استفاده از BIM در بهینه سازی انرژی و بررسی مقاله ی

« Building Information Modeling approach to optimize energy efficiency in educational buildings »

panelJoão GabrielCarriço de Lima Montenegro DuarteaBrunoRamos ZemerobAna CarolinaDias Barreto de SouzacMaria Emíliade Lima TostescUbiratanHolanda Bezerrac
Journal of Building Engineering
Volume 43, November 2021, 102587

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352710221004459#!

طرح مشکل

مصرف انرژی در ساختمان ها نه تنها از جهت هزینه های تحمیلی بلکه از نظر مسائل زیست محیطی نیز به یک معضل جهانی تبدیل شده است. آژانس بین المللی انرژی، اعلام کرده که ساختمان ها 35 درصد انرژی مصرفی کل جهان را به خود اختصاص داده اند. بنابراین تدوین استراتژی های ساخت بهینه برای مصرف انرژی باید در هنگام ساخت ساختمان های جدید مد نظر قرار گیرد.
در این بین ساختمان های اداری و آموزشی شدت استفاده بیشتری از انرژی دارند. زیرا باید راحتی بصری و حرارتی به گونه ای محیا گردد که فعالیت های آموزشی و آزمایشگاهی به راحتی انجام گردد و بهره وری و تمرکز دانش آموزان را به بالاترین حد ممکن برساند.
اصولا زمانی می توان گفت که روش ساخت یک ساختمان کارآمد بوده که مصرف انرژی آن ساختمان در سطح قابل قبولی نگه داشته شود. و این مهم با توجه به شرایط زیست محیطی اطراف می تواند صورت بگیرد. مثلا استفاده از نور روز برای ایجاد رفاه در هنگام تحصیل دانش آموزان بسیار مهم می باشد. نور طبیعی خورشید همچنین برای سلامتی و درمان بیماری های جسمی و روحی بسیار اهمیت دارد. سطح نور محیط باید به گونه ای باشد که ایجاد خیرگی نکند بنابراین می توان هنگامی که نور روز روشنایی کافی برای تحصیل دانش آموزان و دانشجویان ایجاد می کند، منابع نور مصنوعی را خاموش نمود.

استفاده از BIM در بهینه سازی انرژی

مصرف انرژی ساختمان ها و مناطق مسکونی در حال حاضر به یکی از معضلات و دغدغه های زیست محیطی تبدیل شده است که اهمیت بهره وری بالاتر و مصرف بهینه منابع را بیش از پیش نشان می دهد. در این بین معماری سازه و همچنین نحوه بهره برداری از آن نیز بر میزان مصرف انرژی ساکنان آن تاثیر گذار می باشد. از این رو روش هایی جهت مدل سازی انرژی ساختمان یا همان BEM  معرفی شده اند که عملکرد انرژی ساختمان را با کمک نرم افزارهای BIM بررسی و ارزیابی می کنند.

این روش ها در حال حاضر بسیار پیچیده و نامفهوم هستند، به حدی که در بسیاری از موارد نتایج قابل اعتمادی ارائه نمی دهند.  به همین دلیل در این مقاله یک رویکرد جدید مبتنی بر مدلسازی اطلاعات ساختمان ، جهت ارزیابی و بهبود بهره وری انرژی ساختمان با روشی ساده و کاربر محور معرفی گردیده است.

در این مقاله ی مدلسازی اطلاعات ساختمان، یک تحقیق موردی در مورد دو کلاس  درس از یک ساختمان آموزشی ارائه گرددیه است که این دو کلاس را مدل سازی سه بعدی کرده و سپس از نظر انرژی در نرم افزارهای BIM شبیه سازی شده است. در این شبیه سازی ها، نور روز، شرایط حرارتی و مصرف انرژی هر دو کلاس نیز لحاظ شده بودند.

استفاده از BIM و تکنیک های جدید آن در زمینه تامین گرمایش و سرمایش محیط نیز بسیار مهم می باشد. دمایی که برای راحتی ساکنین در نظر گرفته می شود باید با توجه به شرایط محیطی و آب و هوایی که ساختمان در ان ساخته می شود در نظر گرفته شود.
در این مقاله همچنین گفته شده که باید با کمک استراتژی های مهندسی، سطح انتقال بیماری های همه گیر از جمله سارس و کووید-19 را به حداقل رساند و معماری و فن آوری لازم جهت مقاوم سازی ساختمان از نظر کاهش انتقال بیماری بسیار مهم می باشد. خصوصا در ساختمان های آموزشی و دانشگاه ها که تراکم عبور و مرور افراد بالا می باشد و احتمال آلودگی و انتقال بیماری از فرد به فرد نیز افزایش می یابد.
به همین دلیل در مطالعه حاضر تاثیر استفاده بیشتر نور روز و تهویه طبیعی با دیدگاه نگه داشتن دمای داخلی در یک حد ثابت (راحتی گرمایی) مورد تاکید قرار دارد و استفاده از نور مصنوعی و سیستم های خنک کننده به عنوان عنصری مکمل در نظر گرفته شده است. زیرا نور خورشید علاوه بر تامین نور و گرمای لازم می تواند خاصیت میکروب کشی لازم را داشته و سلامت بیشتری برای ساکنین ساختمان ها به ارمغان بیاورد.
استفاده از BIM برای رسیدن به این اهداف بسیار ضروری شناخته شده است زیرا نرم افزار های BIM اطلاعات غیر گرافیکی را به عناصری که مدلسازی شده اند مانند درب، دیوار، سقف و غیره اختصاص می دهد و BIM تنها طراحی هندسی ساختمان نخواهد بود. به نوعی تجزیه و تحلیل ساختاری انرژی ، نور و برآورد هزینه از طریق BIM بسیار ساده تر و بصری تر است و این تکنولوژی مطالعه و پیش بینی عملکرد انرژی ساختمان شامل مواردی از قبیل تهویه طبیعی، روشنایی و تجزیه و تحلیل انرژی را ممکن می سازد.
در حال حاضر با استفاده از روش های BIM مصرف انرژی در ساختمان ها کنترل و بهینه سازی گردیده است. اما روش های موجود نه تنها پیچیده می باشند بلکه نتایج آنها نیز قابل اعتماد نخواهد بود.
در این مقاله برای بهبود بهره وری انرژی در ساختمان ها روشی ساده تر با کمک مدلسازی اطلاعات ساختمان طراحی گردیده است. از این رو دو کلاس درس در یک ساختمان آموزشی را تحت نظر گرفته و آن ها را با کمک BIM، مدلسازی سه بعدی و شبیه سازی انرژی نموده اند. تا میزان مصرف انرژی این دو کلاس را ارزیابی کنند.
هدف اصلی استراتژی های مطالعه شده با کمک ابزارهای BIM در این مقاله، کاهش مصرف نور مصنوعی و سیستم های تهویه و گرمایشی و سرمایشی را هدف قرار داده و سعی کرده که از شرایط محیطی بیرون ساختمان مانند نور خورشید به راحتی حرارتی و بصری تعیین شده برسد.
استراتژی معرفی شده هم در مصرف انرژی و نیز ب کیفیت محیط داخلی و کاهش انتقال بیماری هایی مانند کووید-19 تاثیر مثبت گذاشته اند. این استراتژی که مبتنی بر مشارکت نور روز برای صرفه جویی انرژی و استفاده از تهویه طبیعی بوده اند، در هر دو کلاس سبب کاهش مصرف انرژی شده اند.
و در نهایت می توان نتیجه گرفت که استفاده از قابلیت همکاری BIM-BEM نتایج بسیار قابل قبولی در بهینه سازی مصرف انرژی خواهد داشت.1

انجام پروژه های BIM