SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET. Blažena Zrnić DIPLOMSKI RAD

Transcription

1 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET Blažena Zrnić DIPLOMSKI RAD Zagreb, rujan 2017 god.

2 SVEUČILIŠTE U ZAGREBU GRAĐEVINSKI FAKULTET MOGUĆNOST KORIŠTENJA BIM-A ZA PROJEKTIRANJE ZGRADA GOTOVO NULTE POTROŠNJE ENERGIJE Blažena Zrnić Kolegij: Građevinska fizika Mentor: doc.dr.sc Bojan Milovanović Zagreb, rujan 2017.

3 IZJAVA O IZVORNOSTI: Izjavljujem da je moj diplomski rad izvorni rezultat mojeg rada te da se u izradi istoga nisam koristila drugim izvorima osim onih koji su u njemu navedeni. Zagreb Zrnić Blažena, univ. bacc. ing. aedif. 3

4 SADRŽAJ 1.SAŽETAK SUMMARY POPIS SLIKA POPIS TABLICA UVOD BIM BIM projekt BIM element Zrelost BIM-a Intergralno projektiranje Formati za razmjenu podataka IFC MVD za IFC 2x MVD za IFC BIM I ODRŽIVA GRADNJA ZG0E Od BIM-a do BEM-a Automatska i poluautomatska rješenja u BEM projektiranju Prostorne granice TEHNIČKI OPIS ZGRADE Vanjski zidovi Površine pročelja sa i bez otvora prema stranama svijeta PRORAČUN REZULTATI PRORAČUNA U PROGRAMU KI EXPERT PLUS REZULTATI PRORAČUNA U PROGRAMU AX Usporedba normi HRN EN 12831:2017 i HRN EN ISO 1379 HRN EN 12831: Standardna metoda proračuna prema HRN EN 12831: Norma HRN EN ISO ANALIZA ZAKLJUČAK: LITERATURA:

5 1. SAŽETAK Ovaj rad se bavi istraživanjem mogućnosti povezivanja BIM projektiranja i koncepta zgrada gotovo nulte potrošnje energije na primjeru obiteljske kuće u Zagrebu. Predstavljen je pregled stanja istraživanja u BIM i BEM projektiranju te je dan proračun građevinske fizike u programu KI Expert Plus koji je usklađen s aktualnom hrvatskom zakonskom regulativom temeljenoj na normi HRN EN 13790, i usporedno u programu AX 3000 na temelju BIM modela izrađenom u programu Allplan Taj proračun bazira se na normi HRN EN ISO Norma HRN EN računa ukupno projektno toplinsko opterećenje na temelju kojega se dimenzioniraju sistemi za grijanje i dok norma HRN EN ISO određuje godišnju potrošnju energije dovedenu do primarne energije.iako je izlazni oba programa daju isti izlazni parametar njegove se vrijednosti razlikuju. U radu su istraženi razlozi razlike kroz analizu metodologije proračuna. Ključne riječi: BIM, BEM, Allplan, AX3000, ZG0E, održiva gradnja 2. SUMMARY This paper deals with the exploration of the possibility of connecting the BIM design and building concept to almost zero energy consumption on the example of a family home in Zagreb A literature overview in BIM and BEM design was presented along with the calculation of building physics in the programs KI Expert Plus, which is in line with current Croatian legislation based on HRN EN along with with calculation in AX 3000 based on the BIM model developed in Allplan This calculation is based on HRN EN ISO HRN EN standard calculates the total project heat load on which the heating systems are dimensioned and while the HRN EN ISO norm determines the annual energy consumption brought to primary energy. While both outputs programs give the same output parameter its values differ. The reasons for the differences are explored in this paper by analyzing the methodology of the budget. Keywords: BIM, BEM, Allplan, AX3000, NZEB, sustainable building design 5

6 3. POPIS SLIKA Slika 1 Broj radova koji se bave BIM-om od godine do rujna Slika 2 Dijagram toka projektiranja BIM projekta Slika 3 Hijerarhijska struktura BIM uloga Slika 4 Bew Richards model zrelosti BIM-a Slika 5. Udio ukupne potrošnje u zgradarstvu u godini u ukupnoj potrošnji finalne energije Slika 6 Povijesna potrošnja i projekcije potrošnje energije u Republici Hrvatskoj do 2020.godine Slika 7 Prostorne granice prve vrste za svaki prikazani prostor Slika 8 Prikaz prostornih granica druge razine Slika 9 Trodimenzionalni prokaz prostornih granica druge razine za prostor Slika 10 Prikaz BIM modela analizirane kuće Slika 11 Južno pročelje kuće Slika 12 Istočno pročelje Slika 13 Sjeverno pročelje Slika 14 Zapadno pročelje Slika 15 Tlocrt prizemlja Slika 16 Tlocrt kata Slika 17 Tlocrt krova Slika 18 Unos ulaznih podataka za proračun u programu AX Slika 19 Izbornik u programu AX Slika 20 Prikaz postupka proračuna prema HRN EN 12831:

7 4. POPIS TABLICA Tablica 1 Programi korišteni u grupama -Open-Platform BIM Tablica 2 Ostvarena potrošnja i projekcije potrošnje energije Tablica 3 Geometrijske karakteristike kuće Tablica 4 Slojevi vanskih zidova Tablica 5 Sloj unutarnjeg zida Tip Tablica 6 Sloj unutarnjeg zida Tip Tablica 7 Slojevi poda na tlu Tablica 8 Slojevi međukatne konstrukcije Tablica 9 Slojevi krova Tablica 10 Površine etaža prizemlja i kata Tablica 11 Površine pročelja sa i bez otvora prema stranama svijeta Tablica 12 Rezultati proračuna opterećenja grijanja prema EN Tablica 13 Tablica za odabir koeficijenta za utjecaj toplinskih mostova prema HRN EN Tablica 14 Ovisnost iznosa koeficijenta nue o tipu zrakopropusnosti

8 5. UVOD Prelazak na BIM koncept projektiranja znači promjenu paradigme u svim strukama povezanima u procesu gradnje. Interoperabilnost, interdisciplinarnost kao i dizajn načina projektiranja postaju aktualni pojmovi koji pomiču granice onoga što nazivamo ''tradicionalni način gradnje''. Isto tako, suočeni s gorućim problemom zagađenja okoliša i potrošnje energije u zgradarstvu europska Direktiva o energetskim svojstvima zgrada 2010/31/EU određuje da su sve države članice dužne osigurati da do 31. prosinca sve nove zgrade budu zgrade gotovo nulte energije, a sve nove zgrade u kojima borave i koje posjeduju tijela javne vlasti budu zgrade gotovo nulte energije nakon 31. prosinca koncept zgrada gotovo nulte energije de facto postaje novi standard gradnje. Pojmovi održive, zelene gradnje postaju sve aktualniji. Istraživači godinama pokušavaju naći načina da povežu ta dva koncepta u povezanu funkcionalnu cjelinu. Taj je trud urodio plodom kroz koncept Building Energy Modellinga ( BEM). Iako još daleko od potpune zrelosti poprilično je odmakao od svojih početaka. U narednim poglavljima prikazat će se pregled stanja istraživanja na temu BIM i BEM integralnog projektiranja kao i usporedba proračuna gređevinske fizike u programu AX3000 kao nadogradnja na dostupni BIM alat Allplan 2017 i KI Expert plus koji se kao trenutno jedini usklađeni s hrvatskom zakonskom regulativom koristi za potrebe energetskog proračuna i certificiranja. Zaključno, ukazat će se na razlike između vrijednosti parametara dobivenog proračunom. Iako se u hrvatskom gređevinarstvu promjene događaju sporo, sigurno je da će vrlo skoro BIM i zgrade gotovo nulte potrošnje energije postati normativ. 8

9 6. BIM Želimo li ići u korak s vremenom i tehnologijom u građevinarstvu svakako nailazimo na pojam BIM-a (eng. Building Information Modelling - BIM) i njegovu naglašenu ulogu u graditeljstvu budućnosti. Njegova premisa počiva na potpuno novom poimanju vizualizacije i interdisciplinarnosti kao odgovor na ekstremnu urbanizaciju kakvu svijet upravo doživljava. Njegovu aktualnost prikazuje i sve veći broj objavljenih članaka na temu u zadnjih 7 godina, kao što je vidljivo na Slici BROJ RADOVA GODINA OBJAVLJIVANJA Slika 1 Broj radova koji se bave BIM-om od godine do rujna Izvor: Science Direct Prema (1) je inteligentan prikaz arhitekture koji, da bi cjelovito prenio srž pojma zahtjeva šest ključnih karakteristika. 1) Digitalan prikaz 2) Prostorni prikaz (3D) 3) Mjerljivost 4) Razumljivost 5) Pristupačnost 6) Trajnost 9

10 ISO :2016 definira BIM kao '' korištenje zajedničkih digitalnih prikaza građevine (uključujući zgrade, mostove, ceste, procesna postrojenja itd.) kako bi se olakšali projektni, građevinski i radni procesi i stvorila pouzdana osnova za donošenje odluka. Akronim BIM također označava zajednički digitalni prikaz fizičkih i funkcionalnih značajki bilo kakvih građevinskih radova.'' (2) BIM je svakako višeznačan. Često se opisuje i kao (3) 1) ''Nova CAD'' paradigma ( u smislu poboljšavanja digitalnog prikaza) 2) Omogućavanje povezivanja sa alatima koji nisu bazirani na CAD pristupu 3) Metodologija (kako bi upravljali bitnim karakteristikama gradnje i projektnom dokumentacijom u digitalnom formatu kroz uporabni vijek) 4) Potpuno nova paradigma 5) Način suradnje baziran na načinu rada potpomognut digitalnim tehnologijama koji omogućavaju učinkovite metode projektiranja, stvaranja i održavanja dobara BIM je puno više od predstavljanja 3D modela i prebacivanja s papira u elektronički oblik. BIM pristup se promatra kao tehnologija i metodologija. Pogled na BIM kao multidimenzionalan alat za trodimenzionalan parametarski prikaz može se svrstati u 3D BIM, kao nadogradnja dvodimenzionalnog CAD planiranja, pri čemu uvrštavanje dimenzije vremena u pogledu rasporeda i faza gradnje čini 4D BIM, trošak (planiranje i procjena) 5D BIM, održivost (termalna analiza i studija utjecaja na okoliš) 6D BIM, te u konačnici dolazimo do pojma 7D BIM-a kao potpuno zrelog, razumljivog modela koji omogućava gospodarenje građevinom i održavanje kroz Facility Management (FM). Gledamo li BIM kao metodologiju on omogućava suradnju različitih struka u svim fazama vijeka građevine. Pomiče industriju prema potpuno suradničkom radu koji se definiraju prema razvojnim raznima. Kao i drugi novi pojmovi zahtjeva se i objašnjenje što BIM u tehnološkom smislu nije. BIM nije 1. Trodimenzionalan prikaz modela bez atributa (samo vizualizacija) 2. Modeli bez parametarske inteligencije 3. Modeli sastavljeni od višestrukih 2D CAD crteža koji se moraju kombinirati kako bi definirali građevinu. Nije moguće sa sigurnošću reći da će sastavljeni model biti reprezentativan, konzistentan i podložan daljnjoj analizi 4. Modeli koji omogućuju promjene dimenzija u jednom pogledu, ali ne mijenjaju automatski i ostale poglede 10

11 6.1. BIM projekt BIM projekt je standardni građevinski projekt na kojem je primjenjen BIM pristup, odnosno koji posebnu važnost daje razmjeni i iskorištavanju točnih i pravodobnih informacija u svim fazama projekta i među svim projektnim sudionicima. Na Slici 3 vidljiv je dijagram toka projektiranja BIM projekta koji preporuča Hrvatska komora inženjera građevinarstva. Slika 2 Dijagram toka projektiranja BIM projekta Izvor: HKIG, Opće smjernice za BIM pristup u graditeljstvu U BIM projektu prožimaju se nove projektne uloge kao što su BIM menadžeri, BIM koordinatori, BIM inženjeri, kako je predstavljeno na Slici 4. BIM projekt sadrži model u BIM softveru.alati i procesi su redefinirani kako bi se osigurao točan, kontinuiran, jasan i održiv projekt.(4) 11

12 Type equation here. Slika 3 Hijerarhijska struktura BIM uloga Izvor: HKIG, Opće smjernice za BIM pristup u graditeljstvu 6.2. BIM element Jedna od najbitnijih razlika između BIM-a i 3D modela je parametarski prikaz građevine koji se definira kao niz geometrijskih definicija i uz to povezanih podataka i pravila. Geometrija je integrirana, dosljedna i bez suvišnosti. Kada se geometrija prikazuje trodimenzionalno ne smije biti prikazana kroz više dvodimenzionalnih prikaza.. Parametarska pravila za građevine automatski mijenjaju pridruženu geometriju i svojstva prema promjenama. Primjerice dodatno armiranje zida mijenja težinu cijelog elementa kao i presjek. Takva pravila u definiranju također mogu identificirati kada neka promjena u zadavanju za posljedicu ima nemogućnost proizvodnje elementa u pogledu veličine, oblika i sl. Trenutna generacija BIM softvera poput Revita, Allplana, ArhiCADa i sl. je izrasla iz razvoja strojarskih rješenja kao mješavina akademskog istraživanja i industrijskog razvoja. Osnovna ideja je da se oblici i ostala svojstva mogu definirati i kontrolirati prema hijerarhiji parametara. Neki od njih ovise i o korisniku. U takvom pogledu na projektiranje umjesto definiranja elementa poput prozora zadaje se razred elementa koji je u odnosu i podložan pravilima poput paralelan u odnosu na, na udaljenost od i sl. Takvi odnosi omogućuju svakoj klasi elementa da varira prema vlastitim parametarskim i kontekstualnim postavkama. Alternativno, pravila se mogu definirati i kao zahtjevi koje model mora zadovoljiti čime se korisniku omogućuje da radi preinake za vrijeme čega se ispravnost modela automatski provjerava te se u slučaju kršenja pravila javlja obavijest. Modelu orijentiran pristup dozvoljava obje definicije. Dok se u tradicionalnom trodimenzionalnom CAD dizajnu svaki element geometrije unosi ručno kod parametarskog modeliranja svaka se promjena prilagođava kontekstu zadanom na višoj razini. (1) Odnosi moraju biti ustanovljeni ne samo unutar dijelova već i kroz dijelove kreirajući hijerarhiju dimenzionalne zavisnosti koji su automatski održavani kroz sistem.parametarsko zadavanje ukupne geometrije bitno je za razumijevanje ne samo BIM-a kao koncepta u projektiranju konstrukcije već i kao osnovne 12

13 postavke za energijsku analizu. U teoriji BIM pruža mogućnost podešavanja svih parametara koje bilo koja norma karakterizira kao nacionalno prilagodljive pa ih je moguće podesiti tako da odgovaraju bilo kojem nacionalnom dodatku čineći BIM prikladnim za korištenje u cijelom svijetu Zrelost BIM-a BIM je od svog nastanka do sadašnjeg trenutka pratio informatički napredak te se kroz razvoj softvera i zanimanje struke širila ideja o tome što sve BIM može postati. Zrelost ideje pratimo kroz 4 razine. Slika 4 Bew Richards model zrelosti BIM-a Izvor: preuzeto, prevedeno i prilagođeno iz PAS : Razina 0 BIM: Tradicionalan pristup izrade projekta i tehničke dokumentacije u dvodimenzionalnom obliku uz komunikaciju na papiru i elektroničkim putem. 2. Razina 1 BIM: Kombinacija trodimenzionalne CAD vizualizacije i dvodimenzionalnog pristupa izrade projekta i tehničke dokumentacije kroz proces izdavanja dozvola. Komunikacija se provodi elektroničkim putem. Na toj razini se trenutno nalazi većina organizacija iako još nije dosegnuta razina suradnje između različitih projektnih disciplina i faza. 3. Razina 2 BIM: Razina na kojoj se provodi BIM suradnja. Sve projektne strane koriste se vlastitim 3D modelom i ne rade nužno na istom zajedničkom modelu. Suradnja između disciplinama ostvaruje se između zajedničkog formata datoteke te je taj aspekt suradnje ključan za ovu razinu. Svaka organizacija koja primjenjuje takav format i način suradnje u stanju je kombinirati te podatke s vlastitima u cilju objedinjenja BIM modela te provedbe potrebnih provjera modela. Naglasak je na mogućnosti bilo kojeg softvera da izveze svoj proizvod u neki format datoteke koji je zajednički suradnicima na projektu. Koriste se slijedeći formati: IFC (Industry Foundation Class), gbxml i dr. 4. Razina 3 BIM: Razina koja se trenutno smatra vizionarskom. Ideja ove razine je da prezentira kompletnu kolaboraciju svih struka uz pomoć zajedničkog modela koji se 13

14 nalazi na centralnom repozitoriju. Svrha ovog sustava je da sve strane mogu pristupiti modelu i uređivati ga, a kao prednost ističe se uklanjanje završnog sloja rizika konflikta informacija. Također, ova razina poznata je pod nazivom Open BIM. (4) Kako bi se s trenutno postojeće razine 2 došli do razine 3 bitno je razumjeti trenutnu problematiku koja onemogućava da razina 3 postane stvarnost. Najvažniji su: 1. Prihvaćanje integralnog projektiranje kao osnovnog pristupa u svakom projektu 2. Standardizacija formata za razmjenu podataka i s time povezana interoperabilnost programa 6.4. Intergralno projektiranje Logično je pretpostaviti da je sa dostupnošću naprednijih alata za interdisciplinarnu suradnju došlo do kvalitativnog pomaka u istoj, no kako vidimo kod (5) integrirano projektiranje je u praksi do jedne razine shvaćeno olako. Dovoljno je da je projekt stvoren nekim od BIM alata da bi bio shvaćen ''integralnim'' bez obzira na stvarne interdisciplinarne podatke. O primjeni BIM-a mnogo više govori samo projektiranje procesa nego sam građevinski model li njegova svojstva. Na tehnološkoj razini postavlja se pitanje sučelja izmjene interdisciplinarnih podataka kao i heterogenosti baze podataka različitih softvera i upravljanja velikom količinom podataka. Svaka struka treba svoje individualne informacije, stručni jezik se razlikuje kao i načini prikaza građevine. (6). Rani razvoj BIM-a se najviše fokusirao na rješavanje problema interoperabilnosti i učinkovitu razmjenu podataka, dok se trenutno napor ulaže na promjenu u načinu planiranja prema integriranom projektiranju koji se ne veže samo na tehničko rukovanje već i na procesna pitanja (7) Kao što je pokazala studija (7) trenutne prednosti i nedostaci integriranog BIM projektiranja mogu se svrstati u slijedeće kategorije 4.1. ljudi (problem znanja i stručnosti) 4.2. proces (tempiranje, ugovori, uloge sudionika) 4.3. tehnologija (softver) U studiji je sudjelovala generacija od 40 studenata na bečkom Tehničkom sveučilištu u Beču (TU Wien) i sedam razvojnih stručnjaka za BIM softver. Podjeljeni su u timove tako da je svaki tim sadržavao barem jednog arhitekta, inženjera kontrukterskog usmjerenja i usmjerenja za građevinsku fiziku. (Slika pregled timova i programa u kojima su radili. ) 14

15 Tablica 1 Programi korišteni u grupama -Open-Platform BIM Izvor: (7) Prilikom suradnje koristila su se dva modela za prikaz IFC 2X3 i One Platform BIM (koji funkcionira sa jednom sofverskom platformom u ovom slučaju to se odnosi na Nemetschek (Allplan) i Autodesk (Revit)), te se analizirala betonska uredska zgrada u Beču u kojoj radi 300 zaposlenih, u kojoj se tražilo da energija za grijanje bude manja od 50 kwh.m-2.a-1. Kroz vodstvo mentora projektu se prisupilo kao da se radi o tržišnom projektu u stvarnoj tvrtki. Studija je trajala cijeli semestar. Rezultati su na kraju pokazali da proces planiranja koji podržava BIM zahtijeva temeljitu koordinaciju i standardizaciju kako bi se postigle potpune koristi. I vlasničko i otvoreno sučelje za razmjenu podataka suočeni su s velikim problemima u tumačenju geometrije, što često zahtijeva potpuno preoblikovanje arhitektonskog modela u specifičnom modelu struke. Neke softverske kombinacije su čak i nekompatibilne, što bi se trebalo razmotriti na početku planiranja kako bi se spriječili visoki troškovi.(7) Nadalje, pokušaji stvaranja modela zgrade za potpunu interdisciplinarnu upotrebu i dalje su suočeni s mnogim proturječnostima kao primjerice kod linija zidova, višekatnih građevinskih elemenata (stupovi, pročelja ili dizala) i mnogih drugih. Čini se da se trenutno, bez obzira na to kako se gradi arhitektonski model, problemi javljaju u jednoj ili drugoj uključenoj disciplini - bez obzira na korištenu softversku okolinu i razinu vještina projektanta. Osim svih tehničkih pitanja koja se tiču sučelja za razmjenu podataka, čini se da je sporazum o tome kako BIM model treba biti stvoren i dalje jedan od najosjetljivijih pitanja za uspješan proces planiranja podržanog BIM-om. Analiza stabla pogrešaka pokazala je da je BIM korišten u eksperimentu još uvijek jednosmjeran BIM. Način kako pojedine struke vraćaju informacije u osnovni model je sasvim drugačiji građevinska fizika to trenutno može obaviti samo putem komunikacije (izvješće, pošta, sastanak, program za proračun fizike koji ne podržava BIM). Za konstrukciju bi se u većini slučajeva izmjena mogla provesti digitalno u početnom modelu. Način na koji bi se podaci trebali vratiti u originalni model i dalje je nepoznat postavljajući pitanje prava 15

16 na promjenu modela i uvođenje nove struke za planiranje kao što je BIM-manager.Softverski paketi temeljeni na BIM-u koji u potpunosti podržavaju integriranu, interdisciplinarnu plansku praksu i holistički prostup usmjeren na životni ciklus su još uvijek rijetkost. Jednostavna rješenja za arhitekturu i konstrukterstvo, MEP (strojarstvo i elektrotehniku), optimizacija energije, izračun troška i životnog ciklusa nisu dostupna za potrebe prakse planiranja i politike gradnje kakva je trenutno u središnjoj Europi. Zbog različitih odnosa i promjena interesnih skupina svaki novim projekt mora se zadovoljiti različitim kombinacijama softverskih alata Formati za razmjenu podataka Kao što je prethodno naglašeno bitna odlika BIM-a su ne samo izvrsna softverska podrška svakoj od AEC (Arhitecture, Engineering, Construction) struka već i njihova međusobna stalna i nesmetana komunikacija. Za te potrebe razvijeni su mnogi formati i platforme od kojih svaka ima prednosi i nedostake te se koristi za specifične potrebe. Najvažniji među njima je IFC IFC Temeljni industrijski razredi, prema originalnom nazivu Industry Foundation Classes- IFC, predstavljaju model podataka, odnosno neutralnu i otvorenu specifikaciju koja nije pod nadzorom jednog ili skupine proizvođača. IFC shemu podataka razvio je Međunarodni savez za interoperabilnost (IAI) u nastojanju da se uspostavi standardna i sveobuhvatna shema podataka za arhitekturu, inženjerstvo i izgradnju virtualnih okruženja industrijskih elemenata (npr. vrata, prozori, zidovi itd.). Umjesto da samo 3D grafički prikazuju te elemente, IFC elementi su "pametni elementi" s različitim informacijama koje su im pridružene, uključujući svojstva materijala. IFC informacije su za razliku od geometrije, bazirane na elementima. Geometrija je jedan od mnogih dijelova informacija dodijeljenih elementima. U razvoju IFCa, IAI je nastojao stvoriti javnu shemu podataka koja bi mogla biti uobičajena vrsta datoteke među različitim strukama u AEC industriji. IFC se također može koristiti tijekom upravljanja elementima kako bi se olakšala izgradnja (8) IFC je možda ključ suradnje unutar životnog ciklusa BIM projekta. Njegova jedina stvarna alternativa danas je standardizacija na vlasničkom formatu pri čemu trenutno traje rasprava treba li standard za sve formate svih struka postaviti grupacija poput Autodeska i Nemetscheka ili bi bilo bolje da to bude buildingsmart kao besplatna javna platforma. Odgovor se nazire u sve većoj potražnji investitora za buildingsmart rješenjem. IFC modeli sadrže strukturu geometrijskih i ne-geometrijskih podataka. Ti se podaci mogu prikazati, analizirati i mijenjati na različite načine u više softverskih aplikacija. Sadrže geometriju zgrada i podatke o građenju, uključuju "sve" ili podskup informacija koje su sadržane u izvornim BIM datotekama. Pretvaranje i izvoz izvornih podataka u IFC datoteku način je prijenosa podataka iz jedne aplikacije u drugu. Format razmjene je otvoren, slobodan i dobro dokumentiran. Kroz IFC sučelja za izvoz i uvoz koji su u skladu s IFC standardom, dobavljač aplikacija može pružiti interoperabilnost sa stotinama drugih BIM alata i domene aplikacija. Upotreba IFC-a danas je najčešća u fazi projektiranja i izgradnje. U fazi projektiranja glavna je upotreba vizualizacija dizajna i otkrivanje mogućih sudara u projektiranju. Projektantski 16

17 tim može referencirati ili spajati modele bez obzira na podrijetlo aplikacije na isti način na koji su DXF datoteke zamijenile (XREF) CAD datoteke u prošlosti (ili ručne nacrte prije toga). Osim referenciranja modela iz drugih struka, IFC datoteke se koriste za uvoz podataka iz jedne aplikacije u drugu. BIM predmeti s geometrijom, podacima i rasporedom mogu se izvesti iz aplikacije iz koje potječu, a zatim uvesti u drugu za daljnje oblikovanje ili analizu. U fazi projektiranja i izgradnje svaka struka obično ima svoj vlastiti model. Modeli se spajaju ili upućuju na zadatke koordiniranja projektiranja i proizvodnje. Ovdje do izražaja dolazi parametarsko zadavanje elemenata koje višestruko skraćuje vrijeme. Problem je međutim, što u procesu prijenosa trenutno dolazi do velikih gubitaka. U većini slučajeva u Hrvatskoj, nažalost, IFC trenutno znači zajedničku vizualizaciju svih struka, koja iako veliki napredak u odnosu na prije ne znači uspješan prelazak na novu paradigmu i pravo korištenje BIM-a kao alata. Teoretski, neke bi se prilagodbe mogle činiti samostalno uz dovoljno poznavanje programskog jezika i sheme koja stoji iza IFC modela. IFC u svom zajedničkom obliku je običan tekst ASCII datoteke. Shema definira kako se običan tekst pretvara u agregatne elemente s odnosima i vrstom nasljeđivanja. Čak i ako su informacije donekle čitljive, softverske aplikacije su te koje su kreatori korisnici sadržaja datoteka. Format same IFC datoteke temelji se na ISO :2016 pod nazivom "STEP-datoteka''. IFCXML format datoteke koristi isti model podataka kao "normalni" ifc format, ali umjesto ascii prikaz datoteke je predstavljen kao xml dokument. Imajući to na umu xml dokument može značiti lakšu razmjenu podataka između strojeva. Također je lakše direktno upravljati modelom. Međutim, takva praksa nije široko prihvaćena. Budući da su IFC i IFCXML datoteke tekstualne datoteke i sadrže puno podataka, oni su idealni kandidati za kompresiju. Pomoću alata za komprimiranje poput "zip" ili "rar" obično se postiže između 80% i 90% smanjenje veličine datoteke. IFCZIP je standardiziran kao format datoteke u kojem su korišteni određeni algoritmi kompresije i uključena je samo jedna ifc (ili ifcxml) datoteka. IFC shema postoji u različitim verzijama i stalno se razvija. Dvije verzije koje su trenutačno relevantne su IFC 2x3 i IFC 4 (prve verzije nosile su imena 1,0, 1,5, 1,5,1, nakon kojih su slijedile 2x, 2x2 I 2x3, a naposljetku najnovije izdanje pojednostavnilo je imenovanje tekuće verzije u IFC4, nakon čega slijedi IFC5 ). Iako IFC 2x3 nije najnovije izdanje, to je i inačica koja je i danas najčešće u uporabi, i vjerojatno će ostati dominantna verzija u bliskoj budućnosti. Razlog za to je djelomično u tome što vodeći BIM alati trebaju vremena kako bi implementirali podršku za najnoviju verziju. Također, mnogi projekti u tijeku koriste BIM izvršne planove koji navode da format razmjene treba biti IFC2X3. U ovom trenutku izrađuje se bolja podrška za IFC4, dok je IFC5 u fazi razvoja. Cilj IFC-a je opisati zajedničku shemu za razmjenu svih podataka koji se mogu razmjenjivati između BIM alata. Međutim, nije potrebno izmijeniti sve podatke svaki put kada se radi između dva alata. Podskup potrebne količine ovisi o procesu koji se u tom trenutku odvija. Ovaj podskup sheme naziva se Model View Definition (MVD). Važnost MVD-a je u tome što podskup ''sreže'' model i čini ga boljim za biranje informacija koje su stvarno bitne. Korištenje pojedinog MVD-a je naročito korisno u pravnom slučaju kada je puni model poslovna tajna. 17

18 MVD za IFC 2x3 IFC2X3 Koordinacijski prikaz (verzija 2) (eng. IFC2x3 Coordination view 2.0 ) najčešći je oblik izvoza trenutno u upotrebi. Korištenje ovog MVD-a je vrlo općenito. Koristi se za kombiniranje modela za vizualizaciju i otkrivanje sukoba. Važno je napomenuti da ovaj MVD ima mogućnost nadogradnji koji nisu dostupni u početnoj verziji. Nadogradnja za prostorne granice (eng. space boundary SB) primjerice dodaje "odnose elemenata građevine u prostoru''. Svrha ovog dodavanja izvorno je podrška toplinskoj i energijskoj analizi. Ukidanje suvišne količine podataka dodaje mogućnost izvoza baznih veličina za sve prostorne i strukturne elemente. 2D prikaz podržava dodatne prikaze i napomene uz 2D elemente koji mogu biti važni za generiranje tlocrta. Uz spomenutu nadogradnju postoje još mnoge poput onih za izvoz i uvoz strukturnih modela iz jednog programa u drugi i nadogradnji u službi održavanja (facility management FM) koji su u odnosu s COBie formatom MVD za IFC4 U ovom slučaju vrlo općenit IFC2x3 Coordination view 2.0 zamjenjen je sa dva MVD-a koji se koriste za dvije odvojene svrhe. Prvi je IFC4 referentni pogled koji se razvija u smjeru u kojem cjelokupan projekt treba teći te je izrađen u BIM alatu. Podskup (dio) modela se izvozi te korisnik koristi podatke da bio obavio svoj dio posla na modelu, ali neće mijenjati ukupni model već mora tražiti odobrenje za svaku trajnu preinaku. Drugi pogled je IFC4 promjenjivi pogled služi kada je potrebno manipulirati i uređivati dijelove modela koji zahtijevaju doradu. Osim IFC-a razvijeni su i drugi formati koji, svaki u svome području, kompletiraju BIM projektiranje BIM i održiva gradnja ZG0E U različitim dijelovima svijeta iz različitih socio-ekonomskih razloga prevagnuli su različiti koncepti '' zelene'' ili '' održive'' gradnje, ali svima im je u korijenu želja da se riješi problem pretjeranog zagađenja planeta i crpljenja neobnovljivih izvora energije kroz uštede i kvalitetniju gradnju. Građevni sektor koristi gotovo 40% ukupne svjetske potrošnje za energijom. (10) U Republici Hrvatskoj udio potrošnje energije u zgradama u cjelokupnoj neposrednoj potrošnji u godini iznosi 48,2 posto. (11) Na Slici 5 prikazana je raspodjela ukupne potrošnje finalne energije. 18

19 Slika 5. Udio ukupne potrošnje u zgradarstvu u godini u ukupnoj potrošnji finalne energije Izvor (11) U ovome radu projektiranje BIM alatima odnososit će se na na zgradu gotovo nulte energije (ZG0E). Zgrada gotovo nulte energije definirana je potrošnjom primarne energije za grijanje, hlađenje, ventilaciju, pripremu potrošne tople vode i rasvjetu, te minimalnim udjelom obnovljivih izvora energije u zadovoljavanju energetskih potreba zgrade. U odnosu na prosječan fond zgrada danas, zgrade približno nulte energije troše značajno manje energije. Osim sustava grijanja i hlađenja baziranog na OIE, zgrade približno nulte energije mogu imati i vlastiti sustav proizvodnje električne energije i biti povezane na distribucijsku mrežu kako bi se viškovi proizvedene energije mogli predati u mrežu (toplinsku i električnu) s ciljem da godišnja energetska bilanca zgrade bude čim bliže ili gotovo jednaka nuli.(12) Sukladno Direktivi o energetskim svojstvima zgrada 2010/31/EU po kojoj su države članice dužne osigurati da do 31. prosinca sve nove zgrade budu zgrade gotovo nulte energije, a sve nove zgrade u kojima borave i koje posjeduju tijela javne vlasti budu zgrade gotovo nulte energije nakon 31. prosinca koncept zgrada gotovo nulte energije de facto postaje novi standard gradnje. U tom svjetlu nacionalni cilj povećanja energetske učinkovitosti izražen kao apsolutni iznos neposredne potrošnje energije u godini iznosi 291,3 PJ (6,96 Mtoe) odnosno kao apsolutni iznos primarne energije u godini iznosi 448,5 PJ (10,71 Mtoe), što je ambiciozan cilj za sve grane gospodarstva. Tablica 1 i Slika 5 prikazuju projekcije i potrošnju energijeu svim sektorima u Republici Hrvatskoj prema Četvrtom nacionalnom akcijskom planu energetske učinkovitosti u razdoblju do

20 Tablica 2 Ostvarena potrošnja i projekcije potrošnje energije Izvor (12) PJ Potrošnja primarne energije Neposredna potrošnja energije Ostvareno Projekcija ,9 451,5 398,8 448,5 303,4 300,9 275,2 291,3 Slika 6 Povijesna potrošnja i projekcije potrošnje energije u Republici Hrvatskoj do 2020.godine Izvor (13) Sama po sebi obaveza gradnje ZG0E zgrada je regulativna i ne rezultira uštedom, ali će se njezin utjecaj pratiti kroz Sustav za praćenje, mjerenje i verifikaciju ušteda energije (SMIV).(13) Od BIM-a do BEM-a Kako je istovremeno porastao interes za temu BIM-a i racionalnom potrošnjom energije u zgradama logično je pitanje može li se paradigma BIM-a koristiti u proračunu građevinske fizike. BIM modeli su veliki i složeni i trenutno malo važnosti stavljaju na značajke održive gradnje, ali zbog sposobnosti dijeljenja multidisciplinarnih informacija BIM ima potencijal za povećanje učinkovitosti u analizi energetskog svojstva građevina. 20

21 BEM (eng. Building Energy Modelling) se također naziva energetskim modelingom ili simulacijom. BEM-om se naziva korištenje softvera za modeliranje građevina koji računaju toplinsko opterećenje i predviđaju korištenje energije u građevinama. BEM se općenito koristi u fazi projektiranja ili analizi prethodne potrošnje postojećih zgrada kroz arhitekturu, HVAC sistem i korisničko ponašanje. BEM softveri često kao ulazne podatke uzimaju: Lokaciju građevine Geometriju Materijale utrošene pri gradnji Rasvjetu, konfiguraciju HVAC sustava Namjenu zgrade i način korištenja, uključivo raspored boravka u građevini, postavke termostata i slično Osim gore navedenih podataka koriste se i dodatne infomacije poput vremenskih zona koje se potom uzimaju u obzir u fizikalnim jednadžbama kako bi se izračunalo toplinsko opterećenje potrebno za održavanje ugodne klime, odgovor HVAC sistema na takva opterećenja i rezultirajuću energijsku potrošnju građevine. Tradicionalan, ručni razvoj BEM modela često je zahtjevan i sadržava mnogo grešaka što neminovno podiže cijenu projekta.(14) BEM softver kao što je Energy Plus ima sličnosti sa softverima dostupnima na hrvatskom tržištu poput EnCerta i KI Experta u vidu izračuna građevinske fizike, no velika razlika je u tome što se BEM koristi u kombinaciji sa softverom koji omogućuje trodimenzionalan prikaz. Na taj način čak i softver poput SketchUp-a može služiti za prikaz energetskih svojstava građevine. S time na umu logična je težnja povezivanja BEM i BIM koncepta u projektiranju. Nedavna istraživanja predlažu vezu između BIM-a i BEM-a u vidu povezivanja kroz BEM knjižnice materijala na način koji omogućuje projektantima da izrade BEM model kroz korištenje podataka iz BIM modela. Takve bi se knjižnice koristile na novim građevinama jer je prikaz postojećih zgrada naročito težak zbog činjenice da BEM geometriju često projektiraju struke koje nisu specijalisti za građevinsku fiziku. (14) Automatska i poluautomatska rješenja u BEM projektiranju Postoji nekoliko alata za poluautomatsku ili automatiziranu analizu energije temeljenu na BIM-u. Tvrtka Schlueter i Thesseling razvila je prototipni alat DPV (Design Performance Viewer, DPV) za arhitektonsko modeliranje u Autodeskovom Revit-u, namijenjenom za izračunavanje energije i eksergije u početnim fazama prijektiranja. Koristeći sučelje za programiranje primjene BIM-a (API) i Modelica-based BEM, Jeong et al. (15) predstavili su automatizirani okvir za simulaciju i vizualizaciju rezultata energijske analize u BIM softveru Revit, pružajući izravnu povratnu informaciju projektantima. Također integriran u Revit-u, BPOpt kombinira vizualno programiran parametarski BIM sa termalnim simulacijama i simulacijama dnevnog svijetla te je testiran na primjeru stambene zgrade, gdje su automatski prikupljeni podaci iz BIM modela korišteni za smanjenje potrošnje energije uz maksimiziranje primjene dnevnog svjetla, prema zahtjevima LEED-a certificiranja, ali ima značajne manjkavosti u vidu interoperabilnosti sa BIM i BEM softverima (Revit i Green Building Studio) kao i softverima za simulaciju dnevne svjetlosti (Autodesk Rendering Service) i optimizaciju ( Optimo s implementacijom NSGA-II) (16) Za razliku od One- Platform BIM rješenja Lawrence Berkeley National Laboratory razvio je Space Boundary Tool (SBT) za poluautomatski proces transformacije BIM u BEM modele koristeći javni pristup kroz IFC, pružajući tako neutralniji način rada. D. Welle i sur. (17) Ahn et al.(18) 21

22 također su stvorili alate temeljene na IFC-u koji omogućuju automatiziranu toplinsku simulaciju sa softverom EnergyPlus stvarajući ulazne podatkovne datoteke (IDF) koji sadrže geometriju, prostorne granice (SB) i informacije o materijalima iz BIM modela, s ciljem poboljšanja točnosti i vremena potrebnog za izradu BEM modela. S druge strane Cemesova et al. (19)predložio je alat za kombiniranje BIM IFC geometrije i informacija iz Passive House Planning Package (PHPP) alata za procjenu energijskog svojstva i donošenje odluka za PassivHaus certifikate. U svim navedenim studijama interoperabilnost i prijenos podataka kao i lakoća prijelaza iz BIM u BEM sistem igra ključnu ulogu u smanjenju potrebe za remodeliranjem i kreiranjem modela za energijsku analizu. Clarke i Hensen (20) tvrde da je ključno pitanje za integralno projektiranje način prijenosa informacija između alata, bez potrebe za pristupom različitim modelima BIM-a. Razmjena informacija od BIM do BEM softvera najčešće se osigurava putem već spomenutog referentnog standarda IFC i formata podataka gbxml (green building extensible markup language) koji je razvijen za domenu simulacije energije i stoga je podržan od strane mnogih alata za analizu. Detaljno ispitivanje svojstava, usporedba i ograničenja dvaju pristupa opisana su u (21),(22) S jedne strane gbxml je jednostavniji za razumijevanje i implementaciju od strane BEM programera, stoga alati za toplinsku simulaciju, kao što su IES-VE (23), EnergyPlus (24), equest (25) i slični koriste samo ovaj,a ne IFC uvoz. S druge strane, kontekstu razmjene podataka o zgradi IFC je jedino otvoreno ISO standardizirano sučelje (26) postajući time primarni BIM jezik koji može sadržavati više vrsta BIM informacija u svim strukama i fazama životnog ciklusa. Istraživači intenzivno istražuju sposobnosti i gbxml (27), (28) i IFC (29),(30) sheme, ali također istražuju pristupe koji ne obuhvaćaju ove formate (16),(31). Međutim, u okviru Open-BIM-a, korištenje standardiziranog prijenosa podataka olakšava prijelaz iz BIM-a u BEM. El Asmi i sur. (30) napravili su tehnološki osvrt na formate prelaska iz BIM-a u BEM i zaključili da čak i najnapredniji i najširi okviri nisu u stanju generirati pouzdane BEM modele iz BIM modela, a da pritom sadržavaju sve potrebne podatke. Važno je napomenuti da je unatoč dostupnosti IFC4 formata HVAC interoperabilnost i dalje ograničena, iako je ovo područje jedno od najvažnijih u tom pogledu. Eksperimenti pokazuju da je u pogledu veze između BIM-a i BEM-a čest problem prijenos podataka u vidu krive geometrije. BIM modeli sadržavaju veći broj podataka od onog koji je potreban i moguć za termalnu analizu. Primjerice BEM model uvezen iz BIM-a može sadržati velik broj termalnih zona (svaka soba je posebna zona) te su stoga potrebne metode za smanjenje broja informacija. Brojni geometrijski problemi modeliranja povezani s prijenosom podataka iz BIM-a u BEM-a imaju veze s pogrešnim prostornim granicama soba i termalnih zona, kao i pogrešnim tumačenjima neplanarne geometrije (7) što dovodi do duplikata ili manjkavosti elemenata i nepostojećih ili netočnih volumena (32). Operativni razlog je taj da se u arhitektonskim modelima soba identificira kao površina u m 2 specifične funkcionalne jedinice (unutarnje granice zidova) dok većina građevinskih energijskih modela treba granicu definirane termalne zone, koja uključuje središnju horizontalnu ili vertikalnu pregradu i ne uzima u obzir njihovu debljinu (33). To dovodi do nepravilnih analitičkih prikaza konstrukcije koju treba ručno pretvoriti radi daljnje upotrebe za simulaciju izvedbe (34).Nedavna studija pokazala je da veliki i složeni "realni" BIM modeli ne mogu u potpunosti biti prebačeni na BEM te je za željeni ishod potrebno primijeniti metodu pokušaja i pogreške.(35) Ukratko, poluautomatski i automatski procesi koji izvode BIM-BEM komunikaciju bez greške postoje, ali zahtijevaju softverske dodatke i programerske vještine uz posebnu 22

23 metodologiju projektiranje prilikom izrade BIM modela, svojstvo koje postojeći BIM modeli projektirani od strane građevinskih inženjera i arhitekata ne posjeduju. U praksi simulacijski stručnjaci prerađuju BEM modele temeljene na BIM modelu kako bi se mogli koristiti za analizu, uz što postoji opasnost od proizvoljnih definicija na temelju osobnog razumijevanja i stručnosti. Takva praksa doprinosi predviđanjima po kojima analize za potrošnju energije BEM modela često odstupaju od stvarnih izmjerenih podataka,kao u slučaju istraživanja (36) u kojemu je na primjeru složene uredske zgrade odstupanje bilo otprilike 30%. Teškoće koje opterećuju energijsko modeliranje i proces optimizacije mogu se pripisati nesigurnostima identificiranim u procesima integralnog projektiranja (37). Nesigurnosti pri modeliranju BIM modela i prateće analize javljaju se na jezičnoj razini (različita područja projektiranja raznih jezika struke) (38), kao epistemološke nesigurnosti (struktura modela i softverske / hardverske pogreške) (39),kao i nesigurnosti u planiranju (resursa i vremena) (40). Niti jedan od gore navedenih alata ili procesa nije pronašao široku primjenu u praksi zbog prethodno istraženih razloga - jaz između prijenosa znanja između sudjelujućih struka ili nedostatka strategija za rješavanje nesigurnosti kada se integrirana energijska modeliranja primjenjuju unutar procesa projektiranja. Da bi se istražila mogućnost ostvarenja tog cilja bitno je razumjeti kako se problematika proračuna građevinske fizike razlikuje od onog konstrukterskog. (41) Kako je već spomenutno IFC je uz gbxml jedan od najčešćih načina ''prijevoda'' BIM modela u BEM te kao takav zahtjeva detaljnije objašnjenje. Prije svega kritičan dio razumjevanja ove transformacije je razumijevanje pojma prostornih granica (eng. Space Boundaries (SB)) Prostorne granice Softveri koji simuliraju performanse zgrada imaju zajedničku karakteristiku: pretpostavljaju da je sav prijenos i protok energije kroz građevinski element isključivo okomit na površinu kroz koju prodire. Dvodimenzionalni i trodimenzionalni prijenos i protok uvijek su "izvan opsega" i zanemareni su. Većina alata za simulaciju i analizu definira geometriju zgrada kroz sustav površina (tj. površina koje ocrtavaju zidove, ploče, krovove, stupove, grede, prozore i vrata) koji su svi dio definicije prostora i / ili zona identificiranih u modelu zgrade. Takve površine nazivaju se "prostorne granice" (eng. Space Boundaries (SB)) i kritičan su dio definicije geometrije građevine alata koji nisu u domeni CAD projektiranja. Prostorne granice dolaze u "parovima": jedna definira unutrašnjost, a druga vanjsku stranu određenog zida, ploče, krova, stupa, grede, prozora ili vrata. Izuzetak su vanjski zidovi, ploče, krovovi, prozori i vrata - zbog načina na koji se alati za simulaciju i analizu obično bave vanjskim površinama (vanjski se prostor ne može modelirati kao prostor ili zona), oni imaju samo jednu prostornu granicu koja odgovara njihovim unutarnjim površinama. Prostorne granice su poligoni s vanjskim ili unutarnjim normalama koje definiraju smjer prijenosa ili toka kroz zadanu granicu prostora. Zone definirane u modelu obično sadrže nekoliko pojedinačnih prostora ili prostorija koji imaju jednake karakteristike kao i zona. Prostorne granice koje ocrtavaju zonu su granice pojedinačnih prostora koji čine tu zonu, ali kod pojedinih prostora koji pripadaju toj zoni i ne podudaraju se s graničnim površinama zone, one se zanemaruju (tj. izostavljaju) u definiciji zonske geometrije zgrade. Izvorna geometrija građevine, iz koje proizlaze granice prostora, obično se temelji na modelu proizvedenom u nekom od alata koji parametarski zadavaju modele ( programi koji se mogu smatrati BIM alatima. (42) 23

24 Bazjanac tvrdi da modeliranje energetskih svojstava obično uključuje ručnu rekreaciju originalne geometrije koji opisuje pojedini vid zgrade (npr. toplinski, akustični, požar ili neki drugi pogled), te može rezultirati definiranjem ulaznih podataka zida, ploče, krova, prozora, vrata i ostalih geometrijskih građevina za simulaciju, bez spoznaje da te definicije zapravo predstavljaju prostorne granice. Takav pristup ne slijedi nijedno utvrđeno pravilo transformacije podataka i obično je zbog toga nedosljedan i često netočan te je jedan od razloga zašto se simulacijski rezultati (poput rezultata sofisticirane simulacije energetske učinkovitosti zgrada) ne mogu jednostavno reproducirati. (42). Rad u kojem je ta teza prikazana često je citiran i služi za definiranje prostornih granica iako je izdan godine. Ham et al. (27) u tvrde da rezultati nedavnih energijskih analiza baziranih na BIM-u još uvijek odstupaju od stvarnog stanja jer simulacija počiva na BIM bazi podataka koja ima nedostataka, primjerice uzima prosječne vrijednosti svojstava materijala i ne promatra trajnosna svojstva (npr. degradaciju materijala kroz vrijeme). Kako bi se ta integracijska barijera uklonila BIM treba se razviti alat koji povezuje BIM bazu podataka i stvarna svojstva materijala. Prostorne granice se prema (42) dijele na 5 razina i iako svaka od njih predstavlja stvaran dio površine koji je potrebno uzeti u obzir prilikom ''prevođenja'' BIM-a u energijsku analizu zbog malog doprinosa ostalih granica, samo se granice prve i druge razine uzimaju u obzir Prostorne granice 1. razine Definirane su površinama građevinskih elemenata ograničavajući prostor (fizičke granice ) ili virtualnim površinama susjednog prostora bez razdjelnog zida. Ne uzimaju u obzir promjene materijala u elementima koje ograđuju ili različite prostore i zone iz zida ili ploče. Dijelimo ih na dva načina: virtualne ili fizičke i vanjske, unutarnje ili nedefinirane (unutarnje i vanjske). Prostorne granice 1. razine čine zatvoreni omotač oko prostora (sve dok je prostor u potpunosti zatvoren) i uključuju granice preklapanja koje predstavljaju otvore (ispunjene ili ne) u građevinskim elementima. Geometrijska veza za prostorne granice 1. razine može sadržavati lukove (tj. cilindričnu površinu) ili poligone (tj. izbočenu površinu s promjenama orijentacije). One prostorne granice 1. razine koje predstavljaju građevinske elemente (zid, ploče, stupci, grede) ne uključuju unutarnje petlje koje čine šupljine (npr. za otvore). Umjesto toga, postoje odvojene prostorne granice 1. razine koje predstavljaju takve otvore (koje mogu ali i ne moraju sadržavati vrata i prozore) preklapaju se i u istoj su ravnini s granicama prostora koji predstavljaju zid, ploču, stup ili gredu. Upotreba prostornih granica 1. razine je u vizualizacijskim alatima kako bi prikazali što je oku vidljivo u zoni ili prostoriji. Takvi alati ne uzimaju u obzir prijenos ili protok energije kroz modelirane površi. Na Slici 7 su prikazane prostorne granice prve razine za svaki prostor. Vidljivo je da svaki prostor ima jednu takvu prostornu granicu. 24

25 Slika 7 Prostorne granice prve vrste za svaki prikazani prostor Izvor: Crtež u programu Allplan Prostorne granice 2. razine Ako se modelira prijenos ili toplinski tok kroz građevne elemente (npr. zidove, ploče, stropove ili krovove) obavezno je definirati prostorne granice. Mora se osigurati da sva područja koja se definiraju kroz svoje površine posjeduju jedinstven i konstantan protok ili prijenos topline. Razlika u toplinskim ili drugim relevantnim uvjetima u zonama odijeljenim građevinskim elementom određuje brzinu prijenosa ili protoka topline kroz građevinski element. Na primjer, samo uzimajući u obzir toplinski tok koji je okomit na površinu zida kroz koji teče, razlika temperature (Δt) između susjednih zona određuje količinu topline koja prolazi kroz segment zida koji razdvaja susjedne zone. Međutim, budući da se temperatura u zoni do njih može razlikovati od one u prvotno promatranim zonama, brzina prijenosa ili protoka kroz segment zida koji razdvaja zone može se razlikovati od brzine prijenosa ili proći kroz segment zida. Dakle, gledano kroz zone, granica prostorije u prvoj razini je podijeljena na dva segmenta koji predstavljaju dvije različite brzine prijenosa ili protoka. Takve granice prostora predstavljaju drugu (2.) prostornu granicu. One još uvijek predstavljaju građevinske elemente koje omataju prostor, ali mogu primjerice sadržavati razliku u materijalu ili razlike u prostorima ili zonama s druge strane građevnog elementa (npr. dvije različite sobe s druge strane zida). Razlikujemo ih kao: virtualni ili fizički i unutarnji ili vanjski, pri čemu svaka granica koja je ujedno i unutarnja i vanjska mora biti podijeljena u segmente koji su ili jedno ili drugo. Geometrijska veza granica prostora na drugoj razini ograničena je samo na ravninske površine. To znači da se zakrivljene površine moraju segmentirati. Prostorne granice 2. razine predstavljaju obje strane površine za prijenos topline odvojene debljinom građevinskog elementa. Softver za toplinsku analizu ih kao takve može koristiti, ali se zahtjeva da su površine susjedne i da se kombiniraju tako da tvore jednu površinu za prijenos 25

26 topline Ovaj uvjet se postavlja kada se radi o površinama različite duljine (nepravilne zidne spojnice i zakrivljeni zidovi). Na Slici 8 tlocrtno su prikazane prostorne granice druge razine za isti primjer kao i prostorne granice prve razine. Vidljivo je da primjerice Prostor 2 ima pet prostornih granice druge razine, međutim kroz trodimenzionalni prikaz na Slici 9 uočava se da ih zbog stropa i poda ima sedam. Slika 8 Prikaz prostornih granica druge razine Izvor: Crtež u programu Allplan Slika 9 Trodimenzionalni prokaz prostornih granica druge razine za prostor 2 Izvor: Crtež u programu Allplan

27 Da bi se olakšala i standardizirala geometrijska razmjena podataka između IFC2x3 sheme i BEM-a buildingsmart razvio je MVD s nazivom Space Boundary Add-on View, dodatak definira prostorne granice za energijsku analizu (tj. prostorne granice druge razine), U IFC2X3 shemi se kroz unos "IfcRelSpaceBoundary" zadaje tip geometrije koju zahtijeva BEM. Weise i sur. (2011) (43) je razvio detaljnu smjernicu za provedbu ovog MVD-a. Štoviše, provedena je implementacija prostornih granica za IFC za energijsku analizu: nekoliko vodećih softvera za BIM projektiranje kao što su Revit i ArchiCAD, mogu izravno izvesti IFC datoteku s prostornim granicama druge razine. Neki ''middleware'' poput SBT (44)može dodati prostorne granice druge razine na postojeću IFC datoteku. Međutim, u mnogim slučajevima, prostorne granice druge razine u IFC datotekama nedostaju, netočne su ili nisu u skladu s definicijom u Space Boundary Add-on View dodatku te se zato moraju provjeriti prije upotrebe u energijskoj analizi. Trenutačno postoje dvije metode provjere valjanosti: 1) Vizualno i ručno provjeravanje pomoću alata (npr. FZK Viewer) koji mogu prikazati IFC prostornu granicu druge razine (32) i 2) Automatizirana provjera na temelju Solibri Model Checkera (SMC). Prva metoda je vremenski zahtjevna i nije pouzdana jer je SB prikaz stvarne zgrade vrlo kompliciran, što otežava otkrivanje pogrešnih prostornih granica. Osim toga, neke pogreške (npr., definiranje unutarnjih prostornih granica kao vanjskih) ne mogu biti vidljivi na vizualizaciji geometrije. Druga metoda provodi se izvršavanjem pravila s nazivom"spaceboundary check" u SMC bazi podataka. Međutim, ovo pravilo vrijedi u samo dvije situacije Svaka prostorna granica treba imati odnos sa elementom zgrade, Svaki prostor bi trebao imati dovoljno prostornih granica Mnoge druge situacije kao što su slučaj kod deformiranih prostornih granica, ne mogu se provjeriti. U (45) H.Ying i S. Lee razvili su automatizirani pristup provjere prostornih granica druge razine, s naglaskom na analizu nastanka pogreške u njihovom zadavanju (sintaktičke i semantičke greške i geometrijske greške).. 27

28 7. TEHNIČKI OPIS ZGRADE Analizirana obiteljska kuća nalazi se upodručju kontinentalne Hrvatske u gradu Zagrebu. Površina kuće je 299,44 m 2. Ulaz u kuću nalazi se na istočnoj strani. Orjentacija je istok-zapad. Kuća je u potpunosti stambena. Satoji se od prizemlja i kata, ima ravni prohodni krov i nema podrum. Vertikalna komunikacija izvedena je kroz stubište na sjevernoj strani kuće. U prizemlju i na katu se nalazi 6 prostorija. Koristi se sustav grijanja i hlađenja putem toplinske pumpe.priprema tople vode je putem toplinske pumpe. Koeficijent iskoristivosti toplinske pumpe je COP 4,5 (na 1 kw stuje za pogon, dolazi 4,5 kw topliskog učina).rasvjeta je sva LED sa senzorima prisutnosti, pokreta i svjetlosti. Fotovoltaici se koriste za pripremu PTV. Pohrana viška električne energije (ako je bude) je moguća u bateriju (Tesla baterije za 220 V). Vanjsku ovojnicu zgrade i ujedno nosive zidove čini zid debljine 61,6 cm koji se sastoji od opeke i kamene vune, ožbukan s dvije strane, unutra gipsanom, a izvana silikatnom žbukom. Slojevi su povezani polimerno-cementnim ljepilom. Pod na tlu se sastoji od temeljnog sloja armiranog betona ispod kojeg se nalaze slojevi ekstrudiranog polistirena i PVC folije ispod čega je nabijeni sloj tla. Gornje slojeve poda na tlu čine ekspandirani polistiren, estrih i parket. Pregradni zidovi su Ytong sistem unutarnjih pregradnih zidova debljine 15 cm i 25 cm. Krov je ravan i prohodan te se na njemu nalaze fotovoltaici pod kutem od 30 stupnjeva orjentacije jugozapad. Sastoji se sloja armiranog betona ispod kojega su porobeton, parna brana i gips kartonska ploča. Gornji slojevi izolazije krova izvedeni su kao ekstrudirani polistiren, PVC hidroizolirajuća traka, čepasta hidroizolacija i sloj nabijenog tla. Cijela unutrašnjost je jedna zona. Ulazna vrata kao i svi prozori izrađeni su od PVC-a. Najveća površina prozora nalazi se na južnoj strani. Profili su peterokomorni s trostrukim izolirajućim staklom,dva Low-E sloja i dvostrukom ispunom od plina Argona. Zasjenjenje je s unutarnje strane venecijanerima široke lamele. Ugradnja prozora vrši se po RAL standardu. Prikaz tlocrta prizemlja i kata ujedno je i prikaz grijenog dijela kuće. 28

29 Slika 10 Prikaz BIM modela analizirane kuće Izvor : Crtež u Allplan

30 Slika 11 Južno pročelje kuće Izvor: Crtež u programu Allplan

31 Slika 12 Istočno pročelje Izvor: Crtež u programu Allplan

32 Slika 13 Sjeverno pročelje Izvor: Crtež u programu Allplan

33 Slika 14 Zapadno pročelje Izvor: Crtež u programu Allplan Slika 15 Tlocrt prizemlja Izvor: Crtež u programu Allplan

34 Slika 16 Tlocrt kata Izvor: Crtež u programu Allplan Slika 17 Tlocrt krova Izvor: Crtež u programu Allplan

35 Tablica 3 Geometrijske karakteristike kuće Potrebni podaci Zona 1 Oplošje grijanog dijela zgrade A [m 2 ] 208,90 Obujam grijanog dijela zgrade V e [m 3 ] 935,75 Obujam grijanog zraka V [m 3 ] 711,17 Faktor oblika zgrade - f 0 [m -1 ] 0,22 Ploština korisne površine A K [m 2 ] 299,44 Ukupna ploština pročelja A uk [m 2 ] 349,60 Ukupna ploština prozora A wuk [m 2 ] 62, Vanjski zidovi Svi su vanjski zidovi isti te su slojevi prikazani u Tablici 3. Tablica 4 Slojevi vanskih zidova R.b. Materijal d [cm] 1 Gipsana žbuka 2,000 2 POROTHERM 30 S PLUS 29,000 3 Polimerno-cementno ljepilo 0,100 4 Urbanscape GreenRoof kamena vuna 30,000 5 Polimerno-cementno ljepilo 0,200 6 Silikatna žbuka 0,300 Slojevi unutarnjih Zidova dani su u Tablicama 4 i 5 Tablica 5 Sloj unutarnjeg zida Tip 1 R.b. Materijal d [cm] 1 Vapneno cementna žbuka 0,5 2 Ytong pregradni zid 25,000 3 Vapneno cementna žbuka 0,5 Tablica 6 Sloj unutarnjeg zida Tip 2 R.b. Materijal d [cm] 1 Vapneno cementna žbuka 0,5 2 Ytong pregradni zid 15,000 3 Vapneno cementna žbuka 0,5 35

36 Slojevi poda na tlu dani su u Tablici 6. Tablica 7 Slojevi poda na tlu R.b. Materijal d [cm] 1 Parket 1,800 2 Cementni estrih 5,000 3 Ekspandirani polistiren (EPS) 5,000 4 Armirani beton 20,000 5 Ekstrudirana polistir. pjena (XPS) 10,000 6 PVC folija 0,020 7 Pijesak, šljunak, tucanik (drobljenac) 20,000 Sloj međukatne konstrukcije dan je u Tablici 7. Tablica 8 Slojevi međukatne konstrukcije R.b. Materijal d [cm] 1 Parket 1,800 2 Cementni estrih 5,000 3 Ekspandirani polistiren (EPS) 5,000 4 Armirani beton 20,000 5 Polimerno-cementno ljepilo 0,200 6 Multipor 35,000 7 Polimerno-cementno ljepilo 0,200 8 Silikatna žbuka 0,200 Slojevi krova dani su u Tablici 8. Tablica 9 Slojevi krova R.b. Materijal d [cm] 1 Gips - kartonske ploče 1,200 2 Knauf Insulation LDS 100 parna brana 0,005 3 Porobeton 15,000 4 Armirani beton 4,000 5 Ekstrudirana polistir. pjena (XPS) 20,000 6 Polim. hidro. traka na bazi PVC-P 0,150 7 Čepičasta traka (zaštita hidroizolacije) 0,300 8 Pijesak, šljunak, tucanik (drobljenac) 10,000 36

37 Površine prizemlja i kata Tablica 10 Površine etaža prizemlja i kata Neto m 2 Bruto m 2 Prizemlje 122,53 128,49 Kat 163,54 170, Površine pročelja sa i bez otvora prema stranama svijeta Tablica 11 Površine pročelja sa i bez otvora prema stranama svijeta Orijentacija Površina bez otvora Površina sa otvorima [m 2 ] [m 2 ] Istok 65,99 72,59 Zapad 53,42 74,98 Sjever 87,52 101,02 Jug 80,22 101,01 37

38 8. Proračun U programima KI Expert Plus i AX 3000 proveo se proračun iste, gore navedene kuće. Pri zadavanju slojeva program AX 3000 nudi opciju fiksnog postavljanja koeficijentata prolaska topline i drugih fizikalnih svojstava, ako su oni od prije poznati, te su u ovom slučaju odabrane fiksne vrijendosti istovjetne onima dobivenima u KI Expertu kako bi usporedba rezulatata bila mjerodavna. Samo zadavanje ulaznih parametara je mnogo jednostavnije nego u programu KI Expert. Budući da je prethodno izrađen BIM model kuće u kojemu su zadani slojevi sa svojim debljinama i fizikalnim svojstvima program AX 3000 učitava već ucrtane prostorije. Time se znatno ubrzava izračun površina. Nakon toga potrebno je označiti etaže i prilagoditi parametre strojarskih sustava te odabrati jedan od ponuđenih rezultata. Vidljivo je da AX 3000 nudi opciju energetskog certifikata kao i ispisa po normiu HRN EN Unos ulaznih parametara u program KI Expert je predstavljen kroz mnogo radova pa se neće detaljnije pojašnjavati ali se bazira na ručnom unošenju ulaznih podataka poput površina, otvora, slojeva građevinskih elemenata i koeficijenata uz strojarske sisteme. Slika 18 Unos ulaznih podataka za proračun u programu AX 3000 Izvor: Proračun u programu AX

39 Slika 19 Izbornik u programu AX 3000 Izvor: Program AX REZULTATI PRORAČUNA U PROGRAMU KI EXPERT PLUS Rezultati proračuna potrebne potrebne toplinske energije za grijanje i toplinske energije za hlađenje prema poglavlju VII. Tehničkog propisa o racionalnoj uporabi energije i toplinskoj zaštiti u zgradama, za zgradu grijanu na temperaturu 18 C ili višu Godišnja potrebna toplina za grijanje Q H,nd = 4223,91 [kwh/a] Godišnja potrebna toplina za grijanje po jedinici ploštine korisne površine (za stambene i nestambene zgrade) Q'' H,nd = 14,11 (max = 41,45) [kwh/m 2 a] Godišnja potrebna energija za hlađenje Q C,nd = 13946,21 [kwh/a] Koeficijent transmisijskog toplinskog gubitka po jedinici oplošja grijanog dijela zgrade H' tr,adj = 0,61 (max = 0,97) [W/m 2 K] Koeficijent transmisijskog toplinskog gubitka H tr,adj = 127,20 [W/K] Koeficijent toplinskog gubitka provjetravanjem H ve,adj = 120,90 [W/K] Ukupni godišnji gubici topline Q l = ,80 [MJ] Godišnji iskoristivi unutarnji dobici topline Q i = ,70 [MJ] Godišnji iskoristivi solarni dobici topline Q s = ,97 [MJ] Rezultati proračuna godišnje emisije CO 2 Energent E del [kwh] Faktor CO 2 [kg/kwh] Godišnja emisija CO 2 Električna energija 13742,28 0, ,82 Rezultati proračuna godišnje primarne energije E prim Energent Svrha / Potrošač E del [kwh] Faktor f p E prim [kwh] Električna energija Dizalica topline1 2558,93 0, ,03 Električna energija Energija za hlađenje 13946,21 0, ,07 Električna energija Fotonaponski sustav ,86 0, ,77 39

40 Ukupno , , REZULTATI PRORAČUNA U PROGRAMU AX 3000 Tablica 12 Rezultati proračuna opterećenja grijanja prema EN Izvor ( Proračun kuće u programu AX 3000) Proračun opterećenja grijanja prema normi EN H7500 (detaljno) Projekt-Nr.: Projekt-Bez.: Opći podaci C:\Podaci\Allplan\Allpla n 2017\Prj\EC - Projekt niskoenergetske kuće- 1.prj\tga EC - Projekt niskoenergetske kuće-1 17.rujan 2017 Vrsta građevine - Obiteljska kuća (X) - Stambena zgrada, nestambena građevina Masa građevine - c wirk (prema DIN V ) - laka - srednja (X) - taška Položaj građevine - Dobra zaklonjeno st - Promjenjiva zaklonjeno st - Nikakva zaklonjeno st Nepropusnost na vjetar građevnih elemenata 20 Wh/m³K - vrlo nepropusn o - nepropusn o - malo nepropusn o (X) (X) (X) (X) Temperature - Normna vanjska temperatura e = -15 C - Godišnji srednjak vanjske temperature me = 8 C - Normna unutarnja temperatura Zgrada Erdreich - Duljina l Geb = 10,61 m - Opseg P = 77,664 m - Širina b Geb = 14,45 m - Površina A Geb = 299,435 m² - Katnost n = Parametar - Dubina do vode - Visina temeljne ploče B' = 7,71 m T = 2 m z = 0,2 m - Visina kata h Geb = 3 m - Faktor e f g1 = 1,45-40

41 - Debljina ploče d = 67,4 m - Visina građevine Volumen građevine hgeb = 5,6 m V e,geb= 935,75 m³ -Faktor podzemne vode G W = 1 - Provjetravanje Propusnost zraka s obzirom na duljinu građevine i propusnost prozora n 50 = 1,5 h -1 Istovremenost prozračivanja 0,5 - Stupanj korisnosti sustava rekuperacije (od proizvođača) V = 0 - Dodatna snaga zbog prekida loženja global po prostorijama (X) - Neto grijani volumen građevine V Netto,Geb = 711,17 m³ - Koeficijent gubitka topline H T,Geb = 449,2 W/K - Trajanje snižene temperature t Abs = 0 h - Provjetravanje za vrijeme snižene temperature (0,1 0,5 puta) n Abs = 0,5 h -1 - Pad temperature nakon sniženja prema 6.2 ( ) ili pretpostavka ( ) RH = 0 K - Vrijeme zagrijavanja t RH = 0 h - Provjetravanje za vrijeme zagrijavanja (0,1 0,5-puta) n RH = 0 h -1 - Faktor ponovnog zagrijavanja f RH = 0 W/m ² 41

42 Tablica 13 Rezultat proračuna gubitaka topline prema HRN EN Izvor ( Proračun kuće u programu AX 3000) Projekt-Nr.: Projekt-Bez.: Pregled po građevini (detaljni postupak) Proračun gubitaka topline prema EN H7500 (detaljni postupak) Izračun koeficijenata gubitka topline i nominalnog gubitka topline C:\Podaci\Allplan\Allplan 2017\Prj\EC - Projekt niskoenergetske kuće-1.prj\tga 17. rujan 2017 EC - Projekt niskoenergetske kuće-1 Grijana površina A N,Geb = 208,9 m² Grijani volumen1 V netto,geb = 935,8 m³ Zbroj koeficijenata gubitka topline Koeficijent transmisijskog gubitka topline = 135,3 W/K H V,Geb Koeficijent ventilacionog gubitka topline = 127,2 W/K Ukupni koeficijent gubitka topline H Geb = 262,4 W/K Zbroj transmisionih gubitaka topline (samo prema vani) T,e = W Ventilacioni gubici topline prirodno provjetravani prostori max( ( * V inf), V min) 0, W mehanički provjetravani prostori max( ( * V inf + (1-) * V su + V mech,inf), V min) 0 0 W Zbroj toplinskih gubitaka zbog ventilacije V = W HL,Netto Zbroj netto toplinskih gubitaka 45,5 W/m² 15,2 W/m³ = W Zbroj dodatnih toplinskih gibitaka (zbog prekida loženja) RH = 0 W HL,Geb Zbroj normnih toplinskih gubitaka građevine = W H T,Geb 42

43 Tablica 14 Prikaz enetgetskog certifikata iz programa AX Klimatski podatci Klimatski podaci (kontinentalna ili primorska Hrvatska) Izvor ( Proračun kuće u programu AX 3000) KONTINENTALNA HRVATSKA Zagreb Gric Broj stupanj dana grijanja SD [Kd/a] Broj dana sezone grijanja Z [d] Srednja vanjska temperatura u sezoni grijanja e [ C] 8,0-15,0 Unutarnja projektna temperatura u sezoni grijanja i [ C] 19,0 Podaci o termotehničkim sustavima zgrade Način grijanja zgrade (lokalno, etažno, centralno, daljinski izvor) lokalno 0 Izvori energije koji se koriste za grijanje i pripemu potrošne tople vode Način hladenja (lokalno, etažno, centralno, daljinski izvor) Izvori energije koji se koriste za hladenje Vrsta ventilacije (pirodna, prisilna bez ili s povratom topline) Vrsta i način korištenja sustava s obnovljivim izvorima energije FALSE prirodna Električna energija fotovoltaik PTV Udio obnovljivih izvora energije u potrebnoj toplinskoj energiji za grijanje [%] 65,88 299,44 Energetske potrebe 1, , Za referentne klimatske podatke Za stvarne klimatske podatke Zahtjev Ukupno Specifično Ukupno Specifično Dopušteno Ispunjeno [kwh/a] [kwh/(m²a)] [kwh/a] [kwh/(m²a)] [kwh/(m²a)] DA / NE Q H,nd , ,80 51,98 DA Q W , ,78 Q H,is , ,68 Q W,is , ,50 Q H , ,55 E del , ,65 E prim , ,98 CO 2 [kg/a] , ,14 Objašnjenje obvezna ispuna ispunjava se opcijski 43