Energiesimulatie in het ontwerpproces met bouwinformatiemodellering

Energiesimulatie in het ontwerpproces met bouwinformatiemodellering Innovaties in de bouw. Deelonderzoek IV Wiechert Eschbach

Innovaties in de bouw Een succesvol ontwerpen realisatieproces kan niet zonder een scherp gedefinieerd doel, dat aansluit bij de wensen van de eindgebruiker. Want het maakt veel uit of het gaat om een constructief innovatief gebouw, een gebouw met optimale energieprestatie of minimale onderhoudslasten. Met een gedeelde missie maakt bouwinformatiemodellering werkelijke innovatie in de bouw mogelijk. Technologische ontwikkelingen maken een nieuwe manier van ontwerpen en realiseren van gebouwen mogelijk. Om innovatieve of energiezuinige gebouwen te realiseren die voldoen aan de wensen van gebruikers, is een optimale informatieuitwisseling nodig. De toepassing van bouwinformatiemodellering is onvermijdelijk. De nieuwe generatie studenten bouwkunde wordt hiervoor opgeleid om bij te dragen aan een praktijk die volwaardig ontwerpt en realiseert met Bouw Informatie Model (BIM). Voor een goed ontwerpen realisatieproces zijn maatwerkafspraken nodig over de te gebruiken softwarepakketten, het modelleren en de gegevensuitwisseling. De verantwoordelijkheid voor BIMdatamanagement moet helder belegd zijn in het bouwteam of andere samenwerkingsvormen. Het energieconcept en het installatieontwerp moeten in een vroege fase van het ontwerp worden bepaald. Vroege interactie met leveranciers van componenten maakt de toepassing van innovaties mogelijk en vermindert fouten.

Energiesimulatie in het ontwerpproces Colofon Auteur: Wiechert Eschbach Onderzoekers: Machiel Huisman, René van Ling Studentonderzoekers: Arjan de Vries, Matthijs Siertsema Josha van Reij, Thomas Jongeling Partners:

Bouwbedrijf Broekman, Smelt Architecten, Veccins3D, Witteveen+Bos, Zehnder Vormgeving: Lieke Koot Projectassistentie: Annet van Woerdekom Supervisie: Willem Buunk Uitgave: Lectoraat Area Development, Windesheim Februari 2016

|ENERGIESIMULATIES |

Inhoudsopgave Voorwoord.............................................................................................................................................................. 3 Lijst van begrippen en afkortingen ...................................................................................................................... 4 1

2

3

4

Inleiding........................................................................................................................................................... 6 1.1

Aanleiding....................................................................................................................................................6

1.2

Onderzoek in het kader van ‘Innovaties in de bouw’ ...................................................................................6

1.3

Deelonderzoek IV energiesimulaties in het bouwinformatiemodel ..............................................................8

1.4

Leeswijzer ...................................................................................................................................................8

Deelonderzoek energiesimulaties ................................................................................................................. 9 2.1

Projectkader ................................................................................................................................................9

2.2

Onderzoeksvraag ........................................................................................................................................9

2.3

Onderzoeksmethoden ............................................................................................................................... 10

2.4

Gebruikte modellen ................................................................................................................................... 11

2.5

Gebruikte software .................................................................................................................................... 12

Theoretische verdieping .............................................................................................................................. 13 3.1

bouwinformatiemodel ................................................................................................................................ 13

3.2

Protocollen ................................................................................................................................................ 16

3.3

Energiesimulaties ...................................................................................................................................... 17

Gegevensuitwisseling voor energiesimulaties .......................................................................................... 20 4.1

Conversie van gegevens van IFC format naar IDF format ........................................................................ 20

4.2

Ontwerpexperiment gegevenswijziging bouwinformatiemodel .................................................................. 22

4.3

Analyse van processtappen ...................................................................................................................... 24

4.4

Analyse van fasering ontwerpprocessen en rollen van disciplines ............................................................ 25

5

Conclusies .................................................................................................................................................... 30

6

Aanbevelingen .............................................................................................................................................. 32 6.1

Analysetool ................................................................................................................................................ 32

6.2

Aanpassing werkmethodiek installatie-adviseur ........................................................................................ 32

7

Literatuurlijst ................................................................................................................................................ 33

8

Bijlagen ......................................................................................................................................................... 34


| ENERGIESIMULATIES |

Voorwoord Voor u ligt de rapportage van het onderzoek naar informatieoverdracht via bouwinformatiemodellen ten behoeve van het maken van energiesimulaties van gebouwen. Het onderzoek is gericht op zowel het overdragen van gegevens als op rollen en interacties binnen dit proces. Het onderzoek is uitgevoerd door twee onderzoekers, ondersteund door studenten en partners, die de gebouwinformatiemodellen hebben gemaakt. Ik wil de betrokken onderzoekers, partners en studenten hartelijk bedanken voor hun inzet en goede feedback. Ik hoop dat de lezer veel lering kan trekken uit de resultaten van dit onderzoek. Wiechert Eschbach

3


Lijst van begrippen en afkortingen Dit praktijkgerichte onderzoek sluit zo nauw mogelijk aan bij gangbare begrippen en definities, in het bijzonder bij de RVB BIM-norm. Gaandeweg de ontwerpexperimenten werd duidelijk dat aanpassing en aanscherping van begrippen nodig is om de uitwisseling van informatie over een gebouw gedurende het ontwerpproces goed te kunnen benoemen. De volgende begrippen worden gehanteerd. Aspectmodel:

een 3D Informatiebronmodel dat een afzonderlijk aspect van het bouwwerk beschrijft, zoals gemodelleerd door een discipline.

BIG BIM:

volwaardige ontwerpen realisatieprocessen gebaseerd op de uitwisseling BIMinformatie in een bouwinformatiemodel gerelateerd aan BIM-objecten. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de OPEN BIM-standaarden van Building SMART.

BIM

bouwinformatiemodel, soms ook als bouwwerkinformatiemodel omschreven

BIM-extracten:

de bouwwerkinformatieproducten die uit het BIM afgeleid of geëxporteerd worden.

BIM-object:

iedere entiteit in het BIM die informatie van het bouwwerk bevat of beschrijft, al dan niet met een geometrische representatie.

BIM-object-ID: Bouwlaag:

vrij te kiezen, doch unieke identificatiecode van een BIM-object de groepering van alle bouwwerkelementen die bij een te onderscheiden verdieping van het bouwwerk behoren.

Bouwinformatiemodel:

het integrale 3D Informatiebronmodel van het bouwwerk zoals dit met BIM-objecten opgezet wordt in en BIM-modelleerapplicatie. Het BIM kan uit meerdere afzonderlijke modellen bestaan, onder meer omwille van uitsplitsing op basis van de verschillende disciplines. Het BIM omvat alle relevante bouwwerkinformatie die benodigd is om de vereiste BIM-extracten te produceren.

Bouwwerk:

het geheel aan bouwwerkelementen.

Bouwwerkelement:

een ruimtelijk of materieelonderdeel van het bouwwerk. Dit zijn onder meer de ruimtelijke, bouwkundige, constructieve, installatietechnische en werktuigbouwkundige elementen of componenten, alsook inventaris-, uitrustings- en inrichtingselementen.

Bouwwerkinformatieproducten:

de (combinaties van) bestanden en documenten die het bouwwerk beschrijven, bijvoorbeeld 3D-modellen, 2D-tekeningen en producten die gebruik maken van bouwwerkgegevens, zoals uit-trekstaten, meetstaten, berekeningen etc.

Component:

eenduidige gebouw- of installatiedeel, zoals kozijnen, wanden, vloeren, een ventilatorbox, etc.

Data:

gegevens die in een bepaalde context of bewerking hun betekenis hebben voor het 3D Informatiebronmodel:

De verzameling integrale BIM-objecten beschreven in een

BIM-modelleerapplicatie. Het 3D Informatiebronmodel omvat alle relevante bouwwerkinformatie die benodigd is om de vereiste BIM-extracten te produceren. Disciplinemodel: 3D Informatiebronmodel

een (combinatie van) 3D Informatiebronmodel(len) waar een discipline mee werkt. De verzameling integrale BIM-objecten beschreven in een BIM-modelleerapplicatie. Het 3D Informatiebronmodel omvat alle relevante bouwwerkinformatie die benodigd is om de vereiste BIM-extracten te produceren.

3D-model:

een digitaal bestand, deel uitmakend van de bouwwerkinformatieproducten dat een bouwwerk beschrijft.

3D-rekenmodel:

draadmodel geschikt voor het berekenen van de constructie van een gebouw.

EPG:

EnergiePrestatie Gebouw

Gesloten BIM:

uitwisseling van BIM-extracten op basis van een, voor de applicaties exclusief dataformaat.

4

|ENERGIESIMULATIES | HDC:

Hoofd Draag Constructie

IFC:

Industry Foundation Classes. Een neutraal dataformaat voor het beschrijven, uitwisselen en delen van informatie voornamelijk gebruikt in bouw en facilitymanagement. IFC is de internationale standaard voor OpenBIM en geregistreerd door de International Standardization Organisation ISO onder nummer ISO 16739:2013.

IFC-model:

3D-BIM-extract als het totaal van IFC-objecten in een IFC-bestand dat voldoet aan de in de Rgd BIM Norm gestelde specificatie. Het IFC-model kan bestaan uit meerdere onderling gecoördineerde deel of aspectmodellen.

IFC-object:

de entiteit uit het IFC-model die ontstaat door de extractie (i.c. export) van het overeenkomstig BIM-object uit het BIM volgens de gestelde IFC specificaties.

IFC-object-ID:

vrij te kiezen, doch unieke identificatiecode van het IFC-object, met IFC-object-ID = BIM-object-ID.

Informatie:

data waaraan in de context van een referentiekader of bewerking betekenis is gegeven voor het ontwerp van een gebouw.

Information Take Off:

het onttrekken van informatie aan een 3D Informatiebronmodel of van een van haar extracten.

Laag of Layer:

categorie op basis waarvan BIMobjecten naar hun functie, constructiemethode en materiaal worden ingedeeld. Een BIM-object “staat” op een bepaalde layer of laag.

LOD:

Level of Detail. Het relatieve detailniveau van een BIM-object, uitgedrukt in een honderdtal van 100 (minst gedetailleerd) tot en met 600 (meest gedetailleerd).

Modelleur:

maker van het bouwinformatiemodel. Dit kan zowel een bouwkundige als een specialistische modelleur zijn. De modelleur moet de kennis en vaardigheden hebben om componenten van de gevraagde informatie te voorzien.

NEN:

Nederlandse Norm vastgesteld door het Nederlands Normalisatie Instituut

Open BIM:

uitwisseling van BIM-extracten op basis van de standaarden van Building SMART.

RVB:

Rijks Vastgoed Bedrijf

SDC:

Secundaire draagconstructie

TCO:

Total Cost of Ownership

5


1 Inleiding 1.1 Aanleiding In het kader van het onderzoek “Innovaties in de bouw” wordt een vijftal deelonderzoeken uitgevoerd gericht op het ontwerpen, realiseren en het gebruik en beheer van gebouwen met bouwinformatiemodellen. Het voorliggende rapport behandelt het deelonderzoek “energiesimulaties”, uitgevoerd door onderzoekers van het lectoraat Area Development, studenten van Hogeschool Windesheim en medewerkers van de betrokken partnerbedrijven. Om de opwarming van de aarde en de uitstoot van broeikasgassen tegen te gaan zijn er in het verdrag van Kyoto, de EPBD en het Lente-akkoord afspraken gemaakt om het energiegebruik van de gebouwde omgeving terug te dringen. Om dit te bereiken wordt door de Nederlandse Overheid de regelgeving op het gebied van energiegebruik continu aangescherpt. Hierdoor worden opdrachtgevers genoodzaakt te investeren in energiezuinige technieken en energie uit hernieuwbare bronnen (Huisman & Van Ling, 2014). Het maken van een energiesimulatie is een middel om te onderzoeken hoe de energiehuishouding van een gebouwontwerp, inclusief installaties, zal zijn. Een energiesimulatie koppelt de gebouwen installatiegegevens aan een klimaatjaar. Met behulp van een dynamische berekening wordt het jaarlijkse energieverbruik bij een gegeven gedrag vastgesteld. Deze berekening kan worden gemaakt als ontwerpberekening of als resultaatberekening. Om het energiegebruik van een gebouw te kunnen berekenen, moet veel informatie over de omvang en constructie van het gebouw, het materiaalgebruik van het gebouw en de installaties beschikbaar zijn. Daarmee lijkt de energiesimulatie op de energieprestatie van een gebouw. De energieprestatieberekening is echter een wettelijk toetsinstrument en niet geschikt om een energieverbruik mee te berekenen. De berekeningsmethodiek van de energieprestatie is gebaseerd op Nederlandse normen en kent ook door de overheid opgelegde waarden voor sommige parameters. De energiesimulatieberekening gaat uit van een meer realistische, fysisch meer correcte benadering van energiestromen in gebouwen. In deelstudie één is onderzoek gedaan naar de gegevensuitwisseling vanuit een bouwinformatiemodel naar een energieprestatieberekening. Het blijkt dat de energieprestatieberekening niet eenvoudig vanuit een bouwinformatiemodel is te voeden met de juiste informatie. Er is voor een aantal gegevens bouwfysische kennis nodig om deze in een bouwinformatiemodel te plaatsen. Voor het onderzoek naar energiesimulaties is daarom gezocht naar een correcte informatieoverdracht van bouwkundige en installatietechnische gegevens vanuit de bouwkundige en installatietechnische bouwinformatiemodellen.

1.2 Onderzoek in het kader van ‘Innovaties in de bouw’ Het onderzoek naar energiesimulaties met behulp van een bouwinformatiemodel maakt onderdeel uit van het TFF project ‘Innovaties in de bouw’ en wordt uitgevoerd door het lectoraat Area Development van Windesheim. Het project ‘Innovaties in de bouw’ is een tweejarig onderzoek naar de vernieuwingsmogelijkheden van een bouwinformatiemodel (vaak afgekort tot ‘BIM’) voor het ontwerpen, realiseren en beheren van gebouwen. Een bouwinformatiemodel maakt een betere informatie overdracht mogelijk vanuit een met informatie verrijkt 3D-gebouwmodel (het bouwinformatiemodel) naar allerlei softwarepakketten. Daarmee kunnen in het proces van ontwerpen en realiseren van gebouwen fouten vermeden worden en kunnen nieuwe technieken beter op hun toepassing beproefd worden. In een bouwinformatiemodel kan in de ontwerpfase ook informatie worden toegevoegd die van belang is voor de fase van gebruik en beheer van een gebouw en waarmee het ontwerp kan worden geoptimaliseerd. In het project staan de voordelen van een manier van ontwerpen met een bouwinformatiemodel centraal in vergelijking met de traditionele manier van ontwerpen centraal. Het onderzoek is gericht op deze andere werkwijze, waarbij het gaat om fasering, taken en rollen en om informatie-uitwisseling.

6

|ENERGIESIMULATIES | De hoofdonderzoeksvraag van het project luidt: Wat is een efficiënt ontwerpen realisatieproces dat de meerwaarde van een bouwinformatiemodel effectief benut? Het onderzoek is ingericht aan de hand van vijf thema’s die zijn ontleend aan de uitdaging die de betrokken partners in de dagelijkse praktijk ervaren. De thema’s zijn: 1.

Constructie

2.

Bouwcomponenten

3.

EPG en Energieconcepten.

4.

Energiesimulaties

5.

Beheer en onderhoud

Per casestudy worden een aantal experimentsessies georganiseerd waarbij telkens drie aspecten worden onderzocht. Deze aspecten zijn de informatie in het bouwinformatiemodel, de rollen en interacties van partijen in het proces, en de fasering van het proces van ontwerp en realisatie van gebouwen. Het onderzoek levert inzichten op voor een effectief gebruik van bouwwerkinformatie-modellen waarmee innovaties in de bouw kunnen worden gerealiseerd. Deze inzichten worden waar mogelijk vastgelegd in nieuwe protocollen die een meerwaarde opleveren voor de betrokken partners en die ook voor algemeen gebruik in de praktijk toepasbaar zijn. Onderzoeksvraag 1:

Wat is een optimale informatie uitwisseling in een ontwerp, realisatie of beheerproces met een bouwinformatiemodel?

Voor de optimalisatie van het uitwisselen van informatie, is onderzoek noodzakelijk naar de informatiebehoefte van de betrokken partners. Er wordt onderzocht hoe deze informatie kan worden uitgewisseld met een bouwinformatiemodel. Het effectief inzetten van het bouwinformatiemodel zal afhankelijk zijn van de mogelijkheden die dit geeft voor uitwisseling, de gebruikte software en het doel waarmee het bouwinformatiemodel is vervaardigd. De informatiebehoefte van de betrokken partijen is afhankelijk van het door de partij beoogde doel. Dit doel kan liggen in het toevoegen of verfijnen van data of het analyseren van het model op zijn specificaties. De tools die partners gebruiken om hun doel te verwezenlijken stellen eisen aan de soort en de vorm van de data in het ontwerp, realisatie en beheerproces. Onderzoeksvraag 2:

Welke rollen en interacties veranderen in een ontwerp-, realisatie- of beheerproces waarbij het primaire proces wordt ondersteund vanuit een bouwinformatiemodel?

Door de toepassing van een bouwinformatiemodel kan informatie eerder, eenvoudiger en doelmatiger worden gedeeld met de betrokken partijen. Hierdoor ontstaan zinvolle mogelijkheden tot interactie die in een traditioneel proces later in het proces plaatsvinden of een minder betrouwbare sturing konden geven op te nemen ontwerpbeslissingen. Door te onderzoeken welke informatie beschikbaar is in het bouwinformatiemodel, welke informatie optimaal beschikbaar zou moeten zijn voor zinvolle interactie ten behoeve van gegevensanalyse, berekeningen en of simulaties kunnen er nieuwe protocollen ontwikkeld worden. De innovatie komt dan tot stand als het bouwinformatiemodel effectief ingezet kan worden waardoor processen doelmatiger worden doorlopen en er daarmee kwalitatief betere en goedkopere producten kunnen worden gerealiseerd. Onderzoeksvraag 3:

Wat is de fasering van een vernieuwend ontwerp-, realisatie- of beheerproces met een bouwinformatiemodel?

Het ontwerpproces met een bouwinformatiemodel kent een ander tijdspad dan het traditionele ontwerpproces van gebouwen en bouwwerken. Onderzocht wordt met name de mogelijkheden voor sneller schakelen tussen processtappen, waardoor de spelregels rond de toegankelijkheid van informatie, beslistijden, regiemomenten, beslismomenten kunnen veranderen.

7


1.3 Deelonderzoek IV energiesimulaties in het bouwinformatiemodel Dit deelonderzoek energiesimulaties heeft als oogmerk om te onderzoeken wat de meerwaarde is van een bouwinformatiemodel voor het extraheren van de informatie ten behoeve van het maken van een energiesimulatieberekening. Met behulp van energiesimulaties kan in de ontwerpfase van een gebouw het energiegebruik in de exploitatie voorspeld worden. Dit inzicht kan worden gebruikt om het gebouwontwerp te optimaliseren. Voor het uitvoeren van een energiesimulatie is informatie-uitwisseling nodig tussen het bouwinformatiemodel en een softwarepakket waarmee een energiesimulatie kan worden uitgevoerd. De mogelijkheden voor deze informatie-uitwisseling moet getest worden. Daarna kan worden getest welke informatie moet worden toegevoegd aan het bouwinformatiemodel om energiesimulatie beter mogelijk te maken en het ontwerp te verbeteren. Het deelonderzoek is in twee gedeelten uitgevoerd om deze twee stappen te verkennen. De resultaten van beide delen van het onderzoek zijn in dit rapport gepresenteerd.

1.4 Leeswijzer In dit rapport wordt verslag gedaan van het casusonderzoek naar de uitwisseling van data vanuit een bouwinformatiemodel naar EnergyPlus, een softwarepakket om energiesimulaties uit te voeren. In hoofdstuk 2 wordt het onderzoek beschreven, de keuzes die gemaakt zijn in de afbakening van het onderzoek, inclusief onderzoeksmethoden en gebruikte modellen en software. De uitvoering van het onderzoek is in hoofdstuk 3 beschreven. De resultaten zijn in hoofdstuk 4 beschreven, terwijl de conclusies in hoofdstuk 5 zijn verwoord. In hoofdstuk 6 zijn twee aanbevelingen gedaan.

8


2 Deelonderzoek energiesimulaties 2.1 Projectkader Een energiesimulatie wordt gebruikt om de energiebehoefte van gebouwen vast te stellen. Dit gebeurt door middel van een simulatie. De ruimten in een gebouw worden virtueel voorzien van klimaatparameters. Samen met de gebouweigenschappen kan op basis van de klimaatgegevens op de projectlocatie en het gewenste binnenklimaat een voorspelling van de energiebehoefte worden gedaan. Dit instrument kan zowel in de ontwerpfase worden gebruikt om het gebouwontwerp en het installatieontwerp te verbeteren als in de definitieve ontwerpfase om het energiegebruik te voorspellen. Het gebruik van energiesimulaties als instrument in de ontwerpfase van een gebouw is relatief bewerkelijk, maar zou vergemakkelijkt kunnen worden als in het ontwerpproces gebruik wordt gemaakt van bouwinformatiemodellering. Als alle benodigde informatie beschikbaar zou zijn in het bouwinformatiemodel, dan zou in een vroege fase een energiesimulatie kunnen worden gemaakt om de energieprestatie van het gebouwontwerp verder te optimaliseren. In dit onderzoek wordt nagegaan in hoeverre het mogelijk is om met deze ambitie energiesimulaties uit te voeren met EnergyPlus met informatie uit het bouwinformatiemodel. De informatie-uitwisseling zou mogelijk moeten zijn als gebruik wordt gemaakt van een open uitwisselingsstandaard. De doelen van het onderzoek zijn: 1.

Bepalen welke gegevens benodigd zijn voor een energiesimulatie;

2.

Het op de juiste wijze vast te leggen van benodigde gegevens in een IFC model;

3.

Uitwisseling van gegevens tussen een IFC model en EnergyPlus te realiseren.

Energiesimulaties worden door bouwfysici gemaakt door handmatig gegevens uit tekeningen te verkrijgen en deze als input voor een berekening in te voeren. Om gegevens uit een bouwinformatiemodel te verkrijgen moet eerst worden omschreven welke gegevens in het model aanwezig zouden moeten zijn. Het is niet eenduidig vastgelegd welke gegevens uit een bouwinformatiemodel benodigd zijn voor een energiesimulatie. Ook is niet vastgelegd op welke wijze deze gegevens van een BIM naar een IFC geëxporteerd kunnen worden zodanig dat dit bruikbaar is voor een energiesimulatie. Het onderzoek moet daarnaast duidelijk maken welke discipline welke informatie op welk moment moet aanleveren om een optimaal proces mogelijk te maken.

2.2 Onderzoeksvraag De onderzoeksvraag voor de case ‘Energiesimulatie’ is als volgt geformuleerd: ‘Welke bouwkundige en installatietechnische gegevens en welke overige gegevens (passieve zonne-energie, gebruikersgedrag) kunnen in een gebouwinformatiemodel worden vastgelegd ten behoeve van het maken van een energiesimulatie?’ Om deze vraag te kunnen beantwoorden zijn er vijf deelvragen geformuleerd: 1.

Welke voor een energiesimulatie bruikbare gegevens zijn in een geometrisch bouwkundig gebouwinformatiemodel aanwezig?

2.

Welke voor een energiesimulatie bruikbare gegevens zijn in een installatietechnisch gebouwinformatiemodel aanwezig?

3.

Welke voor een energiesimulatie bruikbare informatie kan door een bouwkundige respectievelijk een installatietechnische modelleur worden toegevoegd?

4.

In welke fase van het ontwerpproces kan de voor een energiesimulatie bruikbare informatie in de gebouwinformatiemodellen worden aangebracht.

5.

Welke rollen zijn betrokken bij de gegevensoverdracht?

9

|ENERGIESIMULATIES | De gegevensoverdracht tussen een gebouwontwerp en een energiesimulatie vergt een aantal stappen (zie figuur 1), waarbij verschillende conversies van informatie moeten worden uitgevoerd. Een bouwwerkmodel moet vanuit het bouwkundig en uit het installatietechnisch ontwerp worden opgezet. Vervolgens worden de benodigde gegevens in een IFCformaat geëxporteerd. Het energiesimulatieprogramma heeft een input in IDF formaat nodig. Er zijn daarmee twee vragen te beantwoorden, namelijk de vraag of omzetten van gegevens in IDFformaat mogelijk is en als dat mogelijk is, welke gegevens dan in een bouwinformatiemodel moeten worden aangebracht. FIGUUR 1 ONDERZOEK IS 2 FASEN

Het onderzoek is als gevolg van deze vragen in twee delen gesplitst. De eerste fase van het energiesimulatieonderzoek is gericht op de overdracht van een uit het modelleerpakket geëxporteerd model met voor de simulatie benodigde gegevens (in IFC-formaat) naar de simulatiesoftware via de conversie naar het IDFformaat. De tweede fase richt zich meer op het aanbrengen van gegevens in een bouwinformatiemodel en de export naar IFC-formaat. In hoofdstuk 3 word het onderscheid naar vormen van informatie in een bouwinformatiemodel verder uitgewerkt en gedefinieerd. Dit hoofdstuk vervolgt met de praktische opzet van het onderzoek.

2.3 Onderzoeksmethoden Het onderzoek is een ontwerpexperiment waarmee inzicht wordt verkregen in de mogelijkheden van het uitvoeren van een energiesimulatie in een ontwerpproces van een gebouw, waarin gebruik wordt gemaakt van een bouwinformatiemodel. Dit ontwerpexperiment omvat eigenlijk een aantal bewerkings- en ontwerpexperimenten. Daarin draait het om de mogelijkheden om informatie te onttrekken aan een bouwinformatiemodel en uit te wisselen met de software die nodig is voor energiesimulaties. Daarnaast word geëxperimenteerd met de bewerkingen die mogelijk zijn en nodig zijn met onderdelen van het bouwinformatiemodel. Voorafgaand aan de bewerkings- en ontwerpexperimenten is verkenning van mogelijkheden en casusmateriaal nodig geweest. In het onderzoek is gebruik gemaakt van de volgende methoden: •

Deskresearch;

•

Modelbewerkingen en experimentsessies.

In de deskresearch is onderzocht welke bestaande mogelijkheden er zijn om van een bouwinformatiemodel een model voor een energiesimulatie te maken. In de casus is er een bouwkundig model gemaakt met een bijbehorend installatietechnisch model. Deze modellen zijn getest op bruikbaarheid en vervolgens wekelijks aangepast naar aanleiding van de gegevensbehoefte en wekelijks getest. Hierbij is gebruik gemaakt van een iteratief proces, er is geprobeerd om de modellen in verschillende iteraties te optimaliseren. Het bouwkundig model is door stagiairs van het Lectoraat gemaakt aan de hand van de RvB BIMnorm 1.1, het installatietechnisch model is gemaakt door projectpartners die betrokken zijn bij het onderzoek. Van deze modellen is in verschillende iteraties gekeken welke gegevens gebruikt kunnen worden voor een energiesimulatie. Na een aantal iteraties is een inventarisatie gemaakt van gegevens, die in een bouwinformatiemodel aanwezig kunnen zijn. Vervolgens is in een tweetal experimenteersessies bezien of op basis van de lijst met mogelijke gegevens bouwinformatiemodellen van reële projecten kunnen worden opgezet waaruit de gegevens worden geëxtraheerd. In de eerste experimenteersessie is als test van de praktijkstudie uitgevoerd en zijn de knelpunten in het onderzoek besproken.

10

|ENERGIESIMULATIES | De resultaten zijn besproken met de verschillende projectpartners vanuit verschillende disciplines. Op basis van de resultaten zijn keuzes gemaakt voor de tweede experimenteersessie. Op de tweede experimentteersessie is gekeken of er van een DO van een kantoorgebouw een model gemaakt kan worden dat de gegevens bevat voor een energiesimulatie. Dit houdt in dat er bouwkundig gezien energiezones aan het model toegevoegd worden. Voor de installaties is het model op de experimentdag opgebouwd.

2.4 Gebruikte modellen In het onderzoek is gebruik gemaakt van drie verschillende bouwinformatiemodellen, die beschikbaar zijn gesteld door partners die bij het onderzoek betrokken zijn geweest of zijn ontwikkeld op basis van de vraagspecificatie van de onderzoeksvraag. Oorspronkelijk zou alleen met een bouwinformatiemodel van de IBEXwoning worden gewerkt. Om een installatietechnisch model te verkrijgen is een voorbeeldmodel bij één van de partners opgevraagd. Als laatste is een eenvoudig kantoorgebouw gemaakt en gebruikt bij het tweede ontwerpexperiment. Voor dit model is gekozen nadat bleek dat schuine kappen niet goed werden overgedragen vanuit een IFC-model naar een IDF-model. Ook een export van afgeschuinde wanden vanuit het modelleerpakket ArchiCad naar IFC verlopen niet altijd goed. Van deze modellen is zowel een bouwkundig als een installatietechnisch model gemaakt. Er is in het onderzoek gekozen voor verschillende modellen omdat dit beter aansloot op de gegevensbehoefte in het onderzoek. Alle drie de modellen zijn opgeslagen in IFC 2x3 formaat. De volgende drie modellen zijn gebruikt: •

Model van een rechthoekig gebouw;

•

Model op basis van de IBEX-woning;

•

Voorbeeldmodel voor het installatieontwerp van een eengezinswoning;

•

Model van een Kantoorgebouw.

Het model van de IBEXwoning is gemaakt door een van de projectpartners. Het model bestaat uit een twee-onder-één kapwoning. Dit model is een aantal keren aangepast naar aanleiding van de gegevensbehoefte voor het onderzoek. Zowel het bouwkundig als het installatietechnisch model van de IBEXwoning is gemaakt in Revit. FIGUUR 2 INSTALLATIETECHNISCH MODEL

Het voorbeeldmodel is aangeleverd door een van de installatietechnische partners. Het is een installatietechnisch praktijkmodel van een rijtjeswoning. Dit model is gebruikt om te onderzoeken wat er in een praktijkmodel opgeslagen is en daarmee de mogelijkheden voor de installaties onderzoeken. Het model is gemaakt in DDS-CAD.

11

|ENERGIESIMULATIES | Voor het tweede ontwerpexperiment is een bouwkundig model gemaakt van een eenvoudig kantoorgebouw. Voor dit model is gekozen omdat het bouwkundig eenvoudiger is dan een woning, maar er meer gevarieerd kan worden met de keuze van installaties. Het model is gemaakt op basis van de RVB BIMnorm met behulp van het softwarepakket ArchiCad. De reden hiervoor is om ervaring op te doen met het toevoegen van informatie van een opdrachtgever en vervolgens te bezien of dit voordelen oplevert bij het maken van een energiesimulatie. In de bewerkings- en ontwerpexperimenten is geprobeerd om gezamenlijk een installatietechnisch model te maken voor de installaties van dit kantoorgebouw. Hierbij is er voornamelijk gekeken of de gevraagde informatie voor een energiesimulatie opgeslagen kan worden in IFC 2x3 vanuit DDS-CAD.

2.5 Gebruikte software Voor het onderzoek is gebruik gemaakt van de volgende software: •

ArchiCAD

•

DesignBuilder gebouwschematiseersoftware als input voor EnergyPlus

modelleerpakket voor gebouwen

•

EnergyPlus

rekensoftware voor energiesimulaties

•

Solibri

controle- en clashsoftware voor gebouwmodellen

•

Revit

modelleerpakket voor gebouwen en installaties

•

SBT

SpaceBoundaryTool: software om eigenschappen van ruimtebegrenzingen vast te stellen

•

DDSCAD

modelleerpakket voor installaties

12


3 Theoretische verdieping 3.1

bouwinformatiemodel

Een zijn vele definities voor bouwinformatiemodelling. In het onderzoek zal de definitie van de Bouwinformatieraad (BIR) worden aangehouden. De bouwinformatieraad zet zich in Nederland in voor de toepassing van Bouwinformatiemodellen door alle betrokken disciplines. “Een BIM (Bouwwerk Informatie Model) is een digitale beschrijving van een (bestaand of in de toekomst mogelijk bestaand) concreet aanwijsbaar bouwwerk in de bestaande omgeving, relevant voor de hele levenscyclus en toeleverketen van dat bouwwerk.” (Bron: www.bouwinformatieraad.nl) De definitie is volledig en geeft uitdrukking aan de innovatiekracht die BIM in zich heeft. In dit onderzoek wordt dezelfde definitie gevolgd, maar wordt nader onderscheid gemaakt naar de structuur van een bouwinformatiemodel. De BIR geeft aan dat “een BIM een digitale voorstelling van het bouwwerk is in al zijn fasen, op een manier die de fysieke werkelijkheid zeer dicht benadert. Deze gegevens van het bouwwerk zijn (min of meer) gelijktijdig door tal van disciplines te gebruiken voor bijvoorbeeld berekeningen, simulaties, aanpassingen en presentaties met behulp van specialistische programmatuur. Deze programmatuur moet gegevens kunnen uitwisselen met het BIM, maar is verder onafhankelijk van het BIM.” (Bron: www.bouwinformatieraad.nl) Een Bouwinformatiemodel is dus over een digitale beschrijving van een bouwwerk c.q. gebouw. Deze beschrijving komt tot stand in het ontwerpproces en moet de werkelijkheid van het gebouw dicht benaderen. Het ontwerp van een gebouw komt tot stand door een samenwerken van verschillende disciplines in het ontwerpproces, die allen vanuit hun specifieke kennis bijdragen aan het ontwerp, zoals de architect, de bouwkundige, et cetera (zie figuur 3). FIGUUR 3 BOUWWERK INFORMATIEMODEL, OPGEBOUWD UIT 3D INFORMATIEBRONMODELLEN

Ook het bouwinformatiemodel zal tot stand komen doordat verschillende disciplines vanuit hun vakkennis informatie toevoegen aan het model of een deel van het model leveren. Het opbouwen van een bouwinformatiemodel met verschillende specifieke deskundigheid wordt aangeduid met een integratief model, opgebouwd uit aan elkaar gerelateerde 3D Informatiebronmodellen. Deze relatie komt voort uit het feit dat bijvoorbeeld een installatietechnsich aspectmodel alleen kan worden gemaakt als het bouwkundig aspectmodel is gemaakt. De aspectmodellen worden geëxtraheerd of geëxporteerd uit een basismodel. Dit basismodel van een discipline wordt een 3D informatiebronmodel genoemd. Het 3D informatiebronmodel wordt vervaardigd in de discipline specifieke applicaties. Door het gebruik van verschillende discipline specifieke softwareapplicaties is het noodzakelijk om een uniform uitwisselformaat te hanteren. De aspectmodellen worden geëxporteerd naar een open standaard, het IFC formaat.

13


Open BIM Het uitgangspunt voor het onderzoek is om te werken volgens de principes van `open BIM`, zoals geformuleerd door buildingSMART. Open BIM staat voor het managen van informatie volgens een standaardprotocol waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende standaarden. Het standaard bestandsformaat vormt de basis voor de uitwisseling tussen verschillende gespecialiseerde softwareplatforms. De uitwisseling van data op basis van deze standaard maakt een verdere integratie binnen de bouwketen mogelijk wat noodzakelijk wordt geacht om te komen tot kwaliteitsverbetering en verbetering van de concurrentiepositie van de bouwsector. In het onderzoek zal gebruik worden gemaakt van de door buildingSMART erkende formaten, zoals IFC en BCF. Het standaard formaat voor het uitwisselen van Bouwinformatiemodellen heet het Industrial Foundation Classes of kortweg IFC. Dit formaat wordt door de meeste modelleer- en modelchecksoftware ondersteund. Ook andere applicaties beginnen dit formaat te ondersteunen. Naast IFC voor het uitwisselen van bouwinformatiemodellen wordt door buildingSMART ook het BCF (BIM Collaboration Format) als standaard erkend. Deze standaard wordt gebruikt voor het communiceren over modellen waarbij de communicatie wordt vastgelegd. De standaard is geschreven in Extensible Markup Language (XML). Een belangrijke keus bij het maken van een bouwinformatiemodel is het ontwerpdoel waarvoor deze wordt vervaardigd. Bij de ontwikkeling van een nieuw gebouw is bijvoorbeeld het maken van een onderhoudsmodel doorgaans geen direct doel. Een zo gunstig mogelijke energieprestatie is tegenwoordig vaak wel een ontwerpdoel, bijvoorbeeld in de vorm van een energieneutrale woning. De ontwerpen realisatiedoelstellingen bepalen op welke manier en met welke informatie een bouwinformatiemodel wordt opgebouwd. Het maken van een energiesimulatie dient om in de ontwerpfasen te komen tot maatregelen voor het realiseren van een energieneutrale woning.

Level Of Detail (LOD) en fasering Voor een efficiënt gebruik van bouwinformatiemodellen in het ontwerpproces zijn afspraken over de mate van detailniveau van informatie van belang. Doorgaans vindt het ontwerp en de ontwikkeling van een bouwproject plaats aan de hand van opeenvolgende fasen. De fasen worden afgesloten door fasedocumenten vast te stellen die het uitgangspunt vormen voor de nieuwe fase. Een veel gebruikte fasering is die uit de Standaard Taak Beschrijvingen(STB) behorend bij de ‘De Nieuwe Regeling 2011 (BNA-ONRI, 2009)’. De STB-DNR 2009 beschrijft de volgende fasering: 1.

01 Initiatief/haalbaarheid

2.

02 Projectdefinitie

3.

03 Structuurontwerp

4.

04 Voorontwerp

5.

05 Definitief ontwerp

6.

06 Technisch ontwerp

7.

07 Prijs en contractvorming

8.

08 Uitvoering – Uitvoeringsgereed ontwerp

9.

09 Uitvoering Directievoering

10. 10 Gebruik/exploitatie

Volgens deze fasering wordt door de betrokken disciplines informatie geleverd. De hoeveelheid en het detailniveau van de informatie neemt toe per fase. Door toepassing van een bouwinformatiemodel komt er meer en is er gedetailleerdere informatie beschikbaar die zonder toepassing van een bouwinformatiemodel pas in een latere fase bekend zou zijn (Spekkink, 2012).

14

|ENERGIESIMULATIES | Het detailniveau van een BIM-object, de onderdelen waaruit het BouwInformatieModel is opgebouwd en die de bouwdelen beschrijven wordt aangeduid met Level of Detail (LOD). Een andere benaming is Level of Development. Deze Amerikaanse methode onderscheid 5 detailniveaus bij de ontwikkeling van een bouwinformatiemodel. De LOD niveaus geven en globale richting van het detailniveau. De omschrijving is zo ruim dat deze specifieker omschreven moeten worden om als richtlijn te kunnen dienen voor het minimale informatieniveau. De LOD geeft hier ook de mogelijkheid toe. De LOD’s zijn in honderdtallen gecodeerd zodat nieuwe lagen toegevoegd kunnen worden. Het specificeren van de LOD’s als onderdeel van een protocol zal een van de uitkomsten van dit deelonderzoek moeten zijn, gericht op de informatie die nodig is voor het maken een energiesimulatie instrument voor het optimaliseren van het ontwerp voor wat betreft de energieprestatie van het gebouw. In tabel 1 is een vergelijking gemaakt van de fasen volgens de verschillende indelingen en de Levels of Development. TABEL 1 FASEN EN LEVELS OF DETAILS Fase Hoofdgroep volgens Jellema Initiatief Initiatiefase Definitiefase Ontwerpfase

Fase volgens Jellema Initiatief

Fasering volgens DNR 2011 Initiatief/haalbaarheid

Haalbaarheid Ontwerpfase

Voorbereidingsfase Uitwerking

Projectdefinitie

Projectdefinitie

Structuurontwerp

Structuurontwerp

LOD 100

Voorlopig Ontwerp

Voorontwerp

LOD 200

Definitief Ontwerp

Definitief Ontwerp

LOD 300

Bestek

Technisch Ontwerp

LOD 300

Prijsvorming Realisatiefase

Level of Detail

Realisatie

Werkvoorbereiding Uitvoering

Nazorgfase

LOD 300 Uitvoeringsgereed Ontwerp Directievoering

Oplevering

Gebruiksfase

LOD 400 LOD 500 LOD 500

Gebruik/exploitatie

LOD 500

In dit onderzoek wordt aangesloten bij de Rvb BIM norm. In februari 2013 kwam het Rijksvastgoedbedrijf (Rvb) met versie 2 van haar BIM norm (Rillaer, Burger, & Mitossi, 2011). Deze norm stelt eisen aan de opbouw van het bouwinformatiemodel en de daarvan afgeleide, te leveren extracten. In de norm wordt niet langer gesproken over LOD’s maar over geometrisch detailleringsniveau. Hierbij worden slechts twee niveaus onderscheiden: het definitief ontwerp niveau en het ‘as built’ niveau. Vanuit de positie als opdrachtgever en de achtergrond van de norm voor het uitvragen van projecten op basis van DBFMO- en DBM contracten en maincontracting voor onderhoud is dit een begrijpelijke keus. Ondanks deze keus is het voor de aanbieders die het project ontwikkelen van belang om de LOD’s verder te definiëren en daarbij een koppeling te maken naar fasedocumenten om het proces te kunnen beheersen. Een aanzet hiervoor is gemaakt in het onderzoek “IPC-BIM Protocol & detailniveau”. (Spekkink D. , 2012) Dit deelonderzoek zal antwoord moeten geven op de vraag aan welk detailniveau een aspectmodel moet voldoen om als input te kunnen dienen voor een energiesimulatie.

Uitwisselen van gegevens De bouwinformatiemodellen bevatten informatie, waar andere partijen in het ontwerpproces mee verder kunnen werken. Om de informatie efficiënt te kunnen uitwisselen is een universeel uitwisselingsformaat afgesproken, te weten het IFCformat. Het uitwisselingsformaat moet volgens een open standaard zijn om overdracht mogelijk te maken tussen verschillende softwarepakketten. Overheidsbedrijven, zoals het RijksVastgoedbedrijf en Rijkswaterstaat, stellen open standaarden als eis in hun projecten (Rvb BIMnorm, 2013, www.rijkswaterstaat.nl/zakelijk).

15

|ENERGIESIMULATIES | Uit bouwinformatiemodellen worden IFC-extracten gemaakt, die de juiste informatie bevatten voor de volgende partij in het proces. Een IFC-extract bevat daarom in principe minder informatie dan het bronmodel. In de praktijk blijken producten vaak nog te zijn gemaakt met behulp van op andere wijze verkregen informatie uit het bouwinformatiemodel, namelijk via Excel bladen of zelfs via handmatige uitlezing van gegevens. Met data via uitwisseling op IFC-format bleek in 2013 nog niet veel verdere bewerking plaats te vinden. IFC-modellen worden veelal gebruikt om een clashcontrole uit te voeren. In figuur 4 is aangegeven dat er vanuit het bouwinformatiemodel data in twee richtingen worden gebruikt: IFC-uitwisseling ten behoeve van clashcontrole (rechterstroom) en data-uitwisseling via ander formaat om producten, zoals een calculatie, te maken (linkerstroom). FIGUUR 4 DATA-STROMEN BIJ AANVANG VAN HET ONDERZOEK

3.2 Protocollen Een ontwerpen realisatieproces waarin gewerkt wordt met bouwinformatiemodellen worden steeds meer gereguleerd door middel van protocollen. Dat is nodig, omdat veel verschillende disciplines een bijdrage aan het ontwerp leveren en daarmee informatie toevoegen of verbinden met het bouwinformatiemodel. Deze protocollen beschrijven de processen en geven een kader waarbinnen afspraken moeten worden gemaakt. 1

Een belangrijk onderdeel voor de casus is de demarcatielijst. In deze lijst worden werkpakketten beschreven. In een tabel wordt een verband gelegd tussen de projectfasering, de Codering van de elementen, het LOD niveau en de discipline. De beschreven werkpakketten geven het LOD niveau aan waaraan het model moet voldoen. Zoals beschreven is de beschrijving van het LOD-niveau ruim en moet deze specifieker worden beschreven. Deze beschrijving zal in het protocol moeten worden opgenomen. Voor de casestudy zal gebruik worden gemaakt van het BIM protocol 2.0 (Spekkink i. D., 2014, 27 maart). Het protocol is zeer volledig en is het resultaat van doorlopende ontwikkeling. Na het eerste protocol 1.0 in het kader van “IPC voor architecten” is protocol 2.0 tot stand gekomen. Het is een open protocol dat de mogelijkheid geeft voor bewerking en verfijning. Het Rijksvastgoedbedrijf schrijft per 1 november 2011 de levering van een BIM (Bouwwerk Informatie Model) voor aan marktpartijen bij nieuwe DBFMO(Design, Built, Finance, Maintain & Operate)- en DBM(Develop Build and Maintain)contracten en maincontracting van onderhoud. Allen geïntegreerde contractvormen waarbij ook onderhoud en beheer aspecten onderdeel uitmaken van de overeenkomst.

1

De demarcatielijst uit BIM protocol 2.0 (Spekkink i. D., 2014, 27 maart) is toegevoegd in bijlage 6.

16

|ENERGIESIMULATIES | De Norm die wordt voorgeschreven stelt eisen aan de opbouw van het gebouwinformatiemodel en de daarvan afgeleide, te leveren extracten. De norm is bruikbaar bij zowel nieuwbouw als bestaande bouw. De Rvb BIM norm kan worden voorgeschreven tijdens de start van een ontwerptraject waardoor de outputspecificatie nauwlettend gemonitord kan worden, of als methodiek om de al bestaande gebouwenvoorraad in kaart te brengen. Het voordeel van de Rvb BIM norm is dat deze onder andere IFC als outputformaat vereist. IFC is een internationale standaard om BIM modellen te beheren die door alle met BIM werkende partijen kan worden gegenereerd of gebruikt. (Zeep & de BIM specialist, 2014). Voor het modelleren van een BouwInformatieModel dat aan de Rvb BIM norm moet voldoen is er een Rvb BIM norm Quick start guide ontwikkeld (Zeep & de BIM specialist, 2013). Deze is handleiding is bijgevoegd in bijlage 6. De uitgangspunten die deze handleiding hanteert om tot een kwalitatief goed gebouwinformatiemodel te komen zijn: 1.

Nulpunt coördineren

2.

Demarcatie aspectmodellen.

3.

Juiste objecten gebruiken

4.

Bouwlaagindeling

5.

NL-sfb codering

6.

IFC instellingen

7.

IfcObject: ifc space

8.

Bouwlaagoppervlak object

9.

Zones

10. Detailleringsniveau Onder kwaliteit wordt hier verstaan dat de informatie eenduidig, zonder verlies en uitwisselbaar is. Bij de casus zal de quick guide worden gebruikt om de gebouwinformatiemodellen te screenen.

3.3 Energiesimulaties In de afgelopen jaren zijn er diverse onderzoeken en ontwikkelingen geweest op het gebied van energiesimulaties en de uitwisseling met een bouwinformatiemodel. Belangrijke instituten hierbij zijn het Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory en de Stanford University. Veel van deze onderzoeken zijn te vinden op de site van GARD Analytics, www.gard.com, en de site van de Simulation Research Group, www.simulationresearch.lbl.gov. Door het aantal beschikbare onderzoeken is begonnen met een experiment om zo te bepalen wat de basis is voor de verdere onderzoeken en beantwoording van de onderzoeksvragen. Voor dit deelonderzoek naar het gebruik van energiesimulaties in het ontwerpproces is gezocht naar geschikte literatuur. Het meest relevante en actuele onderzoek voor deze casus op bouwkundig gebied is Transforming BIM to BEM: Generation of Building Geometry for the NASA Ames Sustainability Base BIM (Bazjanac, Vladimir 2013). In dit onderzoek is beschreven hoe de bouwkundige gegevens van een bouwinformatiemodel, in IFC 2x3 formaat, geschikt gemaakt kunnen worden voor een energiesimulatie met EnergyPlus. Op installatietechnisch gebied zijn geen actuele onderzoeken gevonden. De gedane onderzoeken hebben al een behoorlijke leeftijd. Daarnaast wordt in de onderzoeken gebruik gemaakt van software die niet meer in gebruik is of onderhouden wordt. De gebruikte standaarden zijn inmiddels al zo veel verder ontwikkeld dat deze onderzoeken niet meer relevant te noemen zijn.

17

|ENERGIESIMULATIES | Voor het uitvoeren van energiesimulaties is gekozen voor het gebruik van EnergyPlus. Deze simulatiemethode is getoetst volgens de ASHRAE Standard 140-2011 (American Society of Heating, Refrigerating and Airconditioning engineers) en goedgekeurd door het American National Standards Institute (ANSI). Dit document beschrijft de methode om software voor de evaluatie van energiesimulaties te testen. EnergyPlus is hiermee een gevalideerde simulatiemethode. Een reden om deze software te gebruiken is dat deze vrij beschikbaar is. Kosten zijn daarmee geen drempel om met deze tool ontwerpen te verbeteren. De grafische interface, die in dit project gebruikt is om met EnergyPlus simulaties te maken, is DesignBuilder. (EnergyPlus, 2014). Ontwerpexperimenten waar energiesimulaties in worden gebruikt voor het optimaliseren van het gebouwontwerp moeten rekening houden met een viertal belangrijke factoren: de beoogde locatie van het gebouw dat ontworpen wordt, de geometrische gegevens, de eigenschappen van de constructie waarvoor gekozen wordt en het installatieontwerp. Van deze factoren wordt aangegeven hoe er in het onderzoek mee omgegaan wordt. De eerstgenoemde factor waarmee rekening moet worden gehouden bij energiesimulaties is de locatie van het gebouw, vanwege de invloed van de klimatologische aspecten op het energiegebruik. Op verschillende locaties heerst immers een ander klimaat. In Nederland zijn er diverse weerstations die klimaatgegevens meten. Deze gegevens zijn beschikbaar in bestanden met .wea formaat, voor een energiesimulatie is een .epw bestand benodigd. Aangezien deze bestandsformaten onderling geconverteerd kunnen worden, is van deze weergegevens gebruik gemaakt in dit deelonderzoek. De tweede belangrijke factor om rekening mee te houden bij energiesimulaties is de geometrische gegevens. Vanuit een energiesimulatie gezien wordt een gebouwmodel opgebouwd uit energiezones, deze worden gescheiden door vloeren, wanden en daken. Deze energiezones hoeven niet overeen te komen met bouwkundige ruimten, verblijfsgebieden, en dergelijke. Ruimten binnen één energiezone hebben allen één type klimaatsysteem. De onderdelen installaties, verlichting en gebruikersgedrag sturen hun gegevens aan de hand van deze energiezones. Daarom hoeft de zone-indeling voor een energiesimulatie niet per se exact overeen te komen met de indeling in ruimten van een gebouw. Wanneer verschillende ruimten dezelfde eigenschappen hebben qua installaties, verlichting en gebruikersgedrag kunnen deze als een energiezone worden gezien. Naast de energiezones van het gebouwmodel kunnen ook constructies gemodelleerd worden ten behoeve van zonwering zoals overstekken. Zonwering behoort bij de raamopening. De derde factor van belang voor het toepassen van energiesimulaties in het ontwerpproces van een gebouw met een bouwinformatiemodel, is de manier waarop constructies in een energiesimulatie worden beschreven. Het gaat dan om de materiaaleigenschappen van de fysieke wanden, vloeren, daken en andere scheidingsconstructies. Zo wordt voor iedere scheidingsconstructie de laagopbouw gemodelleerd en per laag de volgende gegevens opgegeven: •

Laagdikte;

•

Thermische capaciteit;

•

Warmtedoorgangscoëfficiënt;

•

Soortelijk gewicht.

Bij raamopeningen wordt gelaagdheid van het glas en eigenschappen van het glas zoals de LTA en ZTA waarden ingevoerd. Daarnaast wordt opgegeven waarmee de ruimte tussen het glas gevuld is (gas/lucht etc.) indien dit het geval is. Aan de hand van de gemodelleerde gegevens wordt berekend wat het energieverlies is door de scheidingsconstructie. Hiervoor worden door de rekensoftware formules uit internationale normen ingezet. De software bepaalt aan de hand van de ingevoerde gegevens en zones waar de scheidingsconstructie aan grenst. Dit kan buitenlucht zijn, een andere aangrenzende ruimte of de bodem. Met deze informatiebehoefte van eigenschappen van de constructie voor een energiesimulatie moet bij het modelleren rekening worden gehouden.

18

|ENERGIESIMULATIES | De vierde factor waarmee rekening gehouden moet worden betreffen de installatietechnische gegevens voor een energiesimulatie. Deze worden, net zoals de bouwkundige gegevens, door EnergyPlus ingelezen vanuit een IDF-bestand. De koppeling tussen de bouwkundige en installatietechnische gegevens wordt gemaakt door middel van energiezones. Energiezones zijn delen van een gebouw waarvan het gebruik en de manier van klimatiseren gelijk is. Een energiezone hoeft dan ook niet exact overeen te komen met de bouwkundige indeling van ruimten. Omdat de installaties voor de uitwisseling opgeslagen worden in IFC 2x3 formaat en voor een simulatie een IDF bestand benodigd is dient dit bestand geconverteerd te worden. Op het moment van het onderzoek was er nog geen mogelijkheid bekend om de installatiemodellen om te zetten vanuit IFC naar IDF. In het onderzoek is daarom de focus gelegd op het onderzoeken of de benodigde parameters aanwezig zijn in de installatiemodellen. Als voorbeeld voor de benodigde gegevens is gebruik gemaakt van DesignBuilder. DesignBuilder is een softwarepakket die het modelleren van installaties voor een energiesimulatie visueel maakt. Het modelleren van installaties voor een energiesimulatie in DesignBuilder gebeurt in een schema. Dit schema wordt opgeslagen in IDF formaat en kan dan ook direct gebruikt worden voor de simulatie. In zo’n schema wordt de werking en het rendement van de verschillende componenten van de installatie opgeslagen. Daarnaast worden de onderlinge verbanden en koppelingen van de installatie aangegeven. De exacte afmetingen van leidinglengtes, kanaalafmetingen en dergelijke worden niet gemodelleerd, de invloed hiervan dient in het rendement van de installatie meegenomen te worden. Voor het modelleren van de installaties kan in DesignBuilder worden gekozen voor Simple HVAC, Detailed HVAC of Compact HVAC. Het verschil in deze methoden is de mate van gedetailleerdheid. Bij het modeleren met Simple HVAC wordt uitgegaan van verwarming en koeling volledig door middel van convectie. Hierbij is het vermogen van het systeem oneindig, er wordt dus vanuit gegaan dat het gevraagde vermogen altijd geleverd kan worden. Voor de ventilatorenergie dient separaat een vermogen per vierkante meter vloeroppervlak worden opgegeven. Het rendement van de installatie geldt voor het gehele systeem. De Simple HVAC methode kan voornamelijk ingezet worden in de VO fase. Met Detailed HVAC wordt de volledige installatie van opwekking tot afgifte gemodelleerd. Voor elk mechanisch onderdeel van de installatie moet apart een rendement en/of vermogen worden opgegeven. Detailed HVAC biedt tevens de mogelijkheid om de afgifte van warmte en koude via straling en/of convectie toe te passen waar bij Simple HVAC alleen de mogelijkheid bestaat tot afgifte via lucht. Daarbij heeft de Detailed HVAC methode de mogelijkheid om te rekenen met dynamische rendementen van componenten. Door de gedetailleerdheid van de gegevens die benodigd zijn voor de Detailed HVAC methode kan deze vanaf het UO gebruikt worden. De Compact HVAC methode is een tussenvorm van de Simple en Detailed methode. Hierbij wordt er geen volledig schema gemaakt maar het geeft wel meer mogelijkheden dan de Simple HVAC methode. Zo is het mogelijk om de warmte en/of koude in de ruimte deels door middel van straling in de ruimte te laten komen. De compact HVAC methode is door de mate van gedetailleerdheid geschikt voor in de DO fase. Het instellen van Simple, Detailed of Compact HVAC geldt voor alle onderdelen van de installatie. Het is dan ook niet mogelijk de ventilatie te modeleren met Simple HVAC methode en de verwarming met Detailed HVAC methode.

19


4 Gegevensuitwisseling voor energiesimulaties De uitdaging voor het uitvoeren van een energiesimulatie in een ontwerpproces voor een gebouw waarin gewerkt wordt met een bouwinformatiemodel, bestaat uit het onttrekken van informatie aan het bouwinformatiemodel over de ruimtes van het gebouw, thermische eigenschappen van de ruimtebegrenzingen en de aanwezige gebouwinstallaties. De omvang van de ruimtes blijkt in het bijzonder lastig te zijn. In de ontwerpexperimenten staat het onttrekken van gegevens en uitwisselen van gegevens centraal. In experimenten is telkens gekeken naar welke bewerkingen en wijzigingen nodig zijn om de gegevensuitwisseling voor het uitvoeren van een energiesimulatie in EnergyPlus te kunnen uitvoeren.

4.1 Conversie van gegevens van IFC format naar IDF format De eerste fase van het onderzoek betrof een ontwerpexperiment, gericht op naar het omzetten van gegevens uit een gebouwmodel in IFC-formaat naar een IDF-formaat. Het IDF-formaat kan worden ingelezen door EnergyPlus. Het doel van dit deelonderzoek was inzicht te verkrijgen in de gegevensvraag van EnergyPlus en de mogelijkheden van de bestaande uitwisselingsmethoden. Hierbij is onderzocht wat de functionaliteit is van de Space Boundary Tool, welke benodigd is om bouwkundige gegevens om te zetten naar IDF-formaat. Het onderzoek is uitgevoerd aan de hand van een rechthoekig gebouw met twee ruimten. Dit model was erg eenvoudig, maar was vanwege de geringe complexiteit ideaal om zich volledig te concentreren op de overdracht van gegevens. Het model is getekend in ArchiCad en vervolgens geëxporteerd in IFC-formaat. Voorafgaande aan het onderzoek was bekend dat er een transformatie van het gegevensformaat zou moeten plaatsvinden, aangezien modelleersoftware in IFC-formaat kan exporteren en EnergyPlus in IDF-formaat moet importeren. Voor het omzetten van deze formaten is daarom een gereedschap nodig in de vorm van een softwarematige databehandeling. Er zijn binnen dit deelonderzoek experimenten uitgevoerd met behulp van SimpleBIM en de Space Boundary Tool. SimpleBIM is een softwareprogramma om een IFC-bestand te kunnen bewerken. Het gebouwmodel kan worden bezien en objecten kunnen worden aangepast. SimpleBIM kan een bestand in IFC-formaat inlezen, maar niet in IDF-formaat exporteren. Hoewel SimpleBim de data in het bestand kan manipuleren is SimpleBIM niet geschikt voor het maken van een export naar EnergyPlus, maar wel een onmisbare stap is als er gegevens in de database moeten worden aangepast (van Reij & Jongeling, 2014). Daarna zal er nog een conversie naar het juiste formaat moeten plaatsvinden. De Space Boundary Tool is specifiek ontwikkeld om gevalideerde IFC-bestanden geschikt te maken voor energiesimulatie. Dit programma kent twee processen: het eerste proces voegt de begrenzingen van ruimten toe aan die ruimten, vandaar de naam. Het tweede proces vereenvoudigt het IFC-bestand door alleen de gegevens, nodig voor een energiesimulatie, te bewaren. Het programma zet de gegevens om in een IDF-formaat. Het programma is geschreven voor EnergyPlus. Het toevoegen van begrenzingen aan ruimten blijkt nodig te zijn om de benodigde gegevens van ruimten te verkrijgen. Modelleersoftware maakt feitelijk geen ruimten. Ruimten ontstaan door het plaatsen van objecten. Allerlei eigenschappen worden aan objecten meegegeven. Hoewel het mogelijk is om de ontstane ruimten te beschrijven door deze te vullen met objecten (Zone in ArchiCad, Room in Revit), worden in modelleersoftware geen koppelingen gelegd met de begrenzende objecten. De eigenschap dat een wand van steen is, wordt binnen de modelleersoftware niet aan de aanliggende ruimte gekoppeld. De modelleersoftware is opgebouwd vanuit de gedachte zoals de uitvoerende bouw werkt: er worden funderingen gelegd, vloeren gelegd, wanden geplaatst, et cetera. Een bouwkundige kan daarom uitstekend werken met het geleverde product, namelijk een verzameling te realiseren objecten. Voor de bouwfysicus die aan de energiehuishouding van het ontwerp wil werken door er een energiesimulatie van te maken ligt dat anders.

20

|ENERGIESIMULATIES | Het blijkt dat energiesimulatiesoftware juist uitgaat van het klimaat en het gedrag van materialen per ruimte. In de energiesimulatiesoftware is de ruimte het leidende element, en niet de bouwkundige structuureigenschappen van de begrenzingen van die ruimte die veelal de basis vormen van het bouwinformatiemodel. De conclusie is dat er een principieel verschil in de basisgedachten van deze software aanwezig is. Om toch data van objecten aan ruimten te kunnen koppelen is de Space Boundary Tool ontwikkeld. De Space Boundary Tool legt de begrenzingen van de ruimte vast (geometrie) en onttrekt eigenschappen uit de gevonden objecten. Hoewel de Space Boundary Tool gemaakt is om gegevens van ruimten te verzamelen en geschikt te maken voor import in EnergyPlus, bleken er veel fouten op te treden. Hiervoor zijn verschillende oorzaken aan te wijzen: 1.

De gestelde beperkingen van ruimten in EnergyPlus; De schematisering van ruimten in EnergyPlus is aan regels gebonden: •

Er mogen geen gekromde oppervlakten (wanden, vloeren, daken, kozijnen) aanwezig zijn in het model;

•

Vliesgevels mogen niet over meerdere bouwlagen doorlopen en moeten feitelijk zijn beschreven als wanden met (kozijn-)openingen;

•

Schaduw gevende elementen moeten de eigenschap ‘schaduw’ kennen om als zodanig te worden herkend.

In principe mogen wanden in EnergyPlus uit meerdere objecten bestaan. 2.

De benaming van objecten en eigenschappen in het IFC-bestand; Om eigenschappen van begrenzingen te kunnen overnemen moeten die eigenschappen op de juiste manier zijn benoemd. Omdat deze eis vanuit de SBT wordt gesteld, hoeft dit niet te corresponderen met wat binnen een Protocol is afgesproken.

3.

De nauwkeurigheid van het model. De SBT stelt ruimten vast aan de hand van met elkaar verbonden begrenzingen. De objecten moeten elkaar dus allemaal raken, dus gekoppeld zijn, om een ruimte te kunnen begrenzen. De aanwezigheid van niet-gekoppelde objecten leidt tot foutmeldingen.

Deze drie punten zijn weer te herleiden naar principiële keuzen: •

De beperkingen aan de schematisering van het te berekenen gebouw binnen EnergyPlus kunnen niet binnen modelleersoftware worden opgelost. Een bouwfysicus zal een door de architect bedachte gecompliceerde ruimtevorm in dat geval niet over kunnen nemen vanuit een model, maar zelf de betreffende ruimte moeten schematiseren.

•

Waar het gaat over tekenwijze of benaming van eigenschappen kunnen eisen worden gesteld via een Protocol, de nauwkeurigheid van het model is een verantwoordelijkheid van de modelleur.

Geconcludeerd moet worden dat het vertalen van een IFC-bestand naar een IDF-formaat niet probleemloos verloopt. Gebouwinformatiemodellen gaan uit van objecten en creëren met die elementen een gebouw. Energiesimulatiesoftware gaat uit van geschematiseerde en vereenvoudigde gebouwmodellen, waarbij er vanuit zones een model wordt opgebouwd. Een belangrijke, maar ontbrekende, schakel is dus de mogelijkheid om een gebouwinformatiemodel te schematiseren. Een gereedschap om uit een bouwinformatiemodel toch informatie, die nodig is voor een energiesimulatie, op ruimteniveau te verkrijgen is door gebruik te maken van de Space Boundary Tool. Het gebruik van deze tool is aan randvoorwaarden gebonden. Er moet een controle van een IFC-bestand plaatsvinden op de aanwezigheid van gekromde oppervlakten, de modellering van eventueel aanwezige vliesgevel, een controle op de benaming van eigenschappen en een clashcontrole op de nauwkeurigheid van het model. Met name het uitgangspunt dat bepaalde gebouwvormen niet rechtstreeks zijn te om te zetten, maakt dat er niet ervan kan worden uitgegaan dat een willekeurig bouwinformatiemodel niet zomaar via de Space Boundary Tool kan worden omgezet naar een te importeren IDF-bestand.

21


4.2 Ontwerpexperiment gegevenswijziging bouwinformatiemodel In het eerste ontwerpexperiment is duidelijk geworden hoe de informatie in EnergyPlus moet worden geïmporteerd. Hoewel in deze eerste onderzoeksfase duidelijk is geworden dat er fundamentele verschillen tussen IFC-modellen en IDFmodellen bestaan, waardoor data-uitwisseling wordt bemoeilijkt, kan bepaalde informatie mogelijk toch op een zodanige manier in een bouwinformatiemodel worden verwerkt dat deze overgedragen kan worden. In de tweede fase van het onderzoek is onderzocht in hoeverre de bouwinformatiemodellen geoptimaliseerd kunnen worden voor het converteren naar een IDF-formaat. De focus voor experimenteersessie ligt daarom op het onderzoeken welke gegevens wel te verkrijgen zijn vanuit de bouwinformatiemodellen in de IFC-export. In dat geval ontstaat er wel een nuttige lijst van gegevens, die de bouwfysicus kan gebruiken voor de energiesimulatie. Hierbij wordt geen koppeling gelegd met een IFC-IDF-translator. Lijsten in Excel formaat kunnen ook bijdragen aan een lagere foutkans en een snellere werkmethodiek. Voor dit ontwerpexperiment zijn twee bouwkundige bouwinformatiemodellen gebruikt om uitwisseling tot stand te brengen tussen een bouwinformatiemodel en EnergyPlus. Het eerste model is de IBEX-woning, die in het eerste ontwerpexperiment al is verrijkt met de juiste informatie. Het tweede model is een kantoorgebouw, waardoor met een wat geavanceerdere technische installatie kan worden geëxperimenteerd. Voor het uitwisselen van de bouwkundige gegevens tussen deze bouwinformatiemodellen en EnergyPlus en het vaststellen welke gegevens in een IFC aanwezig zijn, zijn de volgende stappen doorlopen: 1.

Toepassen onderzochte methoden; Waarbij het doel is om het verkregen inzicht te vertalen naar concrete eisen voor het maken van een energiesimulatie.

2.

Analyse benodigde en aanwezige gegevens voor en in een IFC. Waarbij het doel is om te onderzoeken of de concrete eisen in een IFC model aanwezig zijn en of het mogelijk is deze toe te voegen.

Uit het bouwinformatiemodel in IFC-formaat van de IBEX-woning zijn wekelijks gegevens geëxtraheerd, waarna de modelleur gevraagd is het model te verbeteren en aan te vullen. Het bouwinformatiemodel is op deze manier steeds rijker aan informatie geworden. Op basis van dit gebouwmodel is ook een werktuigbouwkundige installatiemodel gemaakt. Dit model had echter een onvoldoende kwaliteit om verder te gebruiken. In ArchiCad blijkt een mogelijkheid aanwezig om Space Boundaries te bepalen en te exporteren. Deze exportmogelijkheid moet specifiek worden aangevinkt. Er worden begrenzingen van de ingevoerde zones (ruimten in ArchiCad) bepaald. Deze ingebouwde tool kent ook beperkingen. Bij ruimten over meer dan één bouwlaag en bij ruimten met een schuin dakvlak worden de gegevens van de begrenzingen niet adequaat vastgelegd. Dit bleek uit de export vanuit de IBEXwoning. Deze woning kent geen gekromde vlakken. Het is daarom niet bekend of gekromde vlakken ook tot onvolkomenheden leiden bij export, maar dit lijkt wel een logische verwachting. Het bleek dat toegevoegde informatie uit de bouwinformatiemodellen eenvoudig kan worden geëxtraheerd. Dit is gedaan door de modellen te exporteren in IFC-formaat en deze in het softwarepakket Solibri te importeren. Vervolgens is via de ‘Information Take-off’ een lijst samen te stellen uit alle gegevens, die in het model aanwezig zijn. In figuur 5 is een lijst van verblijfsruimten samengesteld, waarbij het aantal aanwezige personen is toegevoegd als eigen parameter. Het is dus mogelijk eisen te stellen aan de inhoud van bouwinformatiemodellen.

22

|ENERGIESIMULATIES | FIGUUR 5 FUNCTIE, RUIMTENUMMER EN AANTAL PERSONEN PER RUIMTE UIT BOUWINFORMATIEMODEL GEËXTRAHEERD

Het modelleren van de installaties gebeurt door middel van een installatieschema. In zo’n schema wordt de werking van alle verschillende componenten van de installatie opgeslagen. Vervolgens worden de onderlinge verbanden en koppelingen van de installatie aangegeven. Het is dus niet zo dat er rekening gehouden wordt met exacte afmetingen van bijvoorbeeld leidinglengtes. De invloed van dit type gegevens wordt in het rendement van de installatie meegenomen. Er zijn ten behoeve van de praktijkstudie installatieschema’s gemaakt met behulp van het softwarepakket DesignBuilder. In het literatuuronderzoek is vermeld dat er in DesignBuilder drie methodes zijn waarop de installaties gemodelleerd kunnen worden, namelijk de simple, detailed en compact HVAC methode. In het onderzoek is gewerkt met een bouwkundig model wat tot DO niveau is uitgewerkt. De compact HVAC methode is de meest vergelijkbare methode met de gegevens in een DO model. Er is in het onderzoek dan ook gekozen om de gegevensvraag voor een energiesimulatie af te stemmen op de compact HVAC methode. De installatietechnische gegevens die in deze berekeningen nodig zijn, zijn weergegeven in bijlage 5. Van de verschillende installatiemodellen is onderzocht of deze de gegevens bevatten die benodigd zijn voor een energiesimulatie. Het iteratief model van de IBEX-woning is een aantal keren naar aanleiding van de gegevensbehoefte aangepast. Het voorbeeldmodel is onderzocht op de op dat moment aanwezige gegevens in het model. In bijlage 4 zijn de gegevens weergegeven. De tabel uit bijlage 5 is hierbij uitgebreid met twee kolommen om de aanwezigheid van de elementen te kunnen aangeven. In het ontwerpexperiment is tijdens de experimentdag met alle betrokkenen gezamenlijk onderzocht of het installatietechnisch model opgebouwd kan worden aan de hand van de gegevensbehoefte van een energiesimulatie. Vanuit het iteratief model en het voorbeeldmodel kwam naar voren dat het niet mogelijk is om de gegevens voor simulatie met de Compact HVAC methode in het bouwkundig model te plaatsen. Daarom is ervoor gekozen om de gegevens die gevraagd worden voor de Detailed HVAC methode in het model te zetten. Bij de eerste poging tot gegevensoverdracht bij de installaties bleek dat het type over te dragen gegevens niet past op de gegevensvraag. De gegevens, die een installatiemodel kan leveren, zijn gekoppeld aan objecten en betreffen deelgegevens, bijvoorbeeld het rendement van een Cv-ketel. De energiesimulatieberekening vraagt echter gegevens van het systeem als geheel. Er is een experiment uitgevoerd om te bepalen of het wel mogelijk zou zijn om systeemgegevens aan objecten toe te voegen. Er is een luchtbehandelingskast gemodelleerd in zowel het installatietechnisch model als het energiesimulatiemodel. Dit experiment leidde tot een negatief antwoord, maar dat was afhankelijk van het gebruikte softwarepakket. In het gebruikte programma DDS-Cad kunnen wel een aantal voorgeprogrammeerde waarden worden ingevuld, maar er kunnen geen eigen IFC-parameters worden toegevoegd. De waarden die de energiesimulatie nodig heeft kunnen in dit pakket niet worden aangemaakt.

23

|ENERGIESIMULATIES | Er kan voor wat betreft het installatie-ontwerp worden geconcludeerd dat de gegevensvraag vanuit EnergyPlus niet correspondeert met wat een bouwinformatiemodel normaal gesproken levert. De gegevens in een bouwinformatiemodel komen uit objecten, maar de gevraagde gegevens betreffen systemen als geheel. Ook dit is een fundamenteel verschil. Als er systeemgegevens uit een bouwinformatiemodel verkregen moeten worden, moeten ze expliciet worden aangebracht. Dit is een extra stap voor een installatietechnisch modelleur, er vanuit gaande dat de installatie-ontwerper/adviseur geen modelleervaardigheden bezit. Het ontwerpexperiment heeft laten zien dat het in het onderzoek gebruikte softwarepakket onvoldoende mogelijkheden bezit om gevraagde extra parameters toe te voegen in het bouwinformatiemodel. Nader onderzocht zou moeten worden om te bezien of dit een structureel probleem is bij installatie-modelleersoftware.

4.3 Analyse van processtappen Uit het onderzoek blijkt dat de ideale situatie, namelijk dat informatie via een open standaard kan worden overgedragen naar het bewerkingsprogramma EnergyPlus, niet mogelijk is. De data afkomstig uit een IFC-model, moet nog worden omgezet naar een inputformaat voor de energiesimulatiesoftware, zie de blauwe pijlen in figuur 6. FIGUUR 6 PROCESSTAPPEN IN DATA-OVERDRACHT VOOR HET MAKEN VAN EEN ENERGIESIMULATIE

Deze extra stap blijkt ook nog aan voorwaarden te zijn gebonden. De conclusie is dat niet zonder meer uit elk bouwinformatiemodel de benodigde informatie via de twee processtappen kan worden omgezet naar te gebruiken data voor een energiesimulatieberekening. Om deze reden is gezocht of de benodigde gegevens op een andere manier uit de IFC-data kunnen worden geëxtraheerd. Dit blijkt mogelijk te zijn, waarbij echter wel enkele beperkingen blijven gelden: de begrenzingen van ruimten is niet altijd via een IFC-extract te verkrijgen. Er blijft altijd een controle nodig, waarbij in een aantal gevallen zal blijken dat een handmatige vertaling nodig is vanuit het bouwkundige 3D informatiebronmodel.

24


4.4 Analyse van fasering ontwerpprocessen en rollen van disciplines De twee ontwerpexperimenten hebben laten zien welke knelpunten er zijn in de gegevensuitwisselingen vanuit het bouwinformatiemodel naar de software voor de energiesimulatie. De ontwerpexperimenten bieden inzicht in de fase van het ontwerpproces waar energiesimulatie gewenst is en in de rollen die de disciplines die betrokken zijn bij het ontwerp van een gebouw vervullen. In deze paragraaf wordt nader ingegaan op de stappen die moeten worden gezet voor het toepassen van een energiesimulatie in het ontwerpproces en de rol die elk van de disciplines daarin in moet spelen. Energiesimulatieberekeningen zijn om twee redenen belangrijk: a.

Het optimaliseren van ontwerpkeuzen; en

b.

het bepalen energiegedrag van het gebouw dat ontworpen wordt.

Het gaat hierbij om zaken die in de ontwerpfase van een gebouw bepaald worden. Een ontwerpproces van een gebouw wordt, voorafgaand aan de werkvoorbereiding en realisatie, in twee fasen doorlopen: het structuurontwerp en het definitief ontwerp. De grote lijnen van een ontwerp worden in het Structuurontwerp vastgelegd. Om juiste keuzen te kunnen maken worden verkennende energiesimulaties uitgevoerd. Het doel daarvan is te komen tot optimale gevelindelingen, isolatieniveau en installatiekeuzen. Als het ontwerp is gevorderd tot een definitieve uitwerking kunnen energiesimulatieberekeningen worden gemaakt om de daadwerkelijke prestatie van het gebouw te bepalen. In deze fase kan het ontwerp alleen nog op ondergeschikte punten worden verbeterd. Er wordt altijd een eindberekening gemaakt om de prestatie vast te leggen. In deze fase worden de eigenschappen van gebouw en installaties gedetailleerd ingevoerd in de rekensoftware. Energiesimulatieberekeningen worden gemaakt door een specialist, een bouwfysicus. Een bouwfysicus heeft normaal gesproken geen vaardigheden om te modelleren. De specifieke gegevens worden niet door een bouwfysicus in een gebouwmodel verwerkt. De bouwfysicus moet daarom aangeven welke gegevens er voor de berekening nodig zijn en gemodelleerd moeten worden. Er zijn tenminste twee modellen die gegevens voor de berekening kunnen aanleveren, namelijk het bouwkundig 3Dinformatiebronmodel en het installatietechnisch 3Dinformatiebronmodel. De bouwfysicus moet daarom vooraf aan beide modelleurs een specificatie van de gewenste gegevens overhandigen. In de fase van het structuurontwerp is er in de huidige praktijk van ontwerpen alleen een bouwkundig bouwinformatiemodel beschikbaar. Een installatie-adviseur werkt in deze fase schematisch. Er wordt een installatie op hoofdlijnen ontworpen, die het beste past bij het gebouw en de gebouwfunctie. Daarbij werkt de installatie-adviseur met kengetallen en ruimteafmetingen. De ruimteafmetingen kan de installatie-adviseur betrekken uit het bouwkundig bouwinformatiemodel. Het installatieschema is onderbouwd met berekeningen, waarin capaciteiten worden bepaald. Deze gegevens worden dus niet in een bouwinformatiemodel verwerkt (zie figuur 7). De gegevens moeten daarom handmatig worden overgezet vanuit het installatieschema naar de energiesimulatieberekening. FIGUUR 7 STAPPEN IN HET HUIDIGE PROCES GEDURENDE DE STRUCTUURONTWERPFASE

25

|ENERGIESIMULATIES | Het installatieschema is op ruimteniveau uitgewerkt, niet op toestelniveau. Dat komt overeen met het niveau waarop de energiesimulatie input vraagt, maar de gegevens worden in het huidige proces niet digitaal overdraagbaar aangeboden. Hiervoor zijn twee redenen aan te geven: •

Een installatieschema wordt opgesteld door een installatietechnisch ontwerper, die niet per definitie de vaardigheid heeft om te modelleren.

•

De gegevens moeten worden gekoppeld aan ruimte-objecten (zones). Deze zones moeten specifiek worden gemaakt voor het doel om er installatietechnische gegevens aan te koppelen. De zone heeft dus alleen een functie als drager van gegevens. Deze werkwijze wordt in de huidige praktijk niet gevolgd.

Voor de energiesimulatie zijn gegevens op ruimteniveau nodig. De bouwkundige modelleur maakt ruimteobjecten. Hieraan zijn gegevens als oppervlakten en inhoud gekoppeld. Voor de energiesimulatie is het voldoende als dit component zou worden uitgebreid met installatietechnische componenten, zoals ventilatiedebiet, benodigd verwarmend vermogen, en dergelijke. De eerste mogelijkheid om de digitale overdracht mogelijk te maken is door de resultaten van de schematisering van de ontworpen gebouwinstallaties en de berekeningen van de installatieadviseur door de bouwkundige modelleur te laten uitvoeren. De reden is dat de bouwkundige toch al ruimte-objecten modelleert. Deze mogelijkheid heeft als nadeel dat een bouwkundige objecten moet modelleren die buiten zijn kennisgebied liggen. Ook houdt het in dat er een extra informatieoverdracht tussen twee partijen nodig is. Een tweede mogelijkheid is dat de installatiemodelleur een apart bouwinformatiemodel maakt dat de objecten met installatietechnische gegevens bevat. Er ontstaat dan een proces volgens figuur 8. In deze figuur wordt onderscheid gemaakt tussen een objectmodel, met willekeurige objecten, en een zonemodel, waarin de ruimteobjecten zijn geplaatst. FIGUUR 8 STAPPEN IN EEN IDEAALTYPISCH BIM-PROCES GEDURENDE HET STRUCTUURONTWERP

De beide bovenstaande mogelijkheden zijn niet een gebruikelijke gang van zaken in de bouwwereld. Een derde mogelijkheid is de gegevens van de installatieadviseur rechtstreeks via een ander type database over te dragen naar de bouwfysicus. Omdat deze mogelijkheid dan buiten de bouwinformatiemodellen om zou gaan is dit in het kader van dit onderzoek niet verder onderzocht. In de Definitief Ontwerpfase worden zowel een gedetailleerd bouwkundig bouwinformatiemodel als een gedetailleerd installatietechnisch bouwinformatiemodel gemaakt. Het proces verloopt in de huidige praktijk volgens figuur 9.

26

|ENERGIESIMULATIES | FIGUUR 9 STAPPEN IN HET HUIDIGE PROCES GEDURENDE DE STRUCTUURONTWERPFASE

De energiesimulatieberekening werkt echter nog steeds op ruimteniveau. Een onderverdeling van bijvoorbeeld de luchthoeveelheid in een ruimte over ventilatietoevoerroosters is voor de berekening niet relevant. Het blijkt dat het installatietechnisch bouwinformatiemodel te gedetailleerd is voor informatieoverdracht naar een energiesimulatieberekening. Er moeten eerst bewerkingen worden uitgevoerd, bijvoorbeeld het optellen van de luchthoeveelheden van de toevoerroosters in een ruimte, voordat de energiesimulatie kan worden uitgevoerd. In feite zou voor de energiesimulatie de achterliggende definitieve berekeningen van de installatieadviseur voldoende zijn. De uitwerking van de installatiemodelleur is voor de energiesimulatie niet nodig en niet bruikbaar. Ook hier blijkt dat de gedachte achter de huidige praktijk van werken met gebouwinformatiemodellen en de gedachte achter de energiesimulatieberekening niet met elkaar corresponderen. Gebouwinformatiemodellen zijn opgebouwd uit componenten met een hoge detailgraad, terwijl de energiesimulatieberekening werkt op basis van geschematiseerde ruimten. Om de digitale uitwisseling te doen slagen en een energiesimulatie mogelijk te maken als onderdeel van het ontwerpproces om tot een beter ontwerp te komen, moeten modellen om deze reden worden voorzien van specifieke objecten voor installaties op ruimteniveau. FIGUUR 10 STAPPEN IN EEN IDEAALTYPISCH BIM-PROCES GEDURENDE DE DEFINITIEF ONTWERPFASE

In figuur 10 is de gewenste situatie voor de DO-fase weergegeven. Voor zowel het bouwkundig ontwerp als het installatietechnisch ontwerp wordt een zonemodel gemaakt. Deze bouwinformatiemodellen geven informatie door aan de berekening. De resultaten van de berekening worden weer teruggekoppeld aan de ontwerpers, zodat deze eventueel hun ontwerpen kunnen aanpassen. In eerste instantie lijken er verschillen te bestaan tijdens de uitwisseling in de verschillende fasen. In de schetsontwerpfase zijn de gegevens van de installatieadviseur voldoende om een berekening te kunnen maken. In de Definitief Ontwerpfase wordt er wel een installatie 3Dinformatiebronmodel gemaakt, maar zijn die gegevens niet te gebruiken. Nog steeds zijn de gegevens van de installatieadviseur voldoende. In principe zou daarmee het proces uit de schetsontwerpfase ook kunnen worden gebruikt in de definitiefontwerpfase, zie figuur 11.

27

|ENERGIESIMULATIES | FIGUUR 11OPTIMALE STAPPEN VOOR HET MAKEN VAN EEN ENERGIESIMULATIE

Er is echter een probleem aanwezig: de adviseur is niet per definitie een modelleur. In de traditionele situatie levert de adviseur berekeningen en schema’s aan. Deze kunnen niet automatisch worden overgedragen. De adviseur moet dus een andere manier vinden om de gegevens vast te leggen en over te kunnen dragen. Deze stap zou kunnen worden gevonden door de installatietechnische modelleur deze gegevens in ruimte-objecten te laten vastleggen. Dit kan zowel in de SO-fase als in de DO-fase. Op deze manier is een eenduidige manier van werken vastgelegd, die correspondeert met de gewenste situatie. De betrokken disciplines, die een rol hebben bij het realiseren van een energiesimulatieberekening, zijn: •

Bouwkundig ontwerper

maakt bouwkundig ontwerp;

•

Bouwkundig modelleur

verwerkt het bouwkundig ontwerp in een bouwinformatiemodel;

•

Installatieadviseur

maakt installatietechnisch ontwerp;

•

Installatiemodelleur

verwerkt het bouwkundig ontwerp in een bouwinformatiemodel;

•

Bouwfysicus

maakt energiesimulatieberekening.

Beide ontwerpers maken hun ontwerpen volgens een Programma van Eisen. In het Programma van Eisen zijn voorwaarden aangegeven ten aanzien van ruimtegebruik en ruimteklimaat. Op basis van de ontwerpen en de BIMprotocollen maken de beide modelleurs de 3Dinformatiebronmodellen, waarbij het bouwkundig 3Dinformatiebronmodel input vormt voor het installatietechnisch 3Dinformatiebronmodel. Vervolgens kan de bouwfysicus een energiesimulatieberekening maken en de resultaten weer spiegelen aan het Programma van Eisen. De interactie tussen de rollen is weergegeven in figuur 12. FIGUUR 12 INTERACTIES TUSSEN DE ROLLEN IN HET KADER VAN EEN ENERGIESIMULATIEBEREKENING

De interactie tussen de bouwfysicus en de ontwerpers betreft inhoudelijke discussie, de interacties tussen de bouwfysicus en de modelleurs betreffen de verwerking van gegevens. In de experimenteersessie bleken er veel interacties tussen bouwfysicus en modelleur te bestaan over gegevens overdracht. Dit werd voor een deel veroorzaakt omdat er nog niet werd gewerkt met een goed BIM-protocol en voor een deel werd het veroorzaakt omdat gegevens niet in het 3Dinformatiebronmodel konden worden verwerkt of gevonden zoals werd verwacht. Op dat moment moet worden gezocht naar andere mogelijkheden.

28

|ENERGIESIMULATIES | Wanneer de afspraken over gegevens en gegevensoverdracht goed zijn uitgewerkt zal de interactie tussen ontwerpers en de bouwfysicus overblijven. Dit zal waarschijnlijk niet via bouwinformatiemodellen gebeuren. Alle drie de rollen zijn in principe niet bekwaam in modelleren. De bouwfysicus zal zijn bevindingen daarom niet in een bouwinformatiemodel verwerken. De informatieoverdracht zal via rapportage tekstueel plaatsvinden. De informatieoverdracht vanuit het ontwerp naar de energiesimulatieberekening zal wel door middel van bouwinformatiemodellen (en formaatconversies) gebeuren. Daarom zal een bouwfysicus wel moeten kunnen omgaan met een controleprogramma om de inputinformatie te kunnen controleren. FIGUUR 13 INFORMATIEOVERDRACHT NAAR ENERGIESIMULATIE VIA BIM EN FEEDBACK TRADITIONEEL

Ontwerp

BIM

IFC

IDF

Simulatie

29


5 Conclusies In het deelonderzoek naar de toepassingsmogelijkheden van energiesimulaties in het ontwerpen van een gebouw is onderzocht op welke manier data vanuit een bouwinformatiemodel naar een energiesimulatie kan worden geëxporteerd. Voorafgaande aan het onderzoek was bekend dat data in een energiesimulatie moet worden ingevoerd in het IDF-formaat. Vanuit het onderzoek was de doelstelling om vanuit een bouwinformatiemodel een IFC-formaat te exporteren en deze om te zetten naar een IDF-formaat. Het onderzoek is uitgevoerd in twee ontwerpexperimenten, die elk een serie bewerkingen en ontwerpiteraties vergden. In het eerste ontwerpexperiment is bezien op welke manier het mogelijk is om data in IFC-formaat om te zetten in IDFformaat. In het tweede ontwerpexperiment is onderzocht welke informatie, en op welke manier, aan een bouwinformatiemodel moet worden toegevoegd om de juiste data te kunnen gebruiken. In dit deelonderzoek stond de vraag centraal, welke bouwkundige en installatietechnische gegevens en welke overige gegevens (passieve zonne-energie, gebruikersgedrag) in een gebouwinformatiemodel kunnen worden vastgelegd ten behoeve van het maken van een energiesimulatie. Daarbij is ook gekeken naar de fasering van het ontwerpproces en de rollen die de disciplines hierin vervullen. Uit het onderzoek zijn de volgende conclusies te trekken, waarmee antwoord wordt gegeven op de onderzoeksvragen en wordt aangeven op welke manier de benodigde gegevens beschikbaar kunnen komen voor het ontwerpproces: 1.

Bouwkundige CAD-programmatuur koppelt informatie aan objecten. Energiesimulatiesoftware gebruikt informatie gekoppeld aan een ruimte. Dit is een principieel verschil in data-afhandeling. Omzetten van data is daarmee niet zonder meer uit te voeren, er is een hulpmiddel nodig. Dit hulpmiddel kan zowel onderdeel zijn van een modelleerpakket als een zelfstandig hulpmiddel zijn. De voorkeur gaat uit naar een zelfstandig hulpmiddel om twee redenen:

2.

a.

Het hulpmiddel is gezien de vereiste kennis bedoeld voor een bouwfysicus en niet voor een modelleur;

b.

Bij gebruik van een zelfstandig hulpmiddel wordt de bewerking onafhankelijk van de modelleersoftware.

Er is een onafhankelijk hulpmiddel gevonden dat de begrenzingen van zones opzoekt vanuit een bouwinformatiemodel: de Space Boundary Tool. De Space Boundary Tool heeft echter een aantal beperkingen, waarvan één de ontwerpvrijheid van de vormgevers beperkt: er mogen geen gekromde vlakken aanwezig zijn in het bouwinformatiemodel. ArchiCad heeft een ingebouwde Space Boundarytool, die twee beperkingen kent: een ruimte mag zich niet over twee of meer verdiepingen uitstrekken en een ruimte mag geen hellend vlak, bijvoorbeeld een schuin dakvlak, bevatten. Vooraf moet dus gecontroleerd worden of de Space Boundary Tool toegepast kan worden. Het onderzoek laat zien dat er behoefte is aan een intelligente tool voor het schematiseren van gebouwen en aanwijzen/bepalen van scheidingsvlakken om energiesimulatie als instrument toepasbaar te maken in het ontwerpproces. Het is beter een tool te bezitten waar de bepaling van begrenzende vlakken kan worden gemanipuleerd, dan een tool die automatisch vlakken kiest, maar die vervolgens beperkingen kent en aanpassingen vraagt in de wijze van modelleren.

3.

Installatietechnische bouwinformatiemodellen leveren informatie op objectniveau. Energiesimulatiesoftware vraagt informatie op systeemniveau. Dit is een principieel verschil in vraagspecificatie.

4.

Een energetische zone hoeft niet overeen te komen met getekende bouwkundige ruimten. Het aanbrengen van energetische zones leidt daarmee tot extra handelingen van een modelleur.

5.

DDS-CAD (een veelgebruikt installatiepakket) kent per component een aantal vastgelegde gegevensvelden. Men kan niet zelf een willekeurige parameter toevoegen.

30

|ENERGIESIMULATIES | 6.

In principe zouden door een modelleur veel gegevens in een bouwinformatiemodel kunnen worden ondergebracht. Voor de modelleur zijn dat extra handelingen gebaseerd op kennis van de specialisten (installatieadviseur, bouwfysicus): •

het maken van een bouwkundig zonemodel;

•

het maken van een installatieschema in een installatietechnisch model;

•

het maken van een installatietechnisch zonemodel.

Voor de bouwkundige werkzaamheden betreft dit een verschuiving van werkzaamheden: de bouwkundige modelleur doet werk voor de bouwfysicus; deze zou zelf zones in het rekenmodel kunnen aanbrengen als hij met behulp van een meettool de gegevens vanuit het bouwkundig model zou kunnen verkrijgen. Voor de installatieadviseur leidt dit tot een andere manier van werken: in de huidige praktijk worden schema’s en resultaten van berekeningen niet via digitale weg overgedragen. Door de schema’s te vertalen naar een installatietechnisch zonemodel wordt dit mogelijk. Het werk van de installatieadviseur werk wordt transparanter, daardoor beter controleerbaar. Mogelijk vermindert de foutkans ook hier, omdat er meerdere ogen naar het schema kijken voordat het model wordt overgedragen.

31


6 Aanbevelingen 6.1 Analysetool De conclusies 1, 2 en 6 leiden tot de discussie hoe bouwinformatiemodellen voor het maken van energiesimulatieberekeningen moeten worden opgebouwd. Men kan kiezen voor de stelling dat het model zo veel mogelijk moet zijn opgebouwd naar het doel waarvoor het wordt gebruikt. Er ontstaan dan modellen voor allerlei doelen, bijvoorbeeld een bouwbesluittoets, een constructiekeuze, een energiesimulatie, etc. Om de juiste inhoud in de modellen te verkrijgen, moeten afspraken over de inhoud worden gemaakt, bijvoorbeeld door Protocollen samen te stellen. BIMmodelleurs moeten vervolgens kennis opbouwen van deze onderwerpen om de juiste informatie betrouwbaar te kunnen toevoegen. Er ontstaat een grote hoeveelheid aan bouwinformatiemodellen voor allerlei doelen. Als tweede mogelijkheid kan men kiezen voor het maken van goede bouwkundige modellen (geografie, geometrie en materialen met eigenschappen), waaruit vakspecialisten informatie halen om hun specialisme uit te oefenen. In dat geval moeten er goede tools worden ontwikkeld om de bouwkundige modellen te kunnen analyseren en data te kunnen indelen/manipuleren voor eigen gebruik. Er behoeven minder Protocollen te worden opgesteld en de BIMmodelleur kan zich houden aan zijn eigen specialiteit. Er zijn nog wel Protocollen nodig, maar deze bevatten dan eisen aan de bouwkundige informatie. De tweede keuze leidt tot een meer heldere werkwijze: minder afspraken en een betere verdeling van verantwoordelijkheden. Er zijn echter analyse- en manipulatietools nodig. Deze zouden moeten worden ontwikkeld.

6.2 Aanpassing werkmethodiek installatie-adviseur In het vroege ontwerp (SO, c.q. LOD 100) wordt nog geen ander bouwinformatiemodel gemaakt dan alleen een bouwkundige. Een installatietechnisch ontwerp start met dimensioneringsberekeningen en een installatietechnisch schema. Er kunnen daardoor in de huidige werkwijze geen gegevens voor een oriënterende energiesimulatieberekening uit een installatietechnisch bouwinformatiemodel worden overgedragen. Een verbeterstap in de overdracht zou het maken van een installatietechnisch zonemodel zijn, waarin het installatieschema is verwerkt (zie figuur 14). FIGUUR 14 INSTALLATIESCHEMA VERWERKEN IN EEN INSTALLATIE ZONEMODEL

Een installatietechnisch bouwwerkinformatiebronmodel in een latere fase (DO, vanaf LOD 300) bevat installatietechnische objecten. Dit kan niet worden gebruikt voor een energiesimulatie, omdat de detailgraad te hoog is. Ook in die fase is de behoefte vanuit een energiesimulatie gebaseerd op ruimtegegevens en systeemeigenschappen. Ook in die fase kan zonemodel worden gemaakt om een juiste overdracht te laten plaatsvinden.

32


7 Literatuurlijst Onderliggende documenten en gebruikte literatuur Bartels. (2014). Bepaal je BIM Niveau. Opgeroepen op Augustus 29-8-2014, 2014, van Bartels: http://www.bartelsglobal.com/nl/news/bepaal-je-bim-niveau BNA-NLingenieurs. (2011). De nieuwe Regeling 2011. Amsterdam: BNA - NLingenieurs. BNA-ONRI. (2009). DNR-STB 2009 Standaard Taak Beschrijving. Amsterdam: BNA - ONRI. engineering, T. R. (1998). The long tern costs of owning and using buildings. London: The Royal Academie of engineering UK. Hove, J. G. (2012). “De Total Cost of Ownership benadering en woningcorporaties". Enschede: Stichting Pioneer. Normcommissie_351261. (2011). NEN 2767-1 Conditiemeter voor bouw en installatiedelen. Delft: Nederlands Normalisatie-instituut. Proces-nl. (2011). Analyse innovatief inkopen (mt EMVI toepassing) in relatie tot Total Cost of Ownership (TCO). Emmen: proces-nl. Rillaer, D., Burger, J., & Mitossi, V. (2011). Rgd BIM Norm. Den Haag: Rijksgebouwendienst. Sabol, L. (2008). Building Information moddeling & Facility managment. Washington, DC 20036. Spekkink, D. (2012). Deailniveau BIM per fase. Woudrichem: Spekkink C&R, adviesbureau voor bouwprocesinnovatie. Spekkink, i. D. (2014, 27 maart). Model BIM Protocol 2.0. Spekkink C&R. Zeep & de BIM specialist. (2013). Rgd BIMnorm Quick reference guide. Opgeroepen op 8 26, 2014, van deBIMnorm: http://www.debimnorm.nl/index.php/downloads/ Zeep & de BIM specialist. (2014). Rgd BIM norm steeds meer gebruikt. Opgeroepen op augustus 27, 2014, van deBIMnorm.nl: http://www.debimnorm.nl/index.php/rgd-bim-norm/ Reij, J. van & Jongeling, T. (2014), EnergyPlus-zones, Hogeschool Windesheim, Zwolle

33


8 Bijlagen Bijlage 1 Overzicht Deelnemers onderzoek Energiesimulatie Organisatie

Naam deelnemer

Functie

Taak

Bouwbedrijf Broekman

Hilco Broekman

Bouwer

Observator

Smelt Architecten

Gerard Smelt

Architect

Observator

Veccins3D

Frits van Enk

BIM specialist

Adviseur

Joeri Blokland

BIM modelleur

Modelleur

Daniël van der Voort

BIM modelleur

Modelleur

Edgarr van den Berg

BIM modelleur

Modelleur

Zehnder

Albert Dunnink

Leverancier

Adviseur

TechForFuture

Machiel Huisman

Onderzoeker

Onderzoeker

René van Ling

Onderzoeker

Onderzoeker

Arjan de Vries

Stagiair

Modelleur

Josha van Reij

Student

Deelonderzoek

Thomas Jongeling

Student

Deelonderzoek

Wiechert Eschbach

Onderzoeker

Coördinator/ Rapporteur

Witteveen+Bos

34


Bijlage 2 Matrix onderzoeksinstrumenten in relatie tot de onderzoeksvragen Hoofdvraag

Onderzoeksvragen

Kernbegrippen

Onderzoeksmethode

‘Welke bouwkundige

A. Welke voor een

Zone

Fieldresearch: deeltesten

en

energiesimulatie bruikbare

installatietechnische

gegevens zijn in een

gegevens en welke

geometrisch bouwkundig

overige gegevens

gebouwinformatiemodel

(passieve zonne-

aanwezig?

energie,

B. Welke voor een energiesimulatie bruikbare

kunnen in een

gegevens zijn in een

Zone; Componenten; Systeemprestatie

Fieldresearch: deeltesten

gebruikersgedrag)

gebouwinformatiemo installatietechnisch del worden

gebouwinformatiemodel

vastgelegd ten

aanwezig?

behoeve van het

C. Welke voor een

maken van een

energiesimulatie bruikbare

energiesimulatie?’

informatie kan op door een

Fieldresearch: experimentdag

deeltesten,

Fieldresearch: experimentdag

deeltesten,

bouwkundige respectievelijk een installatietechnische modelleur worden toegevoegd? Structuurontwerp; ontwerpproces kan de voor Definitief Ontwerp D. In welke fase van het een energiesimulatie bruikbare informatie in de gebouwinformatiemodellen worden aangebracht E. Welke rollen zijn betrokken bij de

Ontwerpen; modelleren; Fieldresearch: experimentdag berekenen; terugkoppelen

gegevensoverdracht?

35


Bijlage 3 Activiteitenplan Activiteitenplan

Betrokkenen

Doel?

Instrument

Beschrijving van het onderzoek.

Onderzoeker

Onderzoeksplan

Literatuur

Onderschrijving kernteam

Onderzoeker, Studenten, projectpartners Stuurgroep, projectleider

Doelmatig onderzoeksplan Goedgekeurd onderzoeksplan

Literatuur

Goedkeuring stuurgroep.

Modellen verzamelen, analyseren en documenteren.

onderzoeker Onderzoeker, projectpartners Studenten

Prince 2

Doelmatig Literatuurstudie onderzoeksmateriaal vaststellen in documentatie.

Bepalen informatiebehoefte berekening

Studenten / onderzoekers / partners Programma van Eisen literatuur vastleggen

Modelaanpassingen

Studenten / onderzoeker / partners

Modellen opbouwen literatuur voor de berekening

Iteratieve berekeningen

Studenten / onderzoeker

Onderzoek naar literatuur aanwezige gegevens

Casestudy run 1

Partners / onderzoeker

Evaluatie casestudy 1

Onderzoeker

Studenten

/ Model opbouwen aan Zelf ontwikkeld de hand van experiment voorgaande bevindingen + interacties Startpunt iteratiereeks

nieuwe Literatuur analysetool

Casestudy run 2

Partners / onderzoekers

Evaluatie casestudy 2

Onderzoekers

Interacties en proces Literatuur volgorde vaststellen analysetool

Onderzoeker

Publiceren resultaten

Analyse van de interacties Rapportage

Studenten

/ model opbouwen aan Zelf ontwikkeld de hand van experiment voorgaande bevindingen + interacties vastleggen

van

de

vet gedrukt: uitvoerende partij

36


Bijlage 4 Model ten behoeve van experimentsessies: IBEX-woning

37


Bijlage 5 Model ten behoeve van experimentsessies: kantoorgebouw

38


Bijlage 6 Programma van Eisen installaties In de casus is er gebruik gemaakt van twee bouwkundige modellen: de IBEX woning en het kantoorgebouw. Om van deze twee modellen een installatietechnisch model te maken is er een beknopt Programma van Eisen PvE) geschreven, dat hieronder wordt weergegeven. IBEX woning Warmtapwater

Zonneboiler (110 liter) met 2,5 m² zonthermische collector Naverwarming door middel van een elektrisch boilervat (80 liter)

Ventilatie

Stork WHR 930, systeem D met warmteterugwinning Stork Comfofond – L 350, toevoer met bodemwisselaar

Opwekking

18 PV panelen, 265 Wp per paneel (afmeting: 1,0 x 1,65 m) ongeventileerd

Kantoorgebouw Zonering

Verwarming en

1. Begane grond: receptie + verkeersruimte 2. Bg: directie 3. Bg: kantoren 4. Bg. Vergaderkamer 5. 1v: verkeersruimte 6. Kantine 7. Kantoren Vloerverwarming en -koeling in alle zones (regeling per zone)

koeling Ventilatie

Gebalanceerd systeem (systeem D), debieten volgen Bouwbesluit WTW met na-verwarming

Warmtapwater

Electroboiler in de kantine

Verlichting (voor

Geïnstalleerd vermogen uitgaan van: 10 W/m²

alle zones):

Aanwezigheidsdetectie Daglichtregeling Veegpulsschakeling

39


Bijlage 7 Installatietechnische gegevens voor Compact HVAC De installatietechnische gegevens voor een compact HVAC staan weergegeven onderstaande tabel. De gegevens staan gerubriceerd per onderdeel van de installatie.

Verwarming

Voeding

Keuze 1-11*

voorverwarmingstijd

uren

Systeemrendement

cop

Warmte afgifte

Convectie of straling/convectie

verwarmer

Type verwarmer

Rendement van

cop

verwarmer koeling

voorkoeling

uren

Systeemrendement

cop

Minimale

°C

koeltemperatuur Minimale

g/g

luchtvochtigheid Koeler

Type koeler

Rendement van

Cop

koeling Ventilatie

Ventilatiesysteem

A,B,C of D

Ventilatiedebiet

Ach/h of debiet per persoon

Verlichting

Nachtventilatie

Aan of uit

Ventilator type

Toevoer of afvoer

Ventilatordruk

Pa

Ventilator efficiëntie

%

WTW

Sensible / enthalpy

WTW rendement

Factor

Vermogen

W/m²/100Lux

Radiant fraction

Factor

Visible fractrion

Factor

Daglichtregeling

Geen, linear, linear/off, stepped

Aantal stappen Verlichtingsterkte Vermogen

W/m²

werkplekverlichting

40


*keuze 1-11 Interface Fuel Name

Voeding

1-Electricity from grid

elektriciteit

2-Natural Gas

aardgas

3-Oil

olie

4-Coal

Vaste stof

5-LPG

LPG

6-Biogas

biogas

7-Anthracite

Vaste stof

8-Smokeless Fuel (inc Coke)

Vaste stof

9-Dual Fuel Appliances (Mineral + Wood)

Other

10-Biomass

Other

11-Waste Heat

Other

41


Verwarming

Bijlage 8 Gegevenstabel installaties IBEXwoning

Iteratief model

Voorbeeld model

Voeding

Keuze 1-11*

Elektriciteit

Onbekend

voorverwarmingstijd

uren

Onbekend

Onbekend

Systeemrendement

cop

Onbekend

Onbekend

Warmte afgifte

Convectie of

Onbekend, visueel zijn

Sectional radiator, straling-

straling/convectie

radiatoren te zien

convectieaandeel onbekend

verwarmer

Type verwarmer

Boiler

Onbekend

Rendement van

cop

Onbekend

Onbekend

uren

Koeling is niet van

Koeling is niet van toepassing

toepassing op het model

op het model

Ventilatie

koeling

verwarmer voorkoeling Systeemrendement

cop

N.v.t.

Onbekend

Minimale koeltemperatuur

°C

N.v.t.

Onbekend

Minimale luchtvochtigheid

g/g

N.v.t.

Onbekend

Koeler

Type koeler

N.v.t.

Onbekend

Rendement van koeling

Cop

N.v.t.

Onbekend

Ventilatiesysteem

A,B,C of D

a.d.h.v. lucht-

Aan de hand van

behandelingsinstallatie te

luchtbehandelingsinstallatie

bepalen, systeem D

te bepalen, systeem D

Onbekend

Maximaal debiet te bepalen

Ventilatiedebiet

Ach/h of debiet per persoon

aan de hand van het debiet per inblaas

Nachtventilatie

Aan of uit

Onbekend

Onbekend

Ventilator type

Toevoer of afvoer

Onbekend

Bekend per inblaas

Ventilatordruk

Pa

Onbekend

Onbekend

Ventilator efficiëntie

%

Onbekend

Onbekend

WTW

Sensible / enthalpy

Onbekend,

Onbekend,

luchtbehandelingskast

luchtbehandelingskast met

met toe- en afvoer

toe- en afvoer aanwezig

aanwezig. Type van de

Verlichting

kast is bekend. WTW rendement

Factor

Onbekend

Onbekend

Vermogen

W/m²/100Lux

De verlichting is niet

De verlichting is niet

aanwezig in het model

aanwezig in het model

Radiant fraction

Factor

N.v.t.

N.v.t.

Visible fractrion

Factor

N.v.t.

N.v.t.

Daglichtregeling

Geen, linear,

N.v.t.

N.v.t.

Aantal stappen

N.v.t.

N.v.t.

Verlichtingsterkte

N.v.t.

N.v.t.

N.v.t.

N.v.t.

linear/off, stepped

Vermogen

W/m²

werkplekverlichting

42


Bijlage 9 Gegevenstabel installaties kantoorgebouw

Ventilator

Type

Toevoer/afvoer

Ja

Fan efficiency

fractie

Nee

Pressure rise (Pa)

Pa

Nee

Minimum flow rate

Fraction of fixed

Nee

Fractie of m³/s

Fixed, m³/h

Motor efficiency

Fractie

Nee

Motor in airstream

Fractie

Nee

Fan coëfficiënt 1

Coëfficiënt

Nee

Fan coëfficiënt 2

Coëfficiënt

Nee

Fan coëfficiënt 3

Coëfficiënt

Nee

Fan coëfficiënt 4

Coëfficiënt

Nee

Fan coëfficiënt 5

Coëfficiënt

Nee

Divers

-

Een verwarmingsbatterij in de LBK kan

input method for fan power Minimum flow fraction for fan power

fraction

Verwarmingsbatterij

niet apart gemodelleerd worden, deze hoort in de algemene tab van de LBK. Regeling installatie

Divers

-

De regeling van een installatie kan niet in het model verwerkt worden.

Warmteterugwinning

Nominal supply air

M³/s

ja

W

Ja

Supply air outlet

No of yes inclusief

Nee

temperature

setpoint

flow rate Nominal electric power

control Heat exchanger

Plate of rotary

Nee

Yes of no

Nee

Effectiveness

Factor van affectiviteit

Een vaste waarde, geen onderscheid in

sensible

bij 75% en 100%

sensible en latent

type Economiser lockout

warmte- en koude luchtstroom Effectiveness

Factor van affectiviteit

Een vaste waarde, geen onderscheid in

latent

bij 75% en 100%

sensible en latent

warmte- en koude luchtstroom Frost control

No of yes inclusief type

Nee

Heat recovery

Tijdschema

Nee

operation

43

Met dank aan de meewerkende partners in dit project:

Alferink-Schieveen, Arcadis, Balance & Result, BIMming Business HvA, Bouwbedrijf Broekman, Bouwen.nl, CAD Service Buro, Cadac Group, Dantuma Wegkamp, De Haan Ec, Goudstikker de Vries, Grontmij, Hogeschool Zeeland, Kubus, Meijer & Joustra, Nederlandse Installatie Adviesgroep, Nieman Raadgevende ingenieurs, Oadis BIMlab, Openbaar Belang, Pionplus, Roelofs, Rollecate, Schutte Bouwbedrijf, van der Sluis, Smelt Architecten, STUMICO, Syntens, Ter Steege Bouw, Trebbe, Unica Installatie Techniek, Veccins 3d, Witteveen en Bos, Zeep Architecten en Zehnder.

Postbus 10090 8000 GB Zwolle Bezoekadres Windesheim Campus 2-6 8017 CA Zwolle

Postbus 7000 7500 KB Enschede Bezoekadres M.H. Tromplaan 28 7500 KB Enschede

www.windesheim.nl/area-development

www.techforfuture.nl

Met TechForFuture maakt Oost-Nederland haar innovatie- en groeiambities in HTSM waar 48 •

TechForFuture, een initiatief van Saxion en Windesheim

Energiesimulatie in het ontwerpproces met bouwinformatiemodellering

Recommend Documents