Integrovaný návrh vytápění NZEB s podporou BIM
© Fotolia.com
Článek se zabývá technologií BIM v součinnosti s projektováním TZB. Téma je rozděleno do dvou částí. V první části je popsána komplexní problematika týkající se technologie BIM a její zavedení v TZB praxi. V druhé části je znázorněno porovnání výpočtu tepelných ztrát dle ČSN EN a pomocí BIM nástroje.
Úvod
V současné době je velkým trendem zavádění BIM technologie. V projekční činnosti v oblasti technických zařízení budov není tento způsob natolik daleko, přesto je však dobré některé kroky v BIM technologii provádět z důvodu zefektivnění práce.
Dotazníkový průzkum v oblasti TZB
S podporou ČKAIT byl proveden dotazníkový průzkum mezi autorizovanými inženýry a techniky v oblasti techniky prostředí. Dotazník obsahoval 30 otázek zabývající se zavedením BIM technologie v oboru TZB. Soubor otázek úspěšně vyplnilo 309 respondentů a jejich odpovědi byly použity k analyzování stavu BIM technologie v ČR v projekční činnosti v oblasti techniky prostředí.
Nejprve bylo položeno v dotazníku několik obecných otázek – např. v jaké pozici daný respondent pracuje, jakou profesí se zabývá, zda využívá technologii BIM apod. Další otázky byly konkrétnější pro jednotlivé profese. Největší procento dotazovaných tvořili projektanti, a poté vedoucí projektu. Mezi dotazovanými se vyskytli také technici, techničtí dozorci, rozpočtáři, přípraváři i stavbyvedoucí. O profesním obsazení lze říci, že bylo téměř rovnoměrné. Z celkového počtu dotazovaných však pouze 22 % odpovědělo, že využívají pokročilé technologie BIM.
Obr. 1 Graf: Jakou funkci ve Vaší společnosti zastáváte?
Obr. 2 Graf: Jakou profesi projektujete?
Obr. 3 Graf: Jaký software (nejen BIM) používáte pro projektování? (možnost více odpovědí)
Mezi TZB projektanty je nejvíce používaný program AutoCAD od Autodesku, poté Revit, CadCON, ArchiCad a další. Spousta z nich využívá profesně specializovanější softwary – Techcon, Protech apod. Jako BIM software je nejpoužívanější program Revit od Autodesku, pak ArchiCad a také si někteří oblíbili program DDS-CAD.
BIM model v oblasti vytápění
Na základě provedeného dotazníku jsou získány informace týkající se využití výpočtů pomocí BIM technologií v současné praxi.
Bylo zjištěno, že více než 90 % dotázaných nevyužívá v žádném případě BIM hned z několika důvodů. Nejčastějším důvodem, proč projektanti nepoužívají BIM technologie je ten, že již pracují v jiných výpočetních programech, které neumožňují BIM technologii. Další častou odpovědí bylo, že výpočtům a hodnotám exportovaných z jednotlivých programů projektanti nevěří a raději si provedou výpočty vlastnoručně. Několik dotázaných autorizovaných projektantů odpovědělo, že BIM technologie je pro ně jak časově, tak finančně náročná.
Deset procent tázaných, kteří BIM technologii naopak používají, odpovědělo, že BIM jim hlavně usnadňuje jejich práci jak z hlediska časového, tudíž i finančního, tak i z hlediska kvality výstupů.
BIM na základě dotazníku nejvíce používají projektanti s cílem získání informací týkajících se výkazu výměr daného objektu.
Dalším nejčastějším důvodem, proč projektanti používají BIM technologie je koordinace s jednotlivými profesemi a nalezení kolizí ještě před zahájením realizace. Tuto funkci využívají nejvíce hlavní inženýři projektu.
Pouze malé procento autorizovaných projektantů využívá BIM technologie s plnou důvěrou např. pro zjištění tlakových ztrát v potrubí, výkazu výměr a jednotlivých částí, dimenzování potrubí, výpočtu tepelných ztrát apod. Pokud projekční kanceláře využívají BIM technologie v plné míře, je nutné si neustále uvědomovat skutečnost, že výsledné hodnoty sice závisí na softwaru, ale ten pracuje pouze na základě správně přednastavených procesů. Chyba může být tedy pouze na straně uživatele kvůli nejrůznějším faktorům, např. nepochopení nastavení výpočtu v programu či chybně zadané hodnoty.
Výpočet tepelných ztrát
Pro ukázku, zda se vyplatí použít pro výpočet tepelných ztrát vytvořený stavební model s informacemi o konstrukcích, je níže proveden výpočet tepelných ztrát prostupem dle ČSN EN a výpočet tepelných ztrát prostupem v programu BIM a jejich porovnání. Tepelné ztráty větráním jsou počítány v obou případech stejně, proto jsou porovnávány pouze tepelné ztráty prostupem.
Charakteristika objektu
Obr. 4 Vizualizace řešeného objektu
Jedná se o třípodlažní bytový dům s plochou střechou. Konstrukční systém je stěnový částečně monolitický v nižších patrech a ve vyšších patrech převazující zděný systém. Obálku objektu tvoří zděný systém se zateplením. Stropní konstrukce je železobetonová. Plochá střecha se extenzivní střechou.
Vytápění pomocí plynového kondenzačního kotle. Stoupací potrubí vytápění vedeno v jedné instalační šachtě. Z instalační šachty vede přívodní potrubí do patrového R/S. Z patrového R/S vede podlahové potrubí do jednotlivých bytových jednotek k jednotlivým otopným tělesům.
Výpočtová venkovní teplota je uvažována −13 °C.
Objekt je navržen na hodnoty prostupu tepla splňující doporučené požadavky pro pasivní domy. Hodnoty součinitelů prostupu tepla jsou uvedeny v následující tabulce.
| Konstrukce | U [W/m2.K] |
|---|---|
| Vnější stěna | 0,15 |
| Podlaha na terénu | 0,20 |
| Střecha | 0,13 |
| Okna/dveře | 0,70 |
Výpočet tepelné ztráty prostupem dle ČSN EN 12831-1
Výpočet je proveden podle vzorců uvedených v normě. Hodnoty venkovní a vnitřní teploty jsou stanoveny dle základních tabulek. V každé místnosti byl stanoven její stav – vnitřní výpočtové teploty, zda je vytápěná nebo ne apod.
Výpočet v BIM programu
BIM programy umožňují výpočet tepelných ztrát konstrukcemi, tedy výpočet tepelného odporu konstrukce při prostupu tepla, výpočet součinitele prostupu tepla a výpočet tepelných ztrát větráním. V BIM programech se tepelné ztráty počítají na základě vytvoření energetického modelu, na základě jeho podrobnosti a kvality jsou výpočty správné.
Konstrukcím je nutno přiřadit tepelně technické vlastnosti, pokud je nastavené nemají. Místnostem popř. zónám se přiřadí vlastnosti stejně jako v ručním výpočtu – výpočtové teploty apod.
Porovnání výsledků tepelných ztrát prostupem dle ČSN EN a BIM
V níže uvedené tabulce jsou uvedeny tepelné ztráty vypočteny ručním výpočtem dle ČSN EN a v BIM programu Revit.
| č.m. | účel | ti [°C] | Ai [m2] | QTm ČSN EN [W] | QTm BIM [W] |
|---|---|---|---|---|---|
| 10000 | zádveří | 15 | 6,6 | 25 | 77 |
| 10001 | chodba | 15 | 21 | −484 | −432 |
| 10002 | úklid | 15 | 3,4 | −36 | −53 |
| 10101 | chodba | 19 | 6,6 | 5 | 28 |
| 10102 | ob+kk | 20 | 22,5 | 279 | 308 |
| 10103 | ložnice | 20 | 11 | 240 | 273 |
| 10104 | koupelna | 24 | 4,2 | 163 | 201 |
| 10105 | šatna | 20 | 2 | −10 | −9 |
| 10201 | chodba | 19 | 7,1 | −144 | −140 |
| 10202 | ob+kk | 20 | 30,8 | 575 | 562 |
| 10203 | ložnice | 20 | 14,4 | 232 | 280 |
| 10204 | koupelna | 24 | 4,2 | 163 | 201 |
| 10205 | šatna | 20 | 2 | −10 | −9 |
| 10301 | chodba | 19 | 4,4 | −14 | −11 |
| 10302 | ob+kk | 20 | 26,1 | 309 | 365 |
| 10303 | koupelna | 24 | 4,2 | 343 | 303 |
| 10304 | šatna | 20 | 3,4 | 42 | 46 |
| 10401 | chodba | 19 | 9,9 | −101 | −54 |
| 10402 | ob+kk | 20 | 34,2 | 482 | 316 |
| 10403 | ložnice | 20 | 11,4 | 303 | 302 |
| 10404 | ložnice | 20 | 13,9 | 302 | 497 |
| 10405 | koupelna | 24 | 4,2 | 180 | 213 |
| 10406 | wc | 20 | 1,1 | −36 | −23 |
| 10407 | šatna | 20 | 3,4 | 96 | 98 |
| 10501 | chodba | 19 | 9,9 | −31 | −18 |
| 10502 | ob+kk | 20 | 34,2 | 473 | 494 |
| 10503 | ložnice | 20 | 11,4 | 303 | 303 |
| 10504 | ložnice | 20 | 13,9 | 192 | 193 |
| 10505 | ložnice | 20 | 17,6 | 543 | 582 |
| 10506 | koupelna | 24 | 4,2 | 185 | 214 |
| 10507 | wc | 20 | 1,1 | −36 | −23 |
| 10508 | šatna | 20 | 3,4 | 96 | 99 |
| 20000 | chodba | 15 | 20,6 | −759 | −772 |
| 20002 | chodba | 19 | 6,4 | −95 | −45 |
| 20103 | ob+kk | 20 | 30,8 | 454 | 491 |
| 20104 | ložnice | 20 | 14,7 | 290 | 226 |
| 20104 | koupelna | 24 | 4,2 | 144 | 177 |
| 20105 | šatna | 20 | 2 | −48 | −19 |
| 20201 | chodba | 19 | 7,1 | −190 | −165 |
| 20202 | ob+kk | 20 | 29 | 453 | 446 |
| 20203 | ložnice | 20 | 11 | 189 | 226 |
| 20204 | koupelna | 24 | 4,3 | 153 | 177 |
| 20205 | šatna | 20 | 2 | −48 | −19 |
| 20301 | chodba | 19 | 4,4 | −63 | −26 |
| 20302 | ob+kk | 20 | 34 | 251 | 265 |
| 20303 | koupelna | 24 | 4,2 | 266 | 279 |
| 20304 | šatna | 20 | 3,4 | 31 | 32 |
| 20401 | chodba | 19 | 9,9 | −165 | −89 |
| 20402 | ob+kk | 20 | 34,2 | 372 | 370 |
| 20403 | ložnice | 20 | 11,4 | 244 | 260 |
| 20404 | ložnice | 20 | 13,9 | 272 | 263 |
| 20405 | koupelna | 24 | 4,2 | 198 | 190 |
| 20406 | wc | 20 | 1,1 | −40 | −28 |
| 20407 | šatna | 20 | 3,4 | 10 | 84 |
| 20501 | chodba | 19 | 11,6 | −155 | −58 |
| 20502 | ob+kk | 20 | 34,2 | 366 | 366 |
| 20503 | ložnice | 20 | 11,4 | 251 | 260 |
| 20504 | ložnice | 20 | 12 | 143 | 147 |
| 20505 | ložnice | 20 | 19,9 | 276 | 515 |
| 20506 | koupelna | 24 | 4,2 | 222 | 191 |
| 20507 | wc | 20 | 1,1 | −40 | −28 |
| 20508 | šatna | 20 | 3,2 | 10 | 85 |
| 30000 | chodba | 15 | 20,2 | −183 | −227 |
| 30102 | ob+kk | 20 | 30,3 | 582 | 436 |
| 30101 | chodba | 19 | 6,4 | −35 | −52 |
| 30103 | ložnice | 20 | 14,2 | 310 | 298 |
| 30104 | koupelna | 24 | 4,2 | 144 | 138 |
| 30105 | šatna | 20 | 2 | 21 | 13 |
| 30201 | chodba | 19 | 7 | −98 | −114 |
| 30202 | ob+kk | 20 | 30,3 | 583 | 436 |
| 30203 | ložnice | 20 | 13,6 | 310 | 254 |
| 30204 | koupelna | 24 | 4,2 | 144 | 138 |
| 30205 | šatna | 20 | 2 | 21 | 13 |
| 30301 | chodba | 19 | 4,3 | −28 | −47 |
| 30302 | ob+kk | 20 | 26,1 | 357 | 262 |
| 30303 | koupelna | 24 | 4,2 | 223 | 172 |
| 30304 | šatna | 20 | 3,2 | 33 | 19 |
| 30401 | chodba | 19 | 10 | −57 | −61 |
| 30402 | ob+kk | 20 | 33,1 | 524 | 385 |
| 30403 | ložnice | 20 | 10,7 | 305 | 256 |
| 30404 | ložnice | 20 | 13,2 | 275 | 258 |
| 30405 | koupelna | 24 | 4,2 | 131 | 151 |
| 30406 | wc | 20 | 1,1 | −10 | −26 |
| 30407 | šatna | 20 | 3,3 | 57 | 43 |
| 30501 | chodba | 19 | 11,6 | −45 | −90 |
| 30502 | ob+kk | 20 | 33,1 | 520 | 385 |
| 30503 | ložnice | 20 | 10,7 | 302 | 256 |
| 30504 | ložnice | 20 | 11,5 | 192 | 144 |
| 30505 | ložnice | 20 | 17,1 | 399 | 391 |
| 30506 | koupelna | 24 | 4,2 | 131 | 151 |
| 30507 | wc | 20 | 1,1 | −10 | −26 |
| 30508 | šatna | 20 | 3,2 | 57 | 43 |
| CELKEM [W] | 12 776 | 12 983 | |||
| ROZDÍL [W] | 207 | 2 % | |||
Z tabulky je patrné, že tepelné ztráty z obou výpočetních variant nejsou stejné. V některých místnostech je tepelná ztráta prostupem vypočtená v BIM vyšší a jinde naopak. Výsledný rozdíl tepelných ztrát prostupem je ale přibližně 2 %. Proto stojí za zvážení, zda v případě, kdy projektant vytápění dostane vytvořený stavební BIM model s informacemi o konstrukcích, nechá si programem ručně vypočítat tepelné ztráty, nebo si tepelné ztráty vypočítá v jiném výpočetním nástroji. Nevýhodou integrovaných výpočetních nástrojů v BIM softwarech je, že projektant neví, jak se program chová, a výsledky mohou být nepravdivé.
Závěr
Na základě porovnání výpočtu tepelných ztrát provedených ručním výpočtem a v BIM nástroji lze říci, že rozdíl není tak velký, aby výsledky nemohly být použity pro návrh vytápění v objektu, nebo alespoň pro zjištění tepelné ztráty již v počátcích projektu. Závěrem lze tedy říci, že technologie BIM je přínosná především při koordinací všech profesí, ale pro samotné počítání a dimenzování je prozatím ještě lepší využívat jiné nástroje.
Poděkování
Tento příspěvek vzniknul za podpory grantu SGS19/098/OHK1/2T/11 Fakulty stavební ČVUT v Praze.
Seznam značení
| ti | návrhová teplota v místnosti | [°C] |
| Ai | plocha místnosti | [m2] |
| QTm | tepelná ztráta místnosti prostupem tepla | [W] |
| U | součinitel prostupu tepla konstrukcí | [W/m2.K] |
Literatura
- Kubrichtová, K., Kabele, K.: ČKAIT – Dotazníkový průzkum: Zavedení BIM v TZB. 2018. Nepublikováno.
- ČSN EN 12831-1 Energetická náročnost budov – Výpočet tepelného výkonu – Část 1: Tepelný výkon pro vytápění, Modul M3-3. 2018.
The article deals with BIM technology in co-operation with design of HVAC. The theme is divided into two related parts. The first part describes the complex issues related to BIM technology and its implementation in TZB practice. In the second part there is a practical way of comparing the calculation of heat losses according to CSN EN and using the BIM tool.