Підвищення енергоефективності житлових будинків на основі оптимізації їх форми - Автореферат

Методика досліджень базується на використанні порівняльного аналізу при вивченні історичних та сучасних прикладів енергоефективних будинків, структурно-логічного моделювання при дослідженні впливу параметрів форми будинку на його енергоефективність, математичної оптимізації та компютерного моделювання при проведенні порівняльної оцінки будинків за ознакою їх енергоефективності, а також методів експериментального проектування при апробації запропонованих методик на практиці. Наукова новизна роботи полягає у здійсненні систематизації напрямків удосконалення архітектурного обєкта за ознакою його енергоефективності, виявленні семантичних характеристик енергоефективних будинків, створенні структурної та структурно-логічної моделей звязків факторів архітектурно-природного середовища для їх ранжування за вагомістю впливу на ступінь енергоефекивності будинку; розробці інформаційної моделі впливу параметрів форми будинку на його енергоефектитвність, в розробці способу кількісної порівняльної оцінки енергоефективних якостей архітектурного обєкта за даними статистичного аналізу сформованої інформаційної моделі, розробці теоретичних основ методик підвищення енергоефективності житлових будинків на основі здійснення порівняльної оцінки варіантів форми будинків, оптимізації та додаткового коригування. У першому розділі “Аналіз актуальних проблем енергозбереження в архітектурі” проведено аналіз сучасного стану проблеми, історії розвитку наукових досліджень в цій галузі та розглянуто сучасні екологоспрямовані тенденції в архітектурі, визначено поняття енергоефективних будівель та представлена класифікація існуючих типів енергоефективних будівель, визначено основні риси, притаманні таким будинкам, розглянуто їх семантичні особливості, формалізовано енергоефективні якості житлового будинку. Проведений аналіз житлових будівель з точки зору поставленої мети досліджень дозволив синтезувати основні цільові ознаки енергоефективності будівель, на основі чого було формалізовано основні енергоефективні якості будівлі. Тобто, енергетичний баланс Е будинку можна записати як: Е = МАХЕТЕПЛОНАДХОДЖЕНЬ МАХЕ аккумуляції - МІNЕВИТРАТ - MINEBTPAT (1.1), де Етеплонадходжень - показник кількості теплонанадходжень до будинку;Дослідження кількісної залежності зміни параметрів виявлених характеристик форми будинку та показника енергоефективності надало можливість скласти інформаційну модель, статистичний аналіз якої дозволив довести її достовірність та отримати формулу розрахунку показника енергоефективності залежно від конкретних параметрів форми точкових та подовжених житлових будинків. Для реалізації результатів дослідження розроблено алгоритм проведення порівняльної оцінки, оптимізації параметрів форми будинку та їх коригування, який дозволяє визначити варіант проектного рішення з найменшим показником тепловитрат будинку і є основою загальної методики порівняльної оцінки житлових будинків за ознакою енергоефективності. Розроблена методика порівняльної оцінки будинків за критерієм їх енергоефективності дозволяє здійснити вибір варіанту форми будинку з характеристиками, що забезпечують найменші тепловитрати, серед розроблюваних варіантів. На основі розроблених методик та проведених експериментальних розрахунків визначено оптимальні параметри для точкових і подовжених будинків, рекомендовано оптимальні параметри форми будинків при додаткових обмеженнях по одному з параметрів, а також запропоновано кольори фасадів будинків залежно від їх орієнтації. Аналіз отриманих в дисертаційній роботі результатів вказує на можливість розвитку дослідження проблеми підвищення енергоефективності житлових будинків шляхом розширення кількості параметрів, що враховуються в запропонованих моделях; поглиблення вивчення впливу структури та планувального рішення будинку на його енергоефективність; адаптації розробленої методики щодо визначення енергоефективності будинків інших типологічних груп, а також використання її в складі компютерних систем проектування архітектурних обєктів.

Аналіз стану проблеми енергозбереження в сучасній світовій і вітчизняній архітектурній практиці, зокрема, в архітектурі житла, дозволив виявити актуальні задачі дослідження, розвязання яких спрямоване на підвищення енергоефективності житлових будинків.

На основі проведених теоретичних досліджень запропоновано концепцію підвищення енергоефективності житлових будинків шляхом оптимізації основних характеристик їх форми на етапі проектування.

Виходячи з поставлених задач дослідження, сформовано загальний інформаційний масив досліджуваної проблеми, який дозволив синтезувати стратегію досліджень енергоефективності житлових будинків в певному природно- архітектурному середовищі.

В результаті аналізу розгорнутого переліку факторів архітектурно-природного середовища та їх звязків розроблено структурну та структурно-логічну моделі, аналіз яких дозволив здійснити ранжування факторів і довести впливовість характеристик форми будинку на енергозбереження.

Дослідження кількісної залежності зміни параметрів виявлених характеристик форми будинку та показника енергоефективності надало можливість скласти інформаційну модель, статистичний аналіз якої дозволив довести її достовірність та отримати формулу розрахунку показника енергоефективності залежно від конкретних параметрів форми точкових та подовжених житлових будинків.

Для реалізації результатів дослідження розроблено алгоритм проведення порівняльної оцінки, оптимізації параметрів форми будинку та їх коригування, який дозволяє визначити варіант проектного рішення з найменшим показником тепловитрат будинку і є основою загальної методики порівняльної оцінки житлових будинків за ознакою енергоефективності.

Розроблена методика порівняльної оцінки будинків за критерієм їх енергоефективності дозволяє здійснити вибір варіанту форми будинку з характеристиками, що забезпечують найменші тепловитрати, серед розроблюваних варіантів.

Оптимізаційні розрахунки на основі розробленої методики дають можливість підібрати значення всіх або окремих параметрів форми будинку з метою зниження його тепловитрат. Двохетапна структура алгоритму оптимізації дозволяє використовувати методику як для удосконалення параметрів форми нового будинку, що проектується, так і при реконструкції.

Запропоновані в методиці додаткові можливості коригування параметрів форми житлових будинків дають можливість уточнення розташування елементів фасаду та їх колористичного рішення з метою підвищення енергоефективності будинків.

На основі розроблених методик та проведених експериментальних розрахунків визначено оптимальні параметри для точкових і подовжених будинків, рекомендовано оптимальні параметри форми будинків при додаткових обмеженнях по одному з параметрів, а також запропоновано кольори фасадів будинків залежно від їх орієнтації.

Впровадження теоретичних і практичних результатів в державних установах, проектних і науково - дослідних інститутах, в вищому навчальному закладі підтвердило теоретичну цінність наукових положень роботи і практичну доцільність запропонованих методик.

Аналіз отриманих в дисертаційній роботі результатів вказує на можливість розвитку дослідження проблеми підвищення енергоефективності житлових будинків шляхом розширення кількості параметрів, що враховуються в запропонованих моделях; поглиблення вивчення впливу структури та планувального рішення будинку на його енергоефективність; адаптації розробленої методики щодо визначення енергоефективності будинків інших типологічних груп, а також використання її в складі компютерних систем проектування архітектурних обєктів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА

Кащенко Т.О. Архітектура енергозбереження // Сучасні проблеми архітектури та містобудування: Науково - технічний збірник. Вип. 1. -К.,КНУБА,1997.-С.122-127

Кащенко Т.О. Архітектура як енергетичне середовище // Теорія та історія архітектури і містобудування: Збірник наукових праць Державного науково-дослідного інституту теорії та історії архітектури та містобудування .-Вип.3. На честь Г.Н. Логвина. - К.: НДІТІАМ,1998.-С. 55-59.

Кащенко Т.О. Вплив факторів енергозбереження на семантичний образ муніципального житла// Сучасні проблеми архітектури та містобудування: Науково - технічний збірник. Вип. 6 ( спеціальний): Шляхи розвитку міського середовища. .-К.,КНУБА,1999.-С.122-127.

Кащенко Т.О. Еволюція архітектурної форми: енергетичний аспект // Українська академія мистецтва: Науковий збірник. Вип..6- К.: УАМ, 1999 - С.168 - 174.

Кащенко Т.О. Енергозбереження та розвиток архітектурної форми // Містобудування : міжвідомчий науково - технічний збірник. Вип.46. - К.: НДПІ містобудування, 1998.- с.147-154.

Кащенко Т.О. Інформаційна модель комплексного дослідження проблеми енергозбереження в архітектурі // Сучасні проблеми архітектури та містобудування: Науково - технічний збірник. Вип.5. -К.,КНУБА,1999.-С. 7-11.

Кащенко Т.О. Методика формування комплексної оцінки енергоефективності будівель і споруд // Сучасні проблеми архітектури та містобудування: Науково - технічний збірник. Вип.4.-К.,КНУБА,1999.-С.130-134.

Кащенко Т.О.Оптимізація проектних рішень житлових будинків на основі порівняльної оцінки архітектурних обєктів за ознакою їх енергоефективності // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. №375. Архітектура. -Львів: 1999.-С.275-278.

Кащенко Т.О. Природна форма як модель енергоефективної форми в архітектурі// Региональные проблемы архитектуры и градостроительства. №1 - Одесса: 1999. - С. 136.

Размещено на .ru