1. エネルギーモデルとは?

エネルギーモデルは、建物に出入りする熱の流れを計算したものです。室内の快適さを理想的なレベルに維持するために消費する必要のあるエネルギー量を測定することから、熱収支式法と呼ばれています。

「原始的な小屋」以来、人間はシェルターを改善し、最も過酷な環境を快適にする方法を常に模索してきました。建築戦略が暑い/寒い/湿った/乾燥した/または穏やかな気候に対抗するように設計されているか、空気の質が悪い、強風、地震イベント、および/または資源が不足している場所に対処するように設計されているかどうかにかかわらず、人間は進化し続けるシェルターを構築するための解決策を見つけました.今日、建築科学は、これらの古典的な闘争に対抗し、現代世界の要求に対処するためのルールと方程式の開発により、この伝統を続けています (つまり、人権、人口増加、技術、非常に専門化された建物の類型、そして最も重要なこと) 、気候変動）。

エネルギーシミュレーションには、次の 4 つの重要な要素があります。

環境の条件を再現します。気象ファイルを使用して、湿度、温度、放射、降水量、蒸発散量、風などのすべてを含む典型的な気候の季節がシミュレートされます。
建物のモデル表現: すべての幾何学的構成は固有の条件セットをもたらし、建物のパフォーマンスを最適化するためにどの戦略を追求する必要があるかを判断するのに役立ちます。
システムと製品を構築する際の性能と機械的戦略。それぞれの戦略が環境や建物の設計との適合性が高まるほど、設計はより効率的になります。
最後の要素は、エネルギー規則、建築基準、およびシミュレーション方法論です。建物の成果が最低限の安全要件とゾーニング要件を満たしていることを確認し、建物の設計のパフォーマンスを正確に測定するために使用される基準と方程式は、ベースラインがどのように見えるかを理解し、達成する目標を設定するための鍵となります。

2. キー入力の選択

I. 建物タイプの選択

建物タイプは、建物のコンポーネントを提案されたエネルギーとプログラムのカテゴリに区別するために使用されるテンプレートです。

建物のテンプレートを選択するとき、ユーザーはプロジェクトを一連の標準化されたエネルギー消費および支出データ、コンポーネントの効率、および商業用または住宅用の建物タイプ (PNNL プロトタイプビルディング) に固有の制御戦略と関連付けます。テンプレートは、プロジェクトの入力を開始し、自動化プロセスをすぐに開始するのに役立ちます。建物テンプレートの生成方法の詳細については、こちらを参照してください。建築テンプレートは、決定がプログラムに基づいており、コストを最適化するために関連する建築製品を選択する場合に、規範的な入力に最適なものを見つけるのにも役立ちます。

新しいプロジェクトを開始すると、8 つの建物テンプレートが表示されます。アメリカ建築家協会 (AIA) によると、標準の 8 つのタイプは、エンジニアリングの入力と要因の単なるコレクションであるすべてのプロジェクトの 80% をカバーします。ただし、これら 8 つの標準タイプ以外のプロジェクトの場合、ユーザーは既存のテンプレートをさらにカスタマイズして、独自の使用タイプのプロジェクトをモデル化できます。この記事では、 cove.tool がサポートするその他の 60 種類以上の建物の種類をリストします。この記事は、プロジェクト用のカスタムテンプレートを作成するためのガイドです (例: K-12 学校、宗教センター、ジムなどのモデリング)。

単一使用タイプ ( 1 つのテンプレートが選択されている) のプロジェクトは、プロジェクト全体で 1 つの建物タイプのみを持ちますが、cove.tool 内の混合使用プロジェクト (複数のテンプレート) は、1 つの cove.tool プロジェクトで最大 3 つの並列建物テンプレートを持つことができます。複合用途のプロジェクトを作成する場合、鍵となるのは、建物がどこで分割され、スペースにさまざまな入力を要求する新しい機能になるかを知ることです。以下のような状況で、混合使用プロジェクトを作成する理由を確認してください。

建物内のさまざまなスペースには、さまざまな機械的戦略があります。たとえば、オフィススペースを備えた病院の建物では、それぞれのスペースに固有の要求をサポートする 2 つのシステムタイプが必要になる場合があります。
スペースごとに異なるエンベローププロパティがあります。たとえば、地下機能を備えたプロジェクトは、地上スペースとは大幅に異なるエンベローププロパティを持ちます。この状況は、店舗正面の窓ガラスが最初のレベルであり、プロジェクトの残りの部分が気密壁アセンブリであるほとんどの都市商業スペースで発生します。 2 つのスペースには、スペースごとに特定の入力が必要です。
スペースごとにスケジュールが異なります。たとえば、スポーツアリーナには毎日占有されるオフィススペースがありますが、最大のエネルギー消費量であるスタジアムとサポートスペースは、1 年のうち数日しか使用されません。これらのスペースはどちらも EUI に貢献しますが、カレンダーに応じて支出が大幅に異なるため、これらのスペースを分割して運用スケジュールを示すことが重要です。

どのテンプレートを選択するかについてのさらなる説明は、ライブチャットサポートの専門家がいつでも明確にすることができます。

Ⅱ．建物の場所の選択

新しいプロジェクトを開始するとき、ユーザーは住所の形式または地理座標として建物の場所を追加する必要があります (以下の例)。この入力により、最も近い最新の気象ファイルが選択され、プロジェクトが地域の製造コストと公共料金に合わせられ、Architecture 2030 の方法論を使用した炭素ベンチマークが行われ、実際の状況で建物が配置されます。ここではあまり意思決定は必要ありません。エネルギーモデルの環境を作成するために必要なのは、建物をどこに配置するかだけです。

ジオメトリがデイライトページにロードされたら、サイト内の配置が正しくない場合は、このビデオチュートリアルを使用してシーンを編集します。

III.エネルギーコードの選択

エネルギーコードは、新築および改装された建物の最小効率要件を設定し、建物の耐用年数にわたるエネルギー使用と排出の削減を保証します。コードの建物は、より快適で費用対効果の高い運用が可能であり、エネルギー、経済、および環境上の利点を保証します。

cove.tool では、建物の場所に基づいてプロジェクトのエネルギーコードが自動的に選択されます。選択したコードは、コードに基づいてすべての規定入力 (エンベロープ、照明など) を読み込みます。エネルギーコードで指定されていないその他の入力は、業界標準の慣行、ASHRAE ユーザーズマニュアル、および PNNL プロトタイプに基づいています。

利用可能なエネルギーコードオプションは、ヘルプ用語集記事のエネルギーコードセクションに一覧表示されています。オプションには、国 (国内および国際)、州/県、および地方/市のエネルギー規定と基準の修正が含まれます。興味のある方は、PNNL の建物のエネルギー規則と基準を理解するための優れた記事がここにあります。常に追加しています。あなたの国またはコードがまだ cove.tool にない場合は、サポートチームに知らせ、必要なコードバージョンへのリソースまたはリンクをお知らせください。

3. ジオメトリと COVE.TOOL の構築

cove.tool でのジオメトリの構築は、次の項目に使用されます。

熱エンベロープの高さ、向き、および表面積に応じて、太陽熱利得、熱損失、および風熱損失を計算します。
建物の規模に応じた入力と基準を選択します。たとえば、建物のエンベロープに対する ASHRAE の規範的な入力は、プロジェクトのサイズによって異なります。小規模、中規模、大規模のオフィスビルには、それぞれ独自の R 値のセットがあります。
利用可能な表面積の変数であるベースライン入力を計算します(例: CFM と占有密度)。
混合使用プロジェクトの場合、建物の形状を使用して、建物をさまざまな建物戦略に特化したゾーンに分割します。複合用途のオフィス/小売ビルは、オフィスエリアと小売エリアのジオメトリを別々にアップロードすることで指定されます。

cove.tool には、ジオメトリを入力するための 2 つのオプションがあります。手動モードと 3D モードです。

手動モードでは、ユーザーはモデルなしで形状情報を入力できます。このプロセスを確認するには、この記事をご覧ください。
3D モードは、ユーザーが BIM モデルを持っていて、cove.tool のサードパーティプラグインの 1 つを使用して、建物のジオメトリを cove.tool にエクスポートする場合です。このセクションでは、3D モード用のモデルの設定に焦点を当てます。

cove.tool の 3D モデルの作成

cove.tool は、単一ゾーンのエネルギーシミュレーションを実行します。この建物解析を実行するために必要なジオメトリには、プロジェクトの熱エンベロープ (必須) と昼光障害 (オプション) を表す入力のみが必要です。以下は、熱エンベロープがピンク色のアウトラインで強調表示されている住宅および商業プロジェクトの図です。熱エンベロープは、空調された空間と空調されていない領域の間の単純な経路でなければならないことに注意してください。典型的な非空調スペースの例には、駐車場、屋外のパティオまたは通路、機械室、断熱されていない屋根裏などがあります。

cove.tool の建物のジオメトリをアップロードする準備をするときは、各要素を正しいジオメトリカテゴリにフィルタリングすることが重要です。 cove.tool には 8 つのジオメトリカテゴリがあり、5 つが必須、3 つがオプションです。 5 つの必須カテゴリは、デイライトページにアクセスするために最低限必要なジオメトリです。これらの 5 つは、建物の高さ、屋根、床、窓、および外壁です。建物の設計にこれらの必須カテゴリのいずれも含まれていない場合は、1'x1' オブジェクトをモデル化し、そのカテゴリをエクスポートするだけで十分です (たとえば、100% カーテンウォールの建物には外壁がありませんが、1 SF パネルをエクスポートするだけで十分です)。最小要件を満たす必要があります)。

オプションの 3 つのカテゴリは、天窓、内壁、およびシェーディングデバイスです。内壁とシェーディングデバイスは、主に昼光関連の 3D シミュレーションに使用され、必須ではありませんが、もう少し詳細な結果を生成するのに役立ちます。以下は住宅用と商業用の同じ例ですが、今回は、cove.tool の使用のために異なるカテゴリにどのように分類する必要があるかを示しています。

どの建物コンポーネントがどのカテゴリに分類されるかを判断する方法に関する追加のヒントと説明については、以下の定義を確認してください。

屋根、床、窓、外部/内部と見なされるもの。壁、天窓、および遮光装置?

屋根オブジェクトは、日射と熱取得から保護する空調スペースの断熱された上面として定義されます。屋根は熱エンベロープの一部であるため、外部環境にさらされていない限り、天井を屋根と見なすべきではありません。 cove.tool の屋根オブジェクトは、熱エンベロープのキャップのみを表す必要があり、キャノピー、カンチレバー、オーバーハング、バルコニーなどの調整されたスペースを超えて拡張しないでください。代わりに、これらのオブジェクトをシェーディングデバイスにします。
床は、空調されたスペースを下から境界付ける表面積として定義するのが最適であり、定期的に占有され、空調されたスペースを示すのに最適です。屋根と同様に、床は、バルコニー、屋外の通路、テラスなどの空調スペースを超えて拡張することはありません。
窓オブジェクトは、低断熱特性によって分類でき、ほとんどがプロジェクトの熱エンベロープの穴として分類されます。これらは、エンベロープのブリッジング、トランスフュージョン、および浸透属性の主要な要素であるため、建物のエンベロープの窓のみをエクスポートし、内部のガラスオブジェクトを含めないことが重要です。また、窓は通常、半透明で薄い建材と見なされますが、エネルギーシミュレーションではそうではありません。窓層に属するかどうかを判断する最も重要な基準は、1) 建物の外皮層にあるか、2) 断熱性が外壁よりもかなり低いか、ということです。したがって、外部ドアやスパンドレルなどのオブジェクトも、ウィンドウレイヤーのエクスポートアンブレラに分類されます。これらのオブジェクトをシェーディングデバイスレイヤーにエクスポートして、重要な場合にシェーディングを提供することもできますが、それらが遮る日光/放射の量は、建物の EUI (エネルギー使用強度) への影響にはほど遠いものであり、熱エンベロープの穴 (加熱/冷却/ファンなどに影響します)。
外壁は、屋根のように太陽放射と熱増加から保護する、空調スペースの高度に断熱された、直立した密閉要素として定義されます。外壁は平面図の内側に続くべきではありません。これらのオブジェクトは内壁であり、建物のエネルギー使用に影響を与える外壁ではなく、日光の利点のみを提供します。外壁には、サイトの壁やその他の屋外の日陰の障害物も含めないでください。屋外と屋内の環境を分離しなければ、外壁ではありません。最後に、複合用途プロジェクトまたは限られた内部調査の場合、エネルギー分析に外壁を含める必要がない場合があります。 2 つのプログラムが横に並んでおり、その間の壁によって分割されている混合使用のプロジェクト研究では、この壁は技術的には両方の使用の熱エンベロープの端になりますが、屋外にさらされていないためです。環境では、熱損失/利得/その他を生成せず、断熱壁として定義され、内壁のカテゴリにより適しています。既存の病院の 4 階の 50% の改修プロジェクトなど、限られた内部調査の場合、ユーザーは分析領域のエンベロープに関連する外壁のみをエクスポートする必要があります。 1 つのスペースだけを見ている場合は、建物全体またはフロア全体をエクスポートする必要はありません。さらなる方向性については、ライブチャットサポートチームとの話し合いで提供できます。

天窓は、熱エンベロープの上面にある穴と見なされ、断熱特性が低く、上からの太陽放射に直接さらされることによって分類されます。天窓は屋根と窓のハイブリッドですオブジェクトは、下の空調スペースを囲みますが、主に自然光を取り入れるためにも使用されます。
内壁は、熱エンベロープ内からの日光を遮る、恒久的に設置された直立した建物要素として定義されます。内壁オブジェクトは、必ずしもエネルギー解析モデルに使用されるわけではありませんが、デイライトシミュレーションで条件をモデリングするために重要です。内壁が提供する昼光障害の量は、プロジェクトの sDA%/ASE% に影響を与えます。これは、建物の設計にセンサーが含まれている場合、エネルギーの結果に影響を与える可能性があります。地下室など、占有されている地下スペースは、エネルギーモデルの精度を維持するために、すべての壁をこのカテゴリにエクスポートする必要があります。これらのエリアの床は、床レイヤーにアップロードする必要があります。
遮光装置は、熱エンベロープの断熱にとって重要ではない、日光を遮る要素として定義されます。コンテキスト、オーバーハング、フィン、マリオン、二重ファサード、樹木、階段、家具などのオブジェクトは、シェーディングデバイスの例です。通常、このエクスポートは cove.tool プロジェクトの中で最大のものです。シェーディングデバイスを cove.tool にアップロードするときは、ジオメトリが最初に単純化され、詳細な樹木や現実的なレンダリングオブジェクト (家具、備品、メーカー提供の要素) などのメッシュ数の多いオブジェクトが含まれていないことを確認してください。何を避けるべきかについては、この記事の高度に三角形化されたサーフェスのセクションで学んでください。
建物の高さは、空調スペースの最低点から最高点までの垂直測定値であり、建物の風抵抗係数を決定します。建物の高さの詳細については、こちらをご覧ください。

それぞれの BIM ツールでモデルを作成したら、サードパーティのプラグインを使用してモデルをアップロードします。すべてのプラグインには、各プラグインワークフロー固有の要件に関するビデオチュートリアルとガイドが含まれています。

エネルギーモデルをセットアップするためのこれらの 3 つのステップにより、cove.tool には、他のすべての建物性能シミュレーション全体を自動化するのに十分な情報が含まれています。ハッピーモデリング！