Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В настоящее время более 40% производимой энергии потребляется инженерными системами жилых и административных зданий. В условиях постоянного ввода в эксплуатацию жилых домов остро встает вопрос дефицита энергоресурсов. Алгоритмы автоматического управления инженерными системами зданий и комплексов должны быть разработаны таким образом, чтобы продолжать реализовывать функцию жизнеобеспечения в условиях возможной нехватки ресурсов. Нехватка ресурсов может возникать вследствие чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, незапланированного роста нагрузки на инженерные системы, технических и/или экономических ограничений потребления ресурсов по любым причинам и проч. При этом ресурсы между инженерными системами должны распределяться в режиме автоматического управления по заранее составленным алгоритмам таким образом, чтобы минимизировать ущерб от дефицита ресурсов для людей, конструкций и функций зданий.
Очевидно, что разработка таких алгоритмов должна быть инициирована и завершена до ввода здания в эксплуатацию. Следовательно, исключена возможность использования реальных данных об уровне энергопотребления здания в различных режимах эксплуатации, под воздействием различных внешних условий. Единственным доступным средством является аналитическая оценка. При этом необходимо учитывать неоднородность внешних условий, невозможность описания всех вероятных режимов эксплуатации объекта одним набором параметров. Энергопотребление зданий зависит не только от материалов ограждающих конструкций, архитектурных решений и привязки в плане, но и во многом от режима эксплуатации, характеристиками которого являются, например, тип и количество техники и различного оборудования, число людей и характер их работы. Оценка перечисленных и ряда других факторов позволит уже на стадии проектирования выявить достаточно близкую к реальным условиям картину энергопотребления конкретного здания. Сценарное моделирование позволяет рассмотреть динамическое воздействие различных комбинаций внешних факторов на объект. Недостатком такого подхода является трудоемкость аналитических расчетов.
Применение для таких расчетов специализированных систем автоматизированного проектирования (САПР) избавляет от трудоемких аналитических расчетов и неизбежных ошибок. Действие предлагаемой в настоящей диссертации САПР построено на математической модели энергопотребления здания, учитывающей влияние различных внешних факторов и позволяющей реализовывать сценарное моделирование, что позволяет проводить верификацию энергетического баланса в широком диапазоне внешних воздействий, что дает возможность оценить объем энергетических ресурсов необходимый строящимся зданиям и комплексам после ввода в эксплуатацию.
В связи с вышеперечисленными обстоятельствами можно утверждать, что тема диссертационной работы связанная с разработкой метода верификации энергетического баланса зданий и комплексов актуальна.
Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в предположении возможности повышения эффективности моделирования значений потребления энергии зданиями и комплексами в процессе эксплуатации на основе сценарного представления исходных данных в системах автоматизированного проектирования.
Цель диссертации - разработка метода сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов в системах автоматизированного проектирования.
Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
анализ зданий и комплексов как объектов энергетического исследования;
анализ методов и моделей верификации энергетического баланса зданий и комплексов в системах автоматизированного проектирования;
оценка факторов внешних сред в автоматизированном составлении сценариев для верификации энергетического баланса в системах автоматизированного проектирования;
разработка метода сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов в системах автоматизированного проектирования;
разработка алгоритма автоматизированного составления сценариев для верификации энергетического баланса в системах автоматизированного проектирования;
разработка модели энергопотребления зданий и комплексов в системах автоматизированного проектирования;
апробация метода сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов и оценка его эффективности;
- формулировка перспективных направлений дальнейших исследований.
Объект исследования: объекты и процессы энергопотребления зданий и
комплексов.
Предмет исследования: методы и модели верификации энергетического баланса зданий и комплексов в системах автоматизированного проектирования.
Теоретические и методологические основы исследования. Для достижения поставленной цели использованы системотехнический подход, теория автоматического управления, математическое и имитационное моделирование, теория вероятности, математическая теория планирования экспериментов, а также тематические научные работы.
Научной новизной обладают следующие результаты теоретических и экспериментальных исследований:
метод сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов в системах автоматизированного проектирования;
алгоритм автоматизированного составления сценариев для верификации энергетического баланса в системах автоматизированного проектирования;
модель энергопотребления зданий и комплексов в системах автоматизированного проектирования.
Практическая значимость. Созданный метод сценарной верификации энергетического баланса зданий и комплексов позволяет в процессе разработки инженерных систем и систем автоматического управления учитывать особенности условий эксплуатации объекта исследования. Таким образом, возрастает качество управления инженерными системами в автоматическом режиме в условиях дефицита ресурсов, вызванного авариями, чрезвычайными природными условиями и незапланированными нагрузками.
Апробация результатов исследования. Результаты исследований докладывались на 10, 11, 12, 13 и 14-й международных научных конференциях "Строительство - Формирование среды жизнедеятельности" (г. Москва, 2007-2011гг.), 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 (2011г.); 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 Закрытом акционерном обществе (ЗАО) "Фирма "АйТи. Информационные технологии". 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.
