Oktober 2023

BIM syncer koppelt HVAC-rekensoftware aan BIM-tekenprogramma

Kortere ontwerptijd, lagere faalkosten, een duurzamere wereld

Hysopt Optimiser software omvat alle opties om HVAC-installaties te ontwerpen, te dimensioneren en te optimaliseren met het oog op een beter energiegebruik, lagere CO₂-uitstoot, lagere investerinsgskosten en een hoger comfort. Met de onlangs gelanceerde Hysopt BIM syncer is de software te koppelen aan het BIM-pakket van een BIM-modeleur. Een oplossing waarmee beide disciplines optimaal met elkaar kunnen samenwerken en zo de ontwerpkosten en -tijd kunnen minimaliseren bij lagere faalkosten.

Hysopt staat voor Hydronic System Optimisation en is opgericht in 2013 als spin-off van de universiteit Antwerpen. Roel Vandenbulcke, ceo en oprichter, had daarbij als ultiem doel om een bijdrage te leveren aan een duurzame wereld. Hij vertaalde dit doel naar het ontwikkelen van software om de prestaties van HVAC-installaties te optimaliseren. Gebouwen zijn immers verantwoordelijk voor 40 procent van het energiegebruik en maar liefst 36 procent van de CO₂-uitstoot. Het efficiënter verwarmen en koelen van gebouwen zou dus een wezenlijke bijdrage kunnen leveren aan een betere wereld. Daarbij benadrukt Vandenbulcke dat investeren in duurzaamheid niet ‘duur’ is en dat het optimaliseren van HVAC-systemen zomaar een energiebesparing kan opleveren van 30 procent. Om nog maar te zwijgen van het effect dat een goede klimatisering heeft op de prestaties van de gebruikers van het gebouw.

Ontwerpen en optimaliseren

Voor dit doel ontwikkelde het bedrijf de software Hysopt Optimiser voor het ontwerpen en doorrekenen van HVAC-installaties. In tegenstelling tot veel andere ontwerppakketten is het meer dan een tekenprogramma waarmee P&ID’s zijn te tekenen. Het is een volwaardige en veelomvattende tool om installaties te ontwerpen, te valideren en te vergelijken voor de specifieke locatie en – op basis van geavanceerde simulaties – te optimaliseren.
De basis van de software is een wiskundig model dat uitgaat van alle natuurwetten die relevant zijn voor HVAC-installaties, zoals thermodynamica, stromingsleer (hydraulica) en energiestromen in combinatie met de mogelijkheden die de meet- en regeltechniek biedt. Het bedrijf combineert in dit model haar kennis over fysica met de HVAC-domeinkennis en biedt zo de mogelijkheid aan ontwerpers om een fysische replica te bouwen die maximaal geschikt is om door te rekenen en te optimaliseren.
Kristof Smits, cto van Hysopt: ‘De keuze en het ontwerp van een goed conceptueel model voor een HVAC-installatie is van groot belang voordat je het gedetailleerde model uitwerkt. Installaties worden namelijk steeds complexer door onder meer de toepassing en slimme combinaties van duurzame technologieën. Denk hierbij maar aan hybride systemen met warmtepompen, zonnepanelen, wko en bodemenergie optimalisatie. Een goed conceptueel model is dan essentieel om de optimale keuze te maken en de benodigde componenten goed op elkaar te kunnen afstemmen.’

Conceptueel en gedetailleerd ontwerp

De software neemt de ontwerper op een logische manier mee door het ontwerpproces om stapsgewijs tot een conceptueel model te komen. Hij kan voortdurend de werking van het systeem controleren: zijn alle componenten aanwezig, is het ontwerp in de praktijk überhaupt mogelijk of zijn er systeem- of hydraulische fouten te ontdekken? Wanneer het concept is gevalideerd en goed bevonden, volgen dynamische simulaties waarmee de prestaties onder variabele omstandigheden worden bekeken; bijvoorbeeld met betrekking tot het energiegebruik, het thermisch comfort en de regeling. De simulaties kunnen zich bovendien uitstrekken over langere tijd. Bijvoorbeeld een jaar waarin alle seizoenen voorbijkomen of juist vijf of tien jaar om ook andere effecten zoals bodemdegradatie bij geothermie te kunnen meenemen.
Smits: ‘Verder biedt het ‘Pareto dashboard’ de mogelijkheid om verschillende conceptuele ontwerpen met elkaar te vergelijken. Hierbij wordt gebruikgemaakt van systeem-KPI’s om een economisch en ecologisch optimum te creëren. Het is echt een tool om te achterhalen of een andere manier van opwekken, distribueren of afgifte wellicht beter tegemoetkomt aan de eisen van de afnemer. De keuze is immers groot, maar ook afhankelijk van de situatie ter plekke. Is er stadsverwarming aanwezig, is een specifieke locatie gunstig voor een bepaalde techniek? Maar ook: gaat het om renovatie of nieuwbouw? Sleuven frezen in monumentpanden is meestal niet wenselijk en maakt de toepassing van vloerverwarming lastig. Bij nieuwbouw zijn de keuzes breder, maar ook daar is het de vraag of de bodem bijvoorbeeld geschikt is voor een wko en of pv-systemen het gewenste rendement opleveren wanneer er veel schaduwwerking is. Tot slot is gebruik te maken van de ‘gevoeligheidsanalyse’, waarmee de ontwerper kan zien wat de invloed is van kleine wijzigingen in het ontwerp op de totale systeemprestaties.’

Optimaliseren HVAC-systemen kan zomaar energiebesparing van 30 procent opleveren

Na het kiezen van de juiste principes op basis van de dynamische simulaties en het Pareto dashboard, omvat de software tools om het concept uit te werken tot een technisch detailontwerp. Zo is er een bibliotheek beschikbaar met voorgeprogrammeerde hydraulische basiscircuits die 1:1 in een bijpassend ontwerp zijn te plaatsen. Verder is gebruik te maken van geautomatiseerde, iteratieve rekenalgoritmes om zo te komen tot een optimale dimensionering van de leidingen en de verschillende systeemcomponenten, waarbij rekening wordt gehouden met de complete installatie.
Tot slot voorziet de software in functionaliteiten die zijn in te zetten in de periode na het ‘beklinken’ van het ontwerp. Zo ondersteunt hij selectie van fabrikantspecifieke systeemcomponenten en de inbedrijfstelling door de voorinstellingen te berekenen op basis van gegenereerde rapporten. Hiermee is een systeem in de praktijk vrij snel optimaal hydraulisch te balanceren en in te regelen, wat de uiteindelijke inbedrijfnametijd verkort.

Het systeem biedt ook ondersteuning bij de selectie van fabrikantspecifieke systeemcomponenten.

Integratie met BIM

Tot zover is de Hysopt software bij uitstek geschikt voor het ontwerpen van een optimaal HVAC-systeem. Hysopt ontdekte echter gaandeweg praktische problemen die optreden bij de integratie van de HVAC-installatie in het eindontwerp van de architect of aannemer. Smits: ‘Het ontwerpen van HVAC-systemen gebeurt vaak door deze te tekenen in Revit of een andere BIM-tool. Het doorrekenen van de installaties gebeurt juist in een heel ander softwarepakket en bovendien door een ander persoon of zelfs bedrijf. In de praktijk zien we dan ook dat het tekenmodel en het rekenmodel sterk van elkaar verschillen. Er is geen enkele interactie tussen de tools en vaak ook niet tussen de teams. Het gevolg is dat niemand uiteindelijk verifieert of beide modellen wel consistent zijn en hetzelfde systeem representeren. Dit leidt tot inefficiëntie op de werkvloer, slechte doorvoer van informatie tussen de modellen en uiteindelijk tot de nodige fouten en faalkosten.’
Hoe groot dit probleem echt is, ontdekte Hysopt door een onderzoek waarin een groot aantal bedrijven uit Nederland, België en de UK is geïnterviewd. Uit het onderzoek werd duidelijk dat door het ontbreken van digitale interactie tussen modeleur en rekenaar, ontwerpteams al snel terechtkomen in een situatie waarin data dubbel worden ingevoerd, leidingen twee maal worden getekend en elke controle op ‘juistheid’ ontbreekt. Zijn alle componenten aanwezig? Staan ze in de juiste volgorde? Kloppen de leidingdiameters? Wanneer er in sporadische gevallen toch een controleslag wordt gedaan, dan is dit meestal op een omslachtige en tijdrovende manier. Zelfs grote partijen gaven aan dat ze geen andere oplossing hadden dan beide modellen af te drukken op een groot A3 papier en handmatig te controleren op conformiteit.’
Smits: ‘Er bestaan enkele BIM plug-ins die beperkte berekeningen uitvoeren bovenop een BIM-model. Deze vereisen echter dat er eerst een gedetailleerde uitwerking van het BIM-model beschikbaar is. Onze gesprekspartners gaven aan dat ze dit absoluut niet willen. HVAC-ingenieurs willen eenvoudig leesbare schema’s, waarop ze berekeningen kunnen uitvoeren voordat het BIM-model in detail wordt ontworpen. Revit is bovendien géén vertrouwde omgeving voor ingenieurs die de systemen ontwerpen en ook niet geschikt om rekenresultaten te visualiseren. Daarvoor is het teveel een tekenprogramma waarin onvoldoende informatie besloten ligt om alle nodige en juiste berekeningen uit te voeren met betrekking tot bijvoorbeeld leidingdimensionering, klepauthorisatie of balancering.’
Paul Smeets van Cadac bevestigt de woorden van Smits. ‘Wie installaties ontwerpt in een BIM-applicatie gaat al heel snel de diepte in met het detailleren van het ontwerp. Dat levert weliswaar mooie plaatjes op richting klant, maar niet het systeem met de eigenschappen waar de klant zich op richt. Of dit nu duurzaamheid betreft, een maximaal comfort of nog anders.’

De ‘split screen approach’ met interactieve integratie van reken- en tekenmodel met de Hysopt BIM Syncer.

BIM Syncer

Naar aanleiding van het vaststellen van bovenbeschreven probleem, ontwikkelde Hysopt vervolgens de Hysopt BIM Syncer die de discrepantie tussen modeleurs en rekenaars oplost. Smits: ‘De BIM Syncer maakt de koppeling tussen het reken- en het BIM-model en maakt daarbij gebruik van de ‘gescheiden scherm benadering’ (split screen approach) die beide werelden naar elkaar toe brengt.
Hierbij is bijvoorbeeld rechts een 3D-ontwerp te zien van het systeem in een zorgcentrum en links een weergave van de conceptuele P&ID van hetzelfde systeem. Door deze koppeling kan de ingenieur wijzigingen maken in de P&ID terwijl de modeleur kan werken in het 3D-model. Smits: ‘Maar waar het echt om draait, is dat de gebruiker modellen, componenten en andere data vanuit Hysopt kan genereren of inbrengen in Revit. En omgekeerd: data die de modeleur toevoegt aan zijn 3D-model – bijvoorbeeld een leidingtracé – wordt ook gegenereerd of doorgevoerd in het Hysopt model. Uiteraard worden data uit beide pakketten voortdurend gesynchroniseerd en in de Hysopt-software bovendien direct gevalideerd of de wijzigingen niet leiden tot onmogelijkheden, vergeten componenten of slechtere systeemprestaties.’ Op deze manier beschikken de rekenaar en modeleur over alle functies die ze nodig hebben om samen te werken aan een consistent en gevalideerd reken- en tekenmodel, gebaseerd op hun eigen gedefinieerde workflow.

‘De gebruiker kan modellen, componenten en andere data vanuit Hysopt genereren of inbrengen in Revit; en omgekeerd’

Toepassing in Nederland

Twee maanden geleden kondigde Hysopt de lancering van BIM syncer aan die in Nederland via Cadac beschikbaar is. Paul Smeets: ‘We zijn drie jaar geleden met elkaar in contact gekomen en hadden duidelijk dezelfde filosofie over het samenbrengen van de werelden van de rekenaar en modeleur. Grofweg gezegd: wij hadden de wens en Hysopt heeft nu de oplossing ontwikkeld die we sinds kort in ons pakket hebben opgenomen. De contacten met de eerste Nederlandse gebruikers lopen inmiddels. Het is nog te kort dag om met concrete voorbeeldprojecten te komen, maar de eerste reacties zijn duidelijk positief en vormen een stimulans om hiermee breed uit te pakken. En dus niet alleen bij nieuwbouwprojecten, maar juist ook bij renovaties waarbij je regelmatig ontdekt dat de bestaande installaties vérre van optimaal zijn. Door overdimensionering, ontwerpfouten, uitbreidingen door de tijd heen enzovoorts. Met de BIM syncer hebben onze klanten nu de mogelijkheid om dit bij een renovatietraject te verbeteren en bij een nieuwbouwproject in één keer efficiënt en goed op te zetten.’

Tekst: ing. Marjolein de Wit - Blok
Fotografie: Hysopt

Validatie Hysopt software door ISSO

Om het systeem en de rekencomplexiteit in lijn te laten lopen met de Nederlandse markt, heeft Hysopt een uitgebreide ISSO-validatie laten uitvoeren. De validatie vond plaats met behulp van de regels en uitgangspunten uit vier verschillende ISSO-publicaties:

• 7 - Grondleidingen voor warmte- en koudetransport,
• 18 – Leidingnetberekening,
• 44 en 47 - Hydraulische schakelingen voor verwarmen en koelen.

Bij de validatie zijn de samenstelling van de netwerken, de controle op correcte temperaturen, de werking van de pompen, voldoende inregelvoorzieningen en dimensionerende berekeningen getoetst op compleetheid en juistheid. Tevens is gekeken naar deellastgedrag.
Smits: ‘De validatie door ISSO is belangrijk omdat hiermee is aangetoond dat de software past binnen de wet- en regelgeving van Nederland en is afgestemd op de normen en rekenregels van het land. Het is dan belangrijk dat bijvoorbeeld de bibliotheek met ‘best practices’ ook de voorbeelden geeft die passen bij het betreffende land, zodat ze vervolgens ook echt in de praktijk zijn toe te passen. We zijn er trots op dat Hysopt de eerste ISSO-gecertificeerde software is voor de genoemde ISSO-publicaties. Een belangrijke stap om de Nederlandse HVAC-ontwerpers verder te ondersteunen naar duurzame HVAC-systemen.’