Геометричне моделювання надходження сонячної радіації на поверхні просторових покриттів архітектурних об’єктів

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

УДК 514.18

ГЕОМЕТРИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ НАДХОДЖЕННЯ СОНЯЧНОЇ РАДІАЦІЇ НА ПОВЕРХНІ ПРОСТОРОВИХ ПОКРИТТІВ АРХІТЕКТУРНИХ ОБ'ЄКТІВ

Спеціальність 05.01.01

Прикладна геометрія, інженерна графіка

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття

наукового ступеня кандидата технічних наук

ЗАПРИВОДА Віталій Іванович

Київ - 2002



Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Київському національному університеті будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник:

- Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор ПІДГОРНИЙ Олексій Леонтійович, завідувач кафедри архітектурних конструкцій Київського національного університету будівництва і архітектури.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор КУЦЕНКО Леонід Миколайович, заст. начальника кафедри пожежної техніки Академії пожежної безпеки Міністерства внутрішніх справ України

- - кандидат технічних наук, доцент НЕСВІДОМІН Віктор Миколайович, доцент кафедри нарисної геометрії, інженерної та комп'ютерної графіки Національного аграрного університету України Кабінету Міністрів України

Провідна установа: - Національний авіаційний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра прикладної геометрії та комп'ютерної графіки, м. Київ.

Захист відбудеться 15 травня 2002 р. о 13⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.056.06 у Київському національному університеті будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, Повітрофлотський просп., 31, ауд. 466 (зал засідань вченої ради).

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м. Київ, Повітрофлотський просп., 31.

Автореферат розіслано 15 квітня 2002 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.О. Плоский



Запривода В.І. Геометричне моделювання надходження сонячної радіації на поверхні просторових покриттів архітектурних об'єктів.- Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.01.01 - Прикладна геометрія, інженерна графіка. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна, Київ, 2002 р. геліосистема архітектура радіація геометричний

На основі комплексного аналізу досвіду використання геліосистем в архітектурі обгрунтовано актуальність задачі оптимізації розміщення геліоприймальних пристроїв на складних поверхнях архітектурних об'єктів. Встановлено взаємозв'язок фізичних, геометричних, кліматичних та інших факторів, що визначають структуру моделі процесу, на основі чого сформульвано відповідні вимоги до геометричних моделей надходження та дослідження розподілу СР.

Створено, узагальнено на випадок складних форм і складної сцени та чисельно досліджено неперервну та дискретну геометричні моделі надходження сонячної радіації на поверхні архітектурних об'єктів; на основі методів системного аналізу визначено раціональні межі використання даних моделей. Розроблено геометричні алгоритми розрахунку миттєвої, добової, річної (сезонної) сонячних радіаційних зон; запропоновано алгоритм дискретного сумування миттєвих значень радіації, досліджено його точність; з метою підвищення ефективності дискретного підходу запропоновано ряд допоміжних алгоритмів сканування об'єктів, трасування, визначення видимості тощо. Розроблені та досліджені на конкретних прикладах геометричні моделі управління формою поверхні для забезпечення наперед заданих параметрів сонячної радіаційної зони та формоутворення поверхні з наперед заданими властивостями сонячної радіаційної зони. Сформульвано умови узгодження методики автоматизованого ескізного проектування архітектурних об'єктів щодо врахування характеру розподілу сонячної радіації на поверхнях об'єктів, побудовано їєрархію задач моделювання, досліджено особливості реалізації моделей на містобідівному, архітектурно-планувальному та конструктивному рівнях проектного процесу. Створено демо-версію відповідного програмного забезпечення. Виконано впровадження роботи: в інституті КиївЗНДІЕП при проектуванні торгово-розважального комплексу “Електроніка” в м.Ялта; в Спеціальному конструкторському бюро математичних машин і систем Інституту кібернетики ім. В.М.Глушкова НАН України при виконанні наукової теми “Розробка перспективних моделей об'єктів будівництва”; в навчальний процес на кафедрі архітектурних конструкцій в Київському національному університеті будівництва і архітектури при викладанні будівельної фізики та у відповідних розділах дипломного проектування. Отримані в роботі результати дозволяють робити висновки та рекомендації щодо раціонального розміщення геліоприймальних пристроїв, що сприяє підвищенню ефективності їх експлуатації. Розроблені методи формоутворення сприяють розширенню класу поверхонь, які можна фикористовувати при проектуванні просторових конструкцій з урахуванням параметрів СРЗ.

Ключові слова: геометричне моделювання, геліоенергетика, сонячна радіаційна зона, формоутворення.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Енергетична проблема є однією з найнагальніших для України. Обмежений ресурс традиційних енергоджерел спонукає до пошуку альтернативних можливостей, які хоча б частково зменшували залежність економіки країни від імпорту енергоносіїв. Крім того, надзвичайно важливим є розв'язання комплексу екологічних проблем, які є прямим наслідком зростання темпів розвитку традиційної енергетики.

Серед відомих нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії (енергія Сонця, вітру, тепла Землі, біомаси, приливівта відливів, гідроенергія тощо) найбільш вагомим та перспективним для використання в Україні, зважаючи на її природно - кліматичні умови, є сонячна енергія. За розрахунками спеціалістів використання пасивних гелиосистем є економічно обґрунтованим на всій території країни, тоді як більше половини її території отримує потенціал сонячного опромінення, достатній для експлуатації активних геліопристроїв. Законодавчим підтвердженням актуальності проблеми утилізації сонячної енергії для України є прийняття спеціальної Постанови Кабінету міністрів “Програма державної підтримки розвитку нетрадиційних та відновлюваних джерел енергії та малої гідро - і теплоенергетики” (№ 1501 від 31.12.97). Провідна роль в розробці даної Програми та проведенні наукових досліджень в галузі геліоенергетики належить Інституту електродинаміки НАН України. Активні дослідження в даному напрямку виконуються також в інститутах КиївЗНДІТЕП, КНУБА, корпорації “Познякижилбуд” та інших установах.

Актуальність теми. Найважливішою технічною та технологічною проблемою геліоенергетики є підвищення ефективності утилізації сонячної енергії. Проблема має кілька рівнів реалізації.

По-перше, це створення високоефективних та недорогих сонцеприймальних пристроїв та перетворювачів сонячної енергії, розробка раціональних технологічних схем комбінованого теплоелектропостачання.

По-друге, це розробка енергозберігаючих та енергоактивних щодо сонячного опромінення архітектурно-планувальних, містобудівних та конструктивних рішень будівельних об'єктів та комплексів.

По-третє, це проблема раціональності використання геліосистем певного типу в архітектурному середовищі, зокрема, задача оптимізації розміщення геліоприймальних пристроїв активних геліосистем на поверхнях об'єктів та в складному середовищі забудови в цілому.

В розв'язанні багатьох аспектів останньої проблеми чільна роль належить методам геометричного та комп'ютерного моделювання.

В розвиток геометричного моделювання стосовно задач будівельнної фізики та сонячної енергетики суттєвий внесок було зроблено проф. О.Л. Підгорним. Ним, зокрема, запропоновано (1981 р.) універсальну геометричну модель надходження сонячних променів в задану точку простору з можливістю варіювання широти місцевості та пори року - “добовий конус сонячних променів”.

Можливість знаходження основних параметрів опромінення дозволила виконати на основі цієї моделі ряд досліджень з інсоляції (С.І. Орел, 1988) та розрахунків надходження сонячної енергії на площинні поверхні архітектурних об'єктів (В.Л. Мартинов, 1993). Однак, характер розподілу сонячної радіації (СР) на більш складних поверхнях та у складній сцені, яка утворена комплексом архітектурних об'єктів довільної форми, є складнішою задачею, що потребує окремого розгляду. Зокрема, О.Т. Дворецьким (2001) досліджено нелінійні моделі надходження сонячної радіації з метою проектування раціональних поверхонь концентраторів активних геліосистем. Зважаючи на високу нелінійність процесу надходження сонячної радіації та нерівномірність її розподілу на складних поверхнях та у часі, актуальною є задача визначення зон, що максимально опромінюються на протязі певного часового інтервалу (сонячних радіаційних зон - СРЗ). Очевидно, що місцезнаходження та розміри цих зон і є підставою для оптимізації розміщення сонцеприймальних пристроїв (СПП) на складних поверхнях архітектурних об'єктів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі архітектурних конструкцій КНУБА в рамках держбюджетних програм та госпрозрахункової теми “Розробка перспективних моделей об'єктів будівництва” на замовлення Інституту кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка геометричних моделей і алгоритмів розрахунку надходження сонячної радіації на поверхні складної форми, порівняльної оцінки її кількості та визначення ефективних зон сонячної радіації для розміщення сонцеприймальних пристроїв.

Для реалізації вказаної мети в роботі поставлені такі теоретичні та практичні задачі:

провести системний аналіз комплексу факторів, що впливають на кількість сонячної радіації, яка надходить на поверхні, виділити фізичні залежності, які формують вихідні данні для геометричного моделювання;

розробити континуальні та дискретні геометричні моделі розподілу сонячної енергії на поверхнях оболонок і алгоритми розрахунку рівня надходження сонячної радіації для миттєвої, середньодобової, середньорічної (сезонної) сонячних радіаційних зон;

розробити геометричні моделі управління формою поверхні для отримання сонячної радіаційної зони з наперед заданими параметрами;

створити концепцію методики автоматизованого ескізного проектування архітектурних об'єктів з урахуванням рівня надходження сонячної енергії на поверхні різної форми і розміщення на них геліоприймальних пристроїв;

апробувати запропоновані моделі, алгоритми та елементи комп'ютерної методики проектування на конкретних прикладах просторових об'єктів;

впровадити результати досліджень в проектну практику і навчальний процес.

Методи дослідження.

Розв'язання поставлених задач здійснюється на основі методів неперервного та дискретного геометричного моделювання з використанням положень будівельної фізики та теоретичних основ геліоенергетики, теорії складних систем, комп'ютерного моделювання.

Теоретичною базою для досліджень були роботи провідних вчених:

в галузі геометричного моделювання об'єктів і процесів на основі прикладної геометрії ліній і поверхонь: К.І.Валькова, В.В.Ваніна, І.С.Джапарідзе, Г.С.Іванова, С.М.Ковальова, І.І.Котова, Л.М.Куценка, В.Є.Михайленка, В.М.Найдиша, В.С.Обухової, В.А.Осипова, А.В.Павлова, О.Л.Підгорного, М.М.Рижова, К.О.Сазонова, І.А.Скидана, В.О.Плоского та інших;

в галузі геометричного моделювання процесів в будівельній фізиці стосовно розповсюдження та сприйняття світлової (в т.ч. сонячної), теплової та звукової енергії в архітектурному середовищі та конструкціях будинків: Л.М.Куценка, О.Л. Підгорного, Б.Г.Борисова, І.В. Волошиної, О.Т.Дворецького, В.Л.Мартинова, С.І.Орла, В.О.Плоского, Є.В.Пугачова, М.Садикова, Д.В.Єршової та інших;

в галузі дослідження прикладних питань освітлення і використання сонячної енергії в будівництві: Д.І.Антонюка, Д.В.Бокарева, І.Бекіана, П.Ю.Гамбурга, Н.М.Гусєва, Д.Даффі, Б.А.Дунаєва, В.С.Зоколея, К.Я.Кондратьєва, Т.А.Маркуса, Н.І.Маслєннікова, М.Мехти, Н.В.Оброленського, А.А.Рабіновича, Н.П.Селіванова, І.С.Суханова., А.Р.Ферта, Б.Харкнеса, А.Я.Штейнберга та інших;

в галузі розробки комп'ютерних технологій проектування: Л.Н.Авдотьїна, Ю.І.Бадаєва, В.Н.Кислоокого, В.Є.Михайленка, У.Ньюмена, В.А.Осипова, М.Пратта, К.О.Сазонова, А.Фокса, Дж.Фолі і вен Дема та інших.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Обґрунтовано, узагальнено на випадок складних форм і складної сцени та чисельно досліджено неперервну та дискретну геометричні моделі надходження сонячної радіації на поверхні архітектурних об'єктів; визначено раціональні межі використання відповідних моделей.

2. Розроблено алгоритми розрахунку миттєвої, добової, річної (сезонної) сонячних радіаційних зон; запропоновано алгоритм дискретного сумування миттєвих значень радіації та досліджено його точність.

3. Вперше розроблено геометричну модель управління формою поверхні для забезпечення наперед заданих параметрів сонячної радіаційної зони та формоутворення поверхні з наперед заданими властивостями СРЗ ;

4. Розвинуто основи методики автоматизованого ескізного проектування архітектурних об'єктів стосовно врахування характеру розподілу сонячної радіації на поверхнях та створено демо-версію відповідного програмного забезпечення.

Практичне значення отриманих результатів полягає в:

можливості коректної оцінки об'єктів складної форми з точки зору можливості розташування сонцеприймальних пристроїв з заданою точністю;

створенні комплексу алгоритмів, що складають основу комп'ютерної методики проектування об'єктів складної форми з урахуванням параметрів сонячної радіаційної зони;

в практичній реалізації геометричних моделей, алгоритмів та методики в практиці проектування, наукових дослідженнях та учбовому процесі.

Також практичне значення роботи підтверджено документами про впровадження:

в інституті КиївЗНДІЕП при проектуванні торгово-розважального комплексу “Електроніка” в м.Ялта.

в Спеціальному конструкторському бюро математичних машин і систем Інституту кібернетики ім. В.М.Глушкова НАН України при виконанні наукової теми “Розробка перспективних моделей об'єктів будівництва”.

в навчальний процес в Київському національному університеті будівництва і архітектури на кафедрі архітектурних конструкції при викладанні будівельної фізики та у відповідних розділах дипломного проектування.

Особистий внесок здобувача у роботах, опублікованих у співавторстві, становить: розробка континуальної і дискретної геометричної моделей процесу надходження сонячної радіації на поверхні складної форми; дослідження сходимості при визначенні точності дискретної моделі; розробка алгоритмів формоутворення за наперед заданими параметрами СРЗ; розробка допоміжних алгоритмів трасування сонячного променя у складній сцені при реалізації дискретного сумування миттєвих значень радіації; створення та апробація демо-версії методики та програмного комплексу проектування СРЗ на архітектурних об'єктах у складній сцені.

Апробація результатів дисертації.

Результати досліджень доповідались та обговорювались на:

10 Всесоюзному науково-технічному семінарі “ Інженерна та машинна графіка”, м. Полтава, 1991 р.

3 Міжнародній конференції “Сучасні проблеми геометричного мобелювання”, м.Мелітополь, 1996 р.

1-й Всеукраїнській науково-технічній конференції “Економія теплоти і енергії у проектуванні”, м. Полтава, 1996 р.

Міжнародному науковому симпозіумі “Нарисна геометрія, інженерна і комп'ютерна графіка “, м. Львів, 1996 р.

1-й Міжнародній конференції ”Технічна метеорологія Карпат”, м. Львів, 1998 р.

Міжнародному конгресі з просторових конструкцій МКПК-98 (ICSS-98),

м. Москва,1998 р.

На Міжвузівських семінарах при кафедрі нарисної геометрії та машинобудівного креслення Національного аграрного університету України та науково- практичних конференціях КНУБА (м.Київ, 1984,1989,1991, 1996, 1998).

Публікації.

За темою дисертації опубліковано 18 робіт, з них 10 - у наукових збірниках, затверджених в переліку фахових видань ВАК України, 9 - одноосібно.

Структура і обсяг дисертаційної роботи.

Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури із 167 найменувань, додатків. Робота містить сторінок основного тексту, рисунків, таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкривається сутність і стан наукової проблеми та її значущість,обгрунтовується актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, відбиті наукова новизна і практичне значення одержаних результатів, зазначено конкретний особистий внесок здобувача, подано перелік основних наукових результатів, що виносяться на захист. Підкреслено, що використання геліоенергетики як найперспективнішого для України напрямку в нетрадиційній енергетиці має першорядне економічне значення, а задачі, розв'язання яких сприятиме підищенню ефективності геліосистем, є надвичайно важливими та своєчасними. Відзначено, що що зважаючи на геометричну сутність процесу надходження СР, в його дослідженні особлива роль належить методам геометричного моделювання.

Перший розділ має аналітичний характер. В ньому описано місце геліоенергетики в загальному енергетичному потенціалі України. Відзначено значний досвід, який існує в країні в розвитку даної галузі; коротко систематизовано основні технічні рішення геліосистем та окреслено клас пристроїв, що розглядаються в роботі - стаціонарно розташовані СПП (рідинного чи повітряного типу, фотоелементи) без систем концентрації енергетичного потоку. Підкреслено значення геометричних методів та описано зміст нових геометричних підходів у дослідженні процесу надходження СР на різні поверхні. Далі аналізуються основні фактори, які впливають на процес надходження сонячної радіації на поверхні архітектурних об'єктів (рис. 1), тобто встановлюється зв'язок між енергетикою та геометрією Сонця, комплексом фізичних параметрів, формою та розташуванням будівлі та поверхні, на якій розміщується СПП. Для коректно формулювання вимог до моделі з позицій теорії систем досліджується геометрична картина надходження сонячної радіації на поверхні оболонок; наведено основні залежності, що визначають суть геометричної моделі.. В розділі подані також основні визначення, твердження, обмеження та припущення щодо геометричної моделі. В розрахунках основною змінною, що визначає рівень надходження сонячної радіації на поверхню є напрям сонячного променя в миттєвому положення Сонця відносно площини, дотичної до поверхні в заданій точці. Залежності, які визначають кут між напрямком сонячного променя та нормаллю в точці поверхні мають вигляд:



ф- часовий кут, ц - схилення Сонця (період року), д - широта місцевості.

Основні разрахунки в моделі запропоновано виконанувати для прямої сонячної радіації Ѕ_пр., оскільки рівні розсіяної та відбитої СР є похідними величинами від Ѕ_пр.

Другий розділ присвячено створенню геометричних моделей надходження сонячної радіаціїї на поверхні складної форми.

Процес концептуально може бути інтерпретовано з двох точок зору. Перша полягає в інтегруванні миттєвих положень сонячного променя, що надходить в задану точку А, за часовими параметрами ф та ц. В результаті отримуємо значення Ѕ для досліджуваних точок поверхні, після чого будується картина прострового розподілу рівнів Ѕ та визначається ефективна СРЗ. Така концепція є основою для розробки дискретної моделі дослідження наперед заданих поверхонь об'єктів та складних сцен у загальному випадку. Другий підхід базується на інтегруванні екстремальних значень СР (за умовою cos г > min) у просторі. Таке уявлення є зручним для постановки та розв'язку задач формоутворення об'єктів з СРЗ, що відповідають певним енергетичним умовам (розділ 3).

Оскільки аналітичне визначення інтегральних характеристик опромінення можливе лише за відсутності затінення, сфера практичного застосування неперервних моделей є досить обмеженою. Виконано дослідження енергетичних параметрів відсіків найбільш вживаних аналітично заданих поверхонь. Приведений рівень надходження СР за деякий сезон експлуатації геліопристрою визначався залежністю.

де S_m - кількість прямої СР, що надходить на прощину, нормальну до сонячного променя; S_m є функцією сонячної постійної S_о = 1353 Вт/м².

В загальному випадку більш коректною є дискретне уявлення і, відповідно, дискретна модель процесу. Аналогом виразу (2 ) в даному випадку є сума скінченної послідовності миттєвих значень S_k в точці А^i,j (при відповідних

N положеннях сонячного променя на денній траєкторії та M траєкторій на протязі сезону) за зміни параметрів ф та ц:

. ( 3 )

Принциповим моментом розрахунків є визначення кількісних характеристик N та M. Наведено спосіб визначення мінімальної достатньої кількості миттєвих положень Сонця на траєкторії та кількості траєкторій упродовж сезону експлуатації геліопристрою. Показано, що при N ? 20 та M ? 10 значення інтенсивності СР асимптотично наближаються до інтегрального значення, а відхилення ДS знаходяться в межах ступеня чутливості сучасних фотоелементів. Наведено залежності для кутових приростів на множинах траєкторій.

Оскільки дискретна модель призначена для дослідження процесу в складній сцені, для визначення видимості розрахункової точки з миттєвого положення Сонця та спрощення алгоритмів дискретного сумування миттєвих значень S розроблено комплекс допоміжних алгоритмів трасування променів у множині впроядкованих точковових двовимірних проекцій; ці алгоритми є модифікацією відомих алгоритмів комп'ютерної графіки, зокрема, алгоритму Брезенхема, алгоритмів затінення та ін..

Третій розділ присвячено дослідженню "оберненої задачі" - формоутворення поверхонь оболонок за критеріями надходження сонячної радіації. Виконано аналіз можливих постановок та підходів до розв'язання даної задачі. Деталізовано розглянуто два підходи: а) виділення поверхні з однопараметричної множини (пучка) поверхонь за критерієм максимуму розмірів ефективної СРЗ; б) - формоутворення поверхні з заданою формою твірної (зокрема, лінійчатої), коли параметри "рухомої" СРЗ аналітично зв'язані з траєкторією руху Сонця, а умовна швидкість руху найбільш прогрітої точки поверхні є функцією напрямної, яка утворює криволінійну "вісь" СРЗ.

Підхід до визначення раціональної поверхні з єдиним вільним параметром форми або положення зводиться до дослідження на екстремум інтегральних функціоналів, що визначають вид СРЗ. Розглянуто характерні, практично доцільні випадки, описано особливості розв'язку, обмеження, наведено варіанти спрощення рішення.

Наведено відповідні аналітичні залежності та приклади формоутворення поверхонь, зокрема, описано лінійчату поверхню як огинаючу однопараметричної множини площин, нормальних до твірних конуса сонячних променів упродовж для в точках криволінійної напрямної заданої довжини.

В четвертому розділі розглянуто основи розробки методики проектування архітектурних об'єктів з врахуванням параметрів СРЗ, наведено приклади розрахунків надходження СР на поверхні об'єктів різного призначення, описано результати впровадження дисертації.

Як зазначалось вище, основою розробки геометричних моделей, алгоритмів та методики, головним чинником визначення їх структур та особливостей є уявлення про досліджуваний процес як певну складну систему. Розроблено структуру цієї системи, досліджено її взаємозв'язки, на основі чого визначено ієрархію задач, які слід розв'язувати методами континуального чи дискретного моделювання - в результаті за ступенем складності об'єкту визначаються його ознаки щодо процесу надходження СР та конкретизуються необхідні особливості геометричних алгоритмів, що відповідають даномуступеню складності.

Інтегрування задач раціонального розміщення геліосистем в методики архітектурного проектування розглядається на містобудівельному, об'ємно-планувальному та конструктивному рівнях. Описано формальні вимоги та особливості, які виникають на кожному рівні у зв'язку з різноманітністю постановок задач щодо дослідження як існуючих об'єктів так і можливостей впливу факторів СРЗ на процес архітектурного та геометричного формоутворення.

Програмний комплекс для розрахунку та побудови картини розподілу рівнів надходження СР у складній сцені, утвореній архітектурними об'єктами, розроблено в середовищі DELPHI мовою Object PASCAL. Описано структуру програмного комплексу, виконанойого тестування на конкретних прикладах. На рисунку 4 зображено картину розподілу рівнів СР (денна зона для 22.06) на поверхнях вантового покриття об'єкту "Електроніка" (впроваджено в інституті КиївЗНДІЕП). Вантові покриття мають складну форму і частково перкривають одне одного в просторі. Візуалізацію виконано за допомогою графічного пакету SURFER (Golden Soft Inc.).



ВИСНОВКИ

Дисертація присвячена розробці геометричних моделей та алгоритмів процесу надходження сонячної радіації на поверхні просторових покриттів архітектурних об'єктів з метою оптимізації розташування на них геліоприймальних систем.

В результаті проведених в дисертації досліджень отримані такі результати:

1. На основі комплексного аналізу досвіду використання геліосистем в архітектурі обгрунтовано актуальність задачі оптимізації розміщення геліоприймальних пристроїв на складних поверхнях архітектурних об'єктів. Встановлено взаємозв'язок фізичних, геометричних, кліматичних та інших факторів, що визначають структуру моделі процесу, на основі чого сформульвано відповідні вимоги до геометричних моделей надходження та дослідження розподілу СР.

2. Створено, узагальнено на випадок складних форм і складної сцени та чисельно досліджено неперервну та дискретну геометричні моделі надходження сонячної радіації на поверхні архітектурних об'єктів; на основі методів системного аналізу визначено раціональні межі використання даних моделей.

3. Розроблено геометричні алгоритми розрахунку миттєвої, добової, річної (сезонної) сонячних радіаційних зон; запропоновано алгоритм дискретного сумування миттєвих значень радіації, досліджено його точність; з метою підвищення ефективності дискретного підходу запропоновано ряд допоміжних алгоритмів сканування об'єктів, трасування, визначення видимості тощо.

4. Розроблені та досліджені на конкретних прикладах геометричні моделі управління формою поверхні для забезпечення наперед заданих параметрів сонячної радіаційної зони та формоутворення поверхні з наперед заданими властивостями сонячної радіаційної зони.

5. Сформульвано умови узгодження методики автоматизованого ескізного проектування архітектурних об'єктів щодо врахування характеру розподілу сонячної радіації на поверхнях об'єктів, побудовано їєрархію задач моделювання, досліджено особливості реалізації моделей на містобідівному, архітектурно-планувальному та конструктивному рівнях проектного процесу. Створено демо-версію відповідного програмного забезпечення.

6. Виконано впровадження роботи: в інституті КиївЗНДІЕП при проектуванні торгово-розважального комплексу “Електроніка” в м.Ялта; в Спеціальному конструкторському бюро математичних машин і систем Інституту кібернетики ім. В.М.Глушкова НАН України при виконанні наукової теми “Розробка перспективних моделей об'єктів будівництва”; в навчальний процес на кафедрі архітектурних конструкцій в Київському національному університеті будівництва і архітектури при викладанні будівельної фізики та у відповідних розділах дипломного проектування.

7. Отримані в роботі результати дозволяють робити висновки та рекомендації щодо раціонального розміщення геліоприймальних пристроїв, що сприяє підвищенню ефективності їх експлуатації. Розроблені методи формоутворення сприяють розширенню класу поверхонь, які можна фикористовувати при проектуванні просторових конструкцій з урахуванням параметрів СРЗ.



ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Запривода В.И. Метод нахождения зон, получающих максимальное количество солнечной радиации на поверхностях сложной формы. // Прикл. геометрия и инж. графика. - 1986. - Вып.41. - С. 55-56.

2. Запривода В.И. Алгоритм дискретного получения зон солнечной радиации на сложных поверхностях. // Прикл. геометрия и инж. графика. - 1987. - Вып. 43. - С. 64-65.

3. Подгорный А.Л., Запривода В.И. К вопросу создания геометрической модели процесса поступления солнечной радиации на поверхности оболочек. // Прикл. геометрия и инж. графика, -1987.- Вып. 44. - С. 11-15.

4. Запривода В.И. Автоматизация определения зон рационального размещения сонцеприемных устройств на поверхности оболочек. // Прикл. геометрия и инж. графика. - 1988.- Вып. 45. - С. 42-44.

5. Запривода В.И. Получение поверхностей, содержащих солнечные радиационные зоны заданых параметров. // Прикл. геометрия и инж. графика. - 1988. - Вып. 46. - С. 66-67.

6. Запривода В.И., Козачок А.Л. Формообразование поверхностей рациональных для восприятия солнечной энергии. // Геометрическое моделирование в строительстве и архитектуре. Сб. науч. тр. - К.: УМК ВО, 1990. - С. 97-101.

7. Гурак В.Н., Запривода В.И., Плоский В.А., Подгорный И.А. Геометрические вопросы проектирования многомодульного вантового покрытия// Прикл. геометрия и инж. графика. - 1990. - Вып. 49. - с. 71-74.

8. Запривода В.И. Методика и программный комплекс определения уровня поступления солнечной энергии на поверхности форм // Киев. инж.-строит, ин-т. - К., 1989. - 15 с. Дел. в УкрНИИНТИ, 14.06.89, № 1674 - Ук 89.

9. Запривода В.И. Определение оптимального поступления солнечной радиации на поверхности сложных форм. // Тезисы докл. Х всесоюзного научно-технического семинара "Инженерная и машинная графика". Полтава, 1991. - 28 с.

10. Запривода В.И. Дискретизация множеств солнечных траекторий в задачах размещения гелиоприемных устройств. // Прикл. геометрия и инж. графика. - 1996. - Вып. 59. - с. 160-162.

11. Запривода В.И., Плоский В.А. Дискретные геометрические модели в задачах размещения гелиоприемных устройств на поверхности покрытий. // Тез. докл. Первой Всеукр. научно-практической конференции "Экономия теплоты и энергии в проектировании и строительстве". Полтава, 1996. - 168 с.

12. Запривода В.И. Геометрические модели размещения гелиосистем на поверхностях покрытий. - М-лы III Междунар.конф. " Совр. проблемы геом. моделирования ". - Мелитополь, 1996.

13. Запривода В.И. О формообразовании поверхностей покрытий в задачах солнечной энергетики. - .М-лы междунар. научного симпозиума " Начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика ". - Львов, 1996. с. 41.

14. Запривода В.И., Козлов А.П., Плоский В.А., Цой Н.П. Последовательность анализа системы объектов в задачах геометрического моделирования процессов и явлений. // Прикл. геометрия и инж. графика. - 1997. - Вып. 61. - с. 121-124.

15. Запривода В.І., Цой М.П. Системний аналіз об'єктів як етап розробки їх геометричних моделей//М-ли Науково-практ.конференції "Інженерна графіка та геометричне моделювання із застосуванням комп'ютерної технології", Рівне, 1997.- С. 47.

16. Запривода В.І., Плоский В.О. Геометричне моделювання в задачах оптимального розташування геліосистем//Proc. 1^st Intern. Conference "Technical Meteorology of Carpathians", Lviv, 1998, pp. 170-173.

17. Єлізаров О.А., Запривода В.І. Реалізація задачі розрахунку надходження сонячної радіації на об'єкти складної сцени в середовищі DELPHI//Прикл. геометрія та інж. графіка, -1999.- Вып. 66. - С. 223-225.

18. Подгорный А.Л., Плоский В.А., Пугачев Е.В., Запривода В.И., Козак Ю.В. Оболочки: форма и среда// Докл. Международного конгресса по пространственным конструкциям МКПК-98, Москва, 1998. - С. 342 - 349.

Размещено на Allbest.ru

...