Расчет и оптимизация энергопотребления жилого здания на этапе строительства

Постановка задачи Задача состоит в том, чтобы разработать программу, помогающую пользователю организовать строительство собственного жилого дома на начальном этапе, то есть на этапе выбора строительных материалов и их количества, а также показать возможный вид системы отопления на модели стандартного одноэтажного дома в интерактивном режиме.

Функциональность: ● При заданных пользователем параметрах для частного дома рассчитать количество энергии, необходимое для того, чтобы обеспечить жильца комфортными условиями. Это нужно в целях определения количества элементов системы отопления (радиаторов), а также для самого пользователя, который с большой вероятностью ждет от программы именно это значение ● После расчёта энергии и соответственно количества радиаторов необходимо визуализировать полученный результат, используя объемную модель одноэтажного дома, и предоставить возможность передвижения по сцене, чтобы пользователь смог наглядно посмотреть, как могут располагаться радиаторы и как это будет выглядеть ● Обеспечить подбор более эффективного варианта конструкции жилого дома за счет незначительного изменения некоторых введенных параметров ● Сохранение введённых значений для последующего использования Цели и актуальность Во-первых, в наше время постоянно строятся многочисленные жилые сооружения, для каждого из которых требуется отопление, поэтому многие из нас явно заинтересованы в правильном проектировании системы отопления, то есть в верных расчетах тепловых потерь и нужного количества радиаторов. Во-вторых, причина актуальности – это деньги. Люди всегда стремились и будут стремиться сделать больше за наименьшие денежные затраты. Однако многие недальновидные люди строят свой дом из дешёвых строительных материалов, и в результате им приходится в будущем переплачивать за топливо, за счёт которого работает отопление. Именно поэтому главной целью проекта является экономия денежных средств пользователя путем точных расчетов теплопотерь введенного здания, а также оптимизации, то есть нахождения более эффективного пути организации строительства. Предметная область (кратко) В большинстве случаев один вид теплообмена сопровождается другим. Так, обмен теплотой между твердой поверхностью и газом происходит путем теплопроводности (перенос теплоты при непосредственном соприкосновении тел разных температур) и конвекции (перенос теплоты за счет перемещения вещества). Эти два процесса происходят одновременно, поэтому их нужно учитывать вместе при расчетах теплопотерь жилого дома. Делается это с помощью введения коэффициентов теплопроводности и теплоотдачи. Есть еще один вид теплообмена – излучение, но им было решено пренебречь в связи с не очень высокими температурами как внутри помещения, так и снаружи. Теплопотери – важнейшая величина, рассчитываемая программой. Она выражает количество теплоты, которое проходит через объект с определенной площадью поверхности за единицу времени. В программе рассчитываются теплопотери через стены, окна и потолочное перекрытие, что в сумме составляет около 50% всех теплопотерь здания, так что перед выводом результата полученное число увеличивается вдвое. Кроме того, полученный результат необходимо увеличить на так называемый инженерный коэффициент, который мы приняли за 10%. Также в проекте учитываются некоторые положения СНиП (Строительные нормы и правила). К ним относятся: СНиП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий», СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование») и некоторые другие.

Результат

В результате нам удалось создать программу, которая полностью решает поставленную задачу. В ней реализованы: ● Верный расчет теплопотерь и количества секций радиаторов для необходимого жилого здания (учитывая правильность проведенных тестов) ● Визуализация полученной системы отопления на примере одноэтажного дома с возможностью просмотра результата с разных сторон (новизна, делает результат более наглядным и понятным) ● Примитивная оптимизация теплопотерь (новизна, такой функции не было найдено в аналогах) ● Корректное сохранение введенных пользователем данных (новизна, в аналогах нет) Единственная вещь, которую мы не успели тщательно продумать, это оптимизация, потому что достаточно тяжело организовать логичную работу такой непростой функции, тем более что её не наблюдается ни в одном из аналогов. Тем не менее, учитывая то, что абсолютное большинство работы было проделано мной, можно говорить о следующих положительных результатах: ● Изучены две новые для меня программы: Unity3D и Blender ● Глубже изучены темы строительства, а также многие процессы и законы физики, не входящие в школьную программу. Например, теперь есть понимание таких терминов, как «СНиП», «теплопотери», «теплоноситель», изучены виды строительных материалов

Литература 1. Михеев, М.А. Основы теплопередачи. – Издание второе, стереотипное. – М.: «Энергия», 1977. – 344 с. 2. Хижняков, С.В. Практические расчеты тепловой изоляции (для промышленного оборудования и трубопроводов). – Издание третье, переработанное. – М.: «Энергия», 1976. – 200 с. 3. Проектирование тепловой защиты зданий [Текст]: СП 23-101-2004. – Изд. официальное, с 1 июня 2004. – Взамен СП 23-101-2000; введ. 2000. 4. Дома жилые одноквартирные [Текст]: СП 55.13330.2011. – Изд. 20 мая 2011. – Взамен СП 31-02-2001; введ. 2001. 5. Тепловая защита зданий [Текст]: СП 23-02-2003. – Изд. 1 октября 2003. – Взамен СНиП ||-3-79*; введ. 1 июля 1979. 6. Отопление, вентиляция и кондиционирование [Текст]: СП 41-01-2003. – Изд. 1 января 2004. – Взамен СНиП 2.04.05-91*; введ. 1 января 1992. 7. https://www.youtube.com/channel/ – бесплатные видео-уроки по обучению работы в Blender 8. https://www.cgtrader.com/free-3d-models – модель скачанного дома 9. https://www.textures.com/freeTextures – сайт с бесплатными текстурами 10. https://docs.unity3d.com/Manual/index.html – документация Unity3D (официальный сайт) 11. https://stroyday.ru/ – коэффициенты теплопроводности строительных материалов 12. https://gcup.ru/ и http://xrayisgray.de/ – обучение написанию скриптов 13. https://world-weather.ru/ и https://manbw.ru/ – архив погоды в регионах России 14. https://yandex.ru/video/ – теория про виды радиаторов 15. https://www.udemy.com/ – платный курс по Unity3D 16. https://openedu.ru/my/#timeline=finished – бесплатный курс по Unity3D

• Цели
• Задачи
• Актуальность
• Результаты
• Применение
• Оборудование