professional (BEMP),
- certificiran Building Energy Simulation Analyst (BESA),
- s strani pristojnega organa prepoznan kot enakovredno usposobljen posameznik.
Glede slednjega obstaja dejanska možnost, da se IZS postavi v vlogo pristojnega organa za prepoznavanje usposobljenosti posameznikov, svojih članov.
IZS in energijsko modeliranje stavb
IZS je v lanskem letu že skupaj z ASHRAE pripravila splošno izobraževanje o energijskem modeliranju stavb, za 20. maj pa se pripravlja posebno izobraževanje za uporabo programske opreme HAP proizvajalca Carrier[17]. Če bo zanimanje večje, bo isto izobraževanje ponovljeno tudi jeseni, in kot kaže sedaj, se obeta to jesen tudi podobno izobraževanje za uporabo programske opreme TRACE proizvajalca Trane.
Pripravil
Mitja Lenassi, PI, CxA, BEMP
____________________________________________________
[1] BEM = Building Energy Modeling = Energijsko Modeliranje Stavb.
[2] Pomen besed učinkujoč (effective) in učinkovit (efficient) je "zmožnost ustvariti rezultat", vendar s pomembno razliko. Učinkujoč pomeni zgolj in samo "ustvariti želeni rezultat", učinkovit pomeni "ustvariti želeni rezultat s čim manj potrebnega materiala, časa ali energije". Iz njiju izhajata pojma učinkujočnost (effectiveness) in učinkovitost (efficiency). Pri tem v slovenščini izhajam iz pomena že v zakonodaji uporabljanega izraza učinkovitost.
[3] HVAC = Heating, Ventilation and Air Conditioning = Gretje, Prezračevanje in Obdelava Zraka.
[4] VRF = Variable Refrigerant Flow = Spremenljiv Pretok Hladiva.
[5] Lastništvo vključuje poleg stroškov za energijo tudi redne in izredne vzdrževalne stroške ter popravila in/ali zamenjavo.
[6] LED = Light-Emitting Diodes = Svetleče Diode.
[7] MEP = Mechanical, Electrical and Plumbing = Strojni, Elektro(tehnični) in Vodovodni.
[8] EPBD = Energy Performance Building Directive = Direktiva o Energetski Performančnosti Stavb. Glej tudi novico o njeni spremembi: https://www.izs.si/aktualno/novice/evropski-parlament-sprejel-spremembo-evropske-direktive-o-energijski-performancnosti-stavb
[9] ANSI/ASHRAE/IES Standard 90.1 Energy Standard for Sites and Buildings Except Low-Rise Residential Buildings = Energijski Standard za Lokacije in Stavbe, Razen za Nizke Stanovanjske Stavbe. MSS v IZS je prevedla v slovenščino poglavji 6 in 7 izdaje 2016 ter del poglavja 10 iz izdaje 2019, ki je prosto dosegljiv na naslovu:
www.izs.si/assets/media/izsnovo/2020/MSS/IZS_Prirocnik%20ASHRAE%2090.1-final-november-2020.pdf
[10] Npr., PURES 2022 in iz njega izhajajoča TSG-1-004 za razliko od izdaje 2010 ne zahteva več, da se mora za vlaženje v napravah za prezračevanje in obdelavo zraka v primeru priključitve na centralno gretje ali na daljinsko oskrbo s toploto uporabljati adiabatsko vlaženje. Te prepovedi ni več, torej se lahko uporablja tudi parno vlaženje.
[11] BIM = Building Information Modeling = Informacijsko Modeliranje Stavb.
[12] Npr. ANSI/ASHRAE Standard 209-2018 Energy Simulation Aided Design for Buildings Except Low-Rise Residential Buildings = S pomočjo energijske simulacije podprto projektiranje stavb, razen nizkih stanovanjskih.
[13] IFC = Industry Foundation Classes. Predstavlja odprt in nevtralen izhodni format podatkov za "openBIM".
[14].gbXML = Green Building XML. Predstavlja panožno podprto shemo za izmenjavo informacij o stavbah med različno programsko opremo za projektiranje.
[15]Obravnavanje energijskih performanc stavbe brez predhodnega ali sočasnega določanja zmogljivosti opreme in sklopov je inženirsko napačno!!!
[16].Dejansko imenovana "charrette", ki je opredeljena kot srečanje deležnikov projekta v namen razprave o projektnih ciljih in strategijah. Šarete vzpostavljajo zaupanje, gradijo soglasje in pomagajo hitreje pridobiti odobritev projektnih rešitev s tem, da udeležencem omogočijo biti del procesa odločanja.
[17]. https://www.izs.si/izobrazevanja/izs-izobrazevanja/?education=I-0020/2024