Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy

134 Pages·2012·14.97 MB·Norwegian

SHO6261

Mastergradsoppgave i teknologi

Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy –
Sammenlignede studie

Aleksei Tkachenko

August, 2014

Avdeling for teknologi
Høgskolen i Narvik
Tittel: Dato:
Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy – 20.08.2013
Sammenlignede studie Gradering:
(Åpen/Fortrolig)
Forfatter: Antall sider:
Aleksei Tkachenko 112
Vedlegg:
7
Avdeling: Programområde:
Teknologi Bygg og energi – Integrert Bygningsteknologi

Veileder:
Bjørn R. Sørensen

Oppdragsgiver: Oppdragsgiver kontaktperson
Sweco Norge AS Mikael af Ekenstam

Sammendrag:
På oppdrag av Sewco Norge AS er det i denne masteroppgaven undersøkt muligheter for
samspill mellom programmer for bygningsinformasjonsmodellering og energianalyse. Sweco
tilbyr et bredt spekter av konsulenttjenester med fokus på bærekraftig design, og derfor
interessert i bruk av avanserte verktøy for bygningens energianalyse. Hovedfokus i oppgaven
er informasjonsoverføring mellom programmene og deres anvendbarhet for energiberegninger
i henhold til norsk standard. Integrert energidesignprosess er valgt som en
prosjekteringsprosess hvor BIM-baserte verktøy kan effektivt benyttes.
Abstract:
Master thesis examines possibilities for interaction between applications for building
information modeling and energy analysis. Master thesis is carried out on the instructions of
Sweco Norway. Company provides a wide range of consulting services with focus on
sustainable design and, therefore, interested in the use of advanced tools for building energy
analysis. The main attention in the paper is paid to the processes of information exchange
between applications and their applicability for energy calculations according to Norwegian
standards. The paper also describes the concept of Integrated Energy Design – design approach
in which programs for building energy analysis may be effectively applied.

Avdeling for teknologi
Høgskolen i Narvik
Hovedoppgave
Våren 2014
for
Aleksei Tkachenko
Høgskolen i Narvik
Masterutdanningen
Integrert Bygningsteknologi
Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy –
Sammenlignede studie

Bakgrunn:
I de siste årene er bruk av bygningsinformasjonsmodellering (BIM) blitt stadig mer utbredt innenfor
bygg- og anleggsbransjen. Samtidig har man sett økt fokus på energieffektivitet i bygninger og økt
behov for energiberegninger allerede i tidligfasen av et byggeprosjekt. Hvordan man kan utnytte
BIM-teknologien i energiberegninger på en mest effektiv måte er en aktuell problemstilling å belyse.
I dagens marked finnes det et stort utvalg av BIM-baserte energiberegningsprogrammer, og en
sammenlignende analyse av ulike programmer vil kunne bidra til å finne den mest effektive måten
å utføre energiberegninger på, basert på tilgjengelighet, brukervennlighet, kostnader og
overensstemmelse med norske standarder.

Oppgave
Målet med oppgaven er å sammenligne ulike BIM-baserte programmer med tanke på funksjonalitet
og hva slags resultater de gir ved energiberegningen.

Følgende oppgaver er aktuelle å belyse:

• Bygningsinformasjonsmodellering - litteraturstudie
• Innledende studie av BIM-baserte beregningsprogrammer for energi. Hva finnes, hva brukes
mest og hvorfor?
• Det skal velges ut et antall programmer som skal testes mot hverandre i forhold til
nøyaktighet, enkelhet i bruk, pris og egnethet i forhold til BIM. Resultatene skal deles opp i
energibruk til oppvarming, kjøling og el-spesifikt.
• Noen programmer som kan være aktuelle å undersøke er VIP Energi, IDA ICE, Autodesk
Vasari, samt eventuelle andre relevante programmer.
Hovedoppgave Aleksei Tkachenko 2014
• Sweco har utarbeidet en 3D-modell av Narvik Torv som skal brukes i detaljprosjekteringen.
Denne modellen kan brukes i de ovennevnte programmene som case study.
• Det validerte energiberegningsprogrammet SIMIEN skal benyttes for å etablere en
sammenligningsbasis eller –grunnlag basert på prosjektet Narvik Torv. Data for prosjektet
fremskaffes av Sweco.
• Resultatene presenteres som en teknisk analyse/sammenligningsstudie.
Det er studentens ansvar, dersom det blir nødvendig, å begrense omfanget av oppgaven. Dette
skal gjøres i samråd med veileder.
Generelle opplysninger vedrørende gjennomføring og rapport
Innen 2 uker etter at oppgaveteksten er utlevert skal kandidaten levere en plan for gjennomføring
av prosjektet. Planen skal inneholde fremdriftsplan med milepæler, som klart sier når ulike
aktiviteter skal være ferdigstilte, samt gi en kort verbal beskrivelse av de ulike aktivitetene. Dette
forutsetter oppdeling av oppgaven i relevante aktiviteter med klart angitte tidsmål og forventet
ressursforbruk. Det forutsettes videre at kandidaten bruker prosjektplanen aktivt i
prosjektperioden, som er verktøy for å evaluere status og følge opp fremdrift underveis. Det vil bli
avholdt jevnlige oppfølgingsmøter hvor status i forhold til planen avklares.
Besvarelsen redigeres som en forskningsrapport med et sammendrag både på norsk og engelsk,
konklusjon, litteraturliste, innholdsfortegnelse etc. Påstander skal begrunnes ved bevis, referanser
eller logisk argumentasjonsrekker. Med henblikk på lesning av besvarelsen er det viktig at de
nødvendige henvisninger for korresponderende steder i tekst, tabeller og figurer anføres.
Materiell som er utviklet i forbindelse med oppgaven, så som programvare eller fysisk utstyr er en
del av besvarelsen. Dokumentasjon for korrekt bruk av dette skal også vedlegges besvarelsen.
Oppgaveteksten skal også inkluderes i besvarelsen. Rapporten med tilhørende materiale skal
leveres i en uinnbundet signert original som lett kan kopieres, samt to innbundne kopier. Det skal
benyttes standard forside som finnes på HIN’s nett. Det henvises forøvrig til skrivet Generelle
retningslinjer for hovedoppgaven, samt emnebeskrivelsen for hovedoppgave.
Oppgaveteksten skal vedlegges besvarelsen.
Dersom oppgaven utføres i samarbeid med en ekstern aktør, skal kandidaten rette seg etter de
retningslinjer som gjelder hos denne, samt etter eventuelle andre pålegg fra ledelsen i den aktuelle
bedriften. Kandidaten har ikke anledning til å foreta inngrep i den eksterne aktørs
informasjonssystemer, produksjonsutstyr o.l. Dersom dette skulle være aktuelt i forbindelse med
gjennomføring av oppgaven, skal spesiell tillatelse innhentes fra ledelsen.
Eventuelle reiseutgifter, kopierings- og telefon-/telefaksutgifter må bæres av studenten selv med
mindre andre avtaler foreligger.
Hovedoppgave Aleksei Tkachenko 2014
Hvis kandidaten, mens arbeidet med oppgaven pågår, støter på vanskeligheter som ikke var
forutsatt ved oppgavens utforming, og som eventuelt vil kunne kreve endringer i eller utelatelse av
enkelte spørsmål fra oppgaven, skal dette umiddelbart tas opp med Høgskolen i Narvik ved veileder.
Arbeidet skal resultere i en sluttrapport med vedlagt CD/DVD som er grunnlag for evaluering og
karaktersetting. Rapporten med tilhørende materiale skal leveres i èn uinnbundet signert original
som lett kan kopieres, samt tre innbundne kopier (evt. ekstern(e) samarbeidspartner(e)s materiell
kommer i tillegg og skal overleveres av studenten selv), samt ett eksemplar av rapporten i pdf-
format, fortrinnsvis på vedlagt CD/DVD. Det skal benyttes standard forside som finnes på HIN’s nett.
Det henvises forøvrig til skrivet Generelle retningslinjer for hovedoppgaven, samt emnebeskrivelsen
for hovedoppgave.
Rapporten med tilhørende materiale skal innleveres (evt. poststemples) senest innleveringsdatoen
til avdelingskontoret ved Avdeling for teknologi ved HiN.

Hovedoppgave Aleksei Tkachenko 2014
Andre opplysninger
Kontaktinformasjon, student: Aleksei Tkachenko ([email protected])
Tlf: 40 30 52 28
Faglig veileder ved Sweco: Mikael af Ekenstam ([email protected])
Tlf:

Faglig veileder ved HiN: Bjørn R. Sørensen ([email protected])
Tlf: 97 01 38 01

Utleveringsdato: 19.02.2014
Innleveringsfrist: 02.07.2014

______________________________
Mikael af Ekenstam, Veileder/Sweco

______________________________ ______________________________
Aleksei Tkachenko, student/HIN Bjørn R. Sørensen, Veileder/HIN
Hovedoppgave Aleksei Tkachenko 2014
A. Tkachenko/ Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy, Høgskolen i Narvik (2014)

Forord
Denne masteroppgaven er avsluttende del av masterutdanningen ved Høgskolen i Narvik. Oppgaven er
utarbeidet ved linjen for Bygg og energi - Integrert Bygningsteknologi, våren 2014.
Oppgavens tema er bruk av bygningsinformasjonsmodeller (BIM) i energisimuleringer. Både nye og
velutprøvde energianalyseprogrammer er testet for å finne ut hvordan de kan bidra til effektiv samarbeid
mellom arkitekter og rådgivere i prosjekter som gjennomføres ved bruk av BIM.
Oppgaven er gjennomført på oppdrag av Sweco Norge AS hvor oppdragsgiver Mikael af Ekenstam gjør
tjeneste som veileder. Jeg vil takke Mikael for god oppfølging underveis. Sweco Norge sin avdeling i Narvik
takkes også for å ha stilt kontorplass til disposisjon gjennom hele arbeidet med oppgaven.
En stor takk rettes til oppgavens veileder ved Høgskolen i Narvik, Professor Bjørn Reidar Sørensen.
Jeg ønsker også å takke programvareleverandører, Frode Saltkjelvik fra Graphsoft Norge, og Niklas Uddenäs
fra StruSoft AB, for anledning til å utprøve nye dataverktøy som var ikke tilgjengelige i Norge på tidspunktet
da det ble gjennomført arbeid med masteroppgaven.

Narvik 20. august 2014

Aleksei Tkachenko

i
A. Tkachenko/ Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy, Høgskolen i Narvik (2014)

Innhold
1 Innledning ............................................................................................................................... 1
1.1 Formål med oppgaven ............................................................................................................................. 2
1.2 Bakgrunn for oppgaven ........................................................................................................................... 2
1.3 Omfang og begrensninger ....................................................................................................................... 2
2 Metode ................................................................................................................................... 4
2.1 Analyse av litteratur ................................................................................................................................ 4
2.2 Studie av programmene .......................................................................................................................... 4
2.3 Testing av programmene ......................................................................................................................... 4
3 Integrert energidesign ............................................................................................................. 5
3.1 Bærekraftig bygging................................................................................................................................. 5
3.2 Trasisjonell prosjekteringsprosess ........................................................................................................... 6
3.3 Bærekraftighet prosjektering i den tradisjonelle prosjekteringsprosessen ............................................ 7
3.4 Integrert energidesign ............................................................................................................................. 8
4 BIM og energisimuleringer ..................................................................................................... 11
4.1 BIM ........................................................................................................................................................ 11
4.2 ÅpenBIM ................................................................................................................................................ 12
4.2.1 Industry Foundation Classes ........................................................................................................... 12
4.2.2 BuildingSMART Data Dictionary ..................................................................................................... 13
4.2.3 Information Delivery Manual ......................................................................................................... 13
4.2.4 Model View Definition .................................................................................................................... 14
4.2.5 BIM Collaboration Format .............................................................................................................. 14
4.3 Fordeler med BIM .................................................................................................................................. 14
4.4 BIM-basert byggeprosess ...................................................................................................................... 15
4.5 Bruk av BIM i energisimuleringer .......................................................................................................... 15
4.6 IFC og energismuleringer ....................................................................................................................... 17
4.6.1 Utfordringer knyttet til IFC ............................................................................................................. 18
4.6.2 FoU-prosjektet Molde Tinghus ....................................................................................................... 19
4.7 gbXML og energismuleringer................................................................................................................. 19
5 Energiberegninger i Norge ..................................................................................................... 22
5.1 Norges energipolitikk............................................................................................................................. 22
5.2 TEK 10 .................................................................................................................................................... 23
5.3 Energimerkeordningen .......................................................................................................................... 23
5.4 Standarder for lavenergi- og passivhus ................................................................................................. 24
5.5 NS 3031 .................................................................................................................................................. 25
5.5.1 Inndata ............................................................................................................................................ 25
ii
A. Tkachenko/ Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy, Høgskolen i Narvik (2014)

5.5.2 Areal og volum ................................................................................................................................ 25
5.5.3 Areal til elementer ved beregninger av varmetap og kuldebroverdi ............................................. 26
5.5.4 Inndeling av bygninger i soner........................................................................................................ 26
5.5.5 Beregningsmetoder ........................................................................................................................ 27
6 Programvare ......................................................................................................................... 28
6.1 ArchiCAD 17 ........................................................................................................................................... 28
6.2 Revit 2014 .............................................................................................................................................. 29
6.3 VIP-Energy ............................................................................................................................................. 29
6.4 SIMIEN ................................................................................................................................................... 31
6.5 ArchiCAD Energy Evaluation og EcoDesigner Star ................................................................................. 31
6.6 DDS-CAD Viewer .................................................................................................................................... 33
6.7 Validering av programvare .................................................................................................................... 33
7 Resultater ved eksport og import........................................................................................... 35
7.1 Forberedelse av modellen i ArchiCAD ................................................................................................... 36
7.1.1 Geometri ......................................................................................................................................... 36
7.1.2 Inndata ............................................................................................................................................ 38
7.2 Eksport fra EcoDesigner Star og import til VIP-Energy via zut-fil .......................................................... 39
7.3 Eksport fra ArchiCAD og import til Revit via ifc-fil ................................................................................. 41
7.4 Eksport fra Revit og import til VIP-Energy via vut-fil ............................................................................. 42
7.5 Begrensninger knyttet til gbXML-format ............................................................................................... 43
7.6 Eksport fra EcoDesigner Star og import til SIMIEN via gbXML-fil .......................................................... 44
8 Beregningsresultater ............................................................................................................. 46
8.1 Inndata ................................................................................................................................................... 46
8.2 Klimadata ............................................................................................................................................... 46
8.2.1 Klimadata i EcoDesigner Star .......................................................................................................... 47
8.2.2 Klimadata i VIP-Energy ................................................................................................................... 48
8.2.3 Klimadata i SIMEIN ......................................................................................................................... 48
8.3 Resultater oppnådd i VIP-Energy 2.1.1 og SIMIEN ................................................................................ 50
8.4 Resultater oppnådd i VIP-Energy 2.1.1, 3.0.0 og EcoDesigner Star....................................................... 51
9 Oppsummering / Diskusjon ................................................................................................... 53
9.1 EcoDesigner Star og VIP-Energy ............................................................................................................ 53
9.2 Revit og VIP-Energy ............................................................................................................................... 55
9.3 EcoDesigner Star og SIMIEN .................................................................................................................. 55
10 Konklusjon .......................................................................................................................... 57
11 Referanser ........................................................................................................................... 58
12 Vedlegg ............................................................................................................................... 61
iii
A. Tkachenko/ Energiberegninger med bruk av BIM-baserte verktøy, Høgskolen i Narvik (2014)

Figruliste
Figur 3.1 Tradisjonell og integrert prosjekteringsprosesser .............................................................................. 8
Figur 3.2 Trias Energetica: 3-stegs strategi for smart energiprosjektering (Jørgensen mfl, 2009) ................... 9
Figur 4.1 Ulike modeller an bygning: ARK, RIB, ventilasjon, varme og elektro ............................................... 12
Figur 4.2 Vinduet med felles IFD kode knyttet til definisjoner på ulike språk ................................................ 13
Figur 4.3 Prosess for vellykket IFC-import (Ørnes, 2013). ............................................................................... 19
Figur 4.4 gbXML-modell. Noen soner er skjult for å vise overflater. .............................................................. 21
Figur 5.1 Energikarakter og oppvarmingskarakter (NVE, 2010) ...................................................................... 24
Figur 5.2 Angivelse av totalt innvendig mål (NS 3031, 2011) .......................................................................... 26
Figur 6.1 3D-modellering i ArchiCAD 1.0 lansert i 1984 (Bergin, 2012) .......................................................... 28
Figur 6.2 Energistrømmer som beregnes i VIP-Energy (VIP-Energy, 2014a) ................................................... 29
Figur 6.3 «Basic» og «Expert» vinduer i ED Star .............................................................................................. 32
Figur 6.4 Eksempel på testresultater iht. ASHRAE standard 140 (VIP-Energy, 2014b) ................................... 34
Figur 7.1 Hustypen «Asplund» fra Norgeshus AS (Norgeshus, 2010) ............................................................. 35
Figur 7.2 Handlingsplan for masteroppgaven ................................................................................................. 36
Figur 7.3 BIM og BEM i ArchiCAD og EAM i DDS-CAD Viewer ......................................................................... 37
Figur 7.4 «Energy Model Review» - vinduet.................................................................................................... 38
Figur 7.5 Resultater av kuldebrosimuleringer for den samme detaljen i VIP-Energi og ED Star. ................... 40
Figur 7.6 Målreferanse i gbXML-skjema .......................................................................................................... 43
Figur 7.7 BIM i ArchiCAD og tilsvarende gbXML-modell i DDS-CAD Viewer ................................................... 44
Figur 7.8 Strukturen av gbXML-fil i DDS-CAD viewer og SIMIEN ..................................................................... 45

Tabelliste
Tabell 6.1 klassifiseringer av programmets nøyaktighet iht. NS-EN 15265 (SIMIEN wiki, 2014b) .................. 33
Tabell 7.1 Forskjeller i terminologi mellom BEM og EAM ............................................................................... 37
Tabell 7.2 Egenskaper av bygningsdeler i Revit og tilsvarende parametere i VIP-Energy .............................. 42
Tabell 7.3 Innholdet av gbXML-fil og Informasjon som blir importert i SIMIEN ............................................. 45
Tabell 8.1 Meteorologiske parametere som brukes i ArchiCAD Energy Evaluation og VIP Energy ................ 48
Tabell 8.2 Parametere i Meteonorm som kreves for å opprette klimadatafil for SIMIEN .............................. 49
Tabell 8.3 Sammenligning av energiposter beregnet i VIP-Energy og SIMIEN ................................................ 50
Tabell 8.4 Sammenligning av energiposter beregnet i VIP-Energy og EcoDesigner Star ................................ 51
Tabell 8.5 Demohusets varmebalanse beregnet i VIP-Energy 2.1.1, 3.0.0 og ED Star .................................... 52

iv