Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время угроза глобального изменения климата, истощения природных ресурсов и коллапса мировой экосистемы непрерывно возрастает. При этом, здания (сооружения) во всем мире используют более 45% всей потребляемой первичной энергии, 65% всего электричества, 40% всего сырья и 14% всех запасов питьевой воды, а также производят 35% всех выбросов углекислого газа и практически половину всех твердых отходов. Таким образом, ключевыми проблемами в мировой строительной отрасли сегодня являются проблемы экологичности и энергоэффективности зданий и сооружений.
В 2009 году в России вступил в силу Федеральный закон "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". Этот закон подчеркивает важность проведения оценки потребления ресурсов существующими и вновь возводимыми зданиями в процессе эксплуатации. Однако процесс проведения оценки потребления зданием энергоресурсов должен начинаться еще на этапе проектирования.
Перспективное энергоэкологическое моделирование позволяет определить еще на этапе проектирования, какое количество энергии будет необходимо зданию на этапе его эксплуатации. При этом необходимо учитывать неоднородность внешних условий, невозможность описания одним набором параметров всех возможных режимов эксплуатации зданий и сооружений.
Учитывая сложность построения моделей инженерных систем современных зданий и сооружений, у инженеров возникают сомнения в том, что принимаемые проектные решения являются наилучшими. В этом случае возникает необходимость использования дополнительных систем, которыми в последнее время часто становятся различные системы автоматизированного проектирования (САПР), существенно снижающие время проектирования и вероятность появления ошибок при проектировании. В последние годы САПР превратились из векторных графических редакторов в системы, которые автоматически подбирают строительные конструкции, сечения электрических проводов, диаметр трубопроводов систем отопления, вентиляции и кондиционирования и так далее. Многие современные САПР имеют частичную встроенную возможность оценки энергопотребления зданием. Недостатком существующих САПР перспективного энергопотребления является моделирование энергопотребления либо в стационарных внешних условиях, либо при произвольно изменяемых внешних условиях. Ни тот, ни другой подход не обеспечивает приближение результатов моделирования к реальному энергопотреблению здания в процессе эксплуатации.
В изложенном смысле, безусловно, актуальным является создание компьютерной информационной технологии для автоматизации проектирования, основанной на таком методе, который позволяет адекватно оценивать реальное энергопотребление здания и сооружения.
Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в предположении возможности повышения энергетической эффективности зданий и сооружений в процессе их эксплуатации за счет перспективного энергоэкологического моделирования на стадии автоматизации проектирования.
Цель диссертации - разработка модельных и методических оснований для перспективного энергоэкологического моделирования зданий и сооружений в системах автоматизированного проектирования зданий и сооружений.
Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
анализ зданий и сооружений как объектов энергетического моделирования;
анализ современного состояния российских и мировых норм в области энергоэффективного строительства зданий и сооружений;
анализ существующих программных средств в области энергетического моделирования зданий и сооружений;
создание метода перспективного энергоэкологического моделирования в системах автоматизированного проектирования зданий и сооружений;
создание алгоритма автоматизации перспективного энергоэкологического моделирования в системах автоматизированного проектирования зданий и сооружений;
разработка компьютерной информационной технологии оценки энергоэффективности зданий и сооружений;
разработка метода создания исполняемого файла на основе интерпретируемого языка программирования М-кода в системах автоматизированного проектирования;
практическая апробация результатов исследования;
формулировка перспективных направлений дальнейших исследований.
Объект исследования: перспективное энергоэкологическое моделирование
зданий и сооружений.
Предмет исследования: автоматизация проектирования перспективного энергоэкологического моделирования зданий и сооружений.
Теоретическими и методологическими основаниями исследования стали системотехника строительства, системный анализ и системное проектирование, теория и практика анализа и построения САПР, современный опыт прикладных исследований в области САПР в строительстве, отечественный и зарубежный опыт при энергетическом моделировании зданий и сооружений.
Научная новизна диссертации:
разработан метод перспективного энергоэкологического моделирования в системах автоматизированного проектирования зданий и сооружений;
разработан алгоритм автоматизации перспективного энергоэкологического моделирования в САПР;
создана компьютерная информационная технология оценки энергоэффективности зданий и сооружений;
разработан метод создания исполняемого файла на основе интерпретируемого языка программирования М-кода в системах автоматизированного проектирования.
Практическая значимость. Разработанная компьютерная информационная технология оценки энергоэффективности в составе метода перспективного энергоэкологического моделирования зданий и сооружений в САПР позволяет на этапе проектирования строительных конструкций, архитектурно-планировочных решений, инженерных систем оценить эффективность использования энергетических ресурсов в здании и сооружении с целью оптимизации ресурсов при дальнейшей эксплуатации.
Апробация результатов исследования. Результаты исследований докладывались на 10, 11, 12, 13 и 14-й международных научных конференциях "Строительство - Формирование среды жизнедеятельности" (г. Москва, 20072011 гг.), Научно-практических конференциях "Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях" (г. Москва, 2008-2011 гг.), Международной научной конференции ДОННАСА (Украина, г. Донецк, 2009 г.), Международной научно-технической конференции "Стройкомплекс - 2010" (г. Ижевск, 2010 г.), XIX Словацко-российско-польском семинаре "Теоретические основы строительства" (Словакия, г. Жилина, 2010 г.), Международной научной конференции "Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании" (г. Москва, 2011 г.), XIV Международной конференции по компьютеризации в строительстве (ICCCBE 2012 Moscow), семинарах кафедр "Автоматизации инженерно-строительных технологий" и "Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве" ФГБОУ ВПО "МГСУ".
Результаты диссертации опубликованы в 2007-2012 гг. в 24 научных работах, в том числе - в 6 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.
В результате проведенных исследований автором (в составе авторского коллектива) получены 4 Патента РФ на полезные модели (2011, 2012 гг.), Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ (2011 г.); Федеральной службой по интеллектуальной собственности приняты для регистрации заявка на Патент РФ на полезную модель, 12 заявок на Патент РФ на промышленные образцы, 3 заявки на Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ (2012 г.).
Экспериментальное внедрение результатов исследования выполнено в Открытом акционерном обществе (ОАО) "Московская объединенная энергетическая компания" (МОЭК) и Некоммерческом партнерстве "Автоматизация зданий и системы управления инженерным оборудованием на базе протокола БАКнет" (НП "БИГ-РУ"). Отдельные результаты диссертации использованы в учебном процессе кафедры ИСТАС ФГБОУ ВПО "МГСУ".
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, общих выводов и предложений, библиографического списка и приложений.
