Modelowanie układów wentylacji mechanicznej w ujęciu obiektowym

1. Modelowanie układów wentylacji mechanicznej w ujęciu obiektowym

2. Rola informacji • Wzrost znaczenia informacji we współczesnym świecie. • Pozyskiwanie i zarządzanie informacją w budownictwie. • Budowa cybernetycznych modeli, elektronicznych makiet budynku.

3. Proces projektowy jako wymiana informacji

4. Skrócenie czasu opracowania dokumentacji - automatyzacja prac projektowych • Zwiększenie dokładności obliczeń • Przenoszenie informacji projektowej na różnych etapach opracowania projektu • Wymiana danych pomiędzy obliczeniami, rysunkami i opisami • Udostępnianie informacji międzybranżowej Proces projektowy jako wymiana informacji

5. Narzędzia komputerowego wspomagania projektowania

6. Platforma wymiany danych • Koniecznym wydaje się stworzenie platformy wymiany danych o układzie wentylacji umożliwiającej pozyskiwanie i zarządzanie informacją o układzie w ramach procesu projektowania.

7. Wykorzystanie technologii obiektowych • Wykorzystanie technologii obiektowych do opisu układu wentylacji. Zastąpienie elementów układu obiektami posiadającymi atrybuty i metody.

8. Uporządkowanie atrybutów i metod • Zarządzanie atrybutami i metodami służącymi do tworzenia opisu elementów.

9. Wykorzystanie zalet metodyki obiektowej • Klasy • Dziedziczenie • Polimorfizm • Hermetyzacja • Przeciążanie

10. Teza pracy • Tezę niniejszej rozprawy stanowi następujące stwierdzenie: • „metodologia modelowania obiektowego stwarza dogodne podstawy dla budowy struktury modelu układu wentylacji mechanicznej, który łączy opis samej instalacji wentylacyjnej ze zmianami stanu transportowanego powietrza”

11. Cel pracy • Podstawowy cel podejmowanej rozprawy doktorskiej stanowi: • określenie teoretycznych podstaw budowy obiektowego modelu układu wentylacji mechanicznej, • opis struktury wewnętrznej modelu, • opis współzależności pomiędzy elementami modelu, • opis niezbędnych atrybutów i metod elementów modelu, • analiza zasadniczych aspektów utylitarnych, w tym oceny elastyczności zaproponowanej struktury modelu, wpływ istniejących uwarunkowań na jego budowę i dalsze kierunki rozwoju.

12. Założenia modelu • Wspólny opis elementów instalacji wentylacyjnej wraz z parametrami transportowanego powietrza.

14. Baza danych elementów wentylacyjnych • Baza danych elementów wentylacyjnych zbudowana na zasadzie klas. • 11 klas głównych. • 247 klas.

15. Baza danych atrybutów • Podział na 24 zagadnienia. • 110 atrybutów obiektów podstawowych. • 96 atrybutów 6 obiektów pomocniczych.

16. Baza danych metod • 11 metod strukturalnych. • 13 metod wewnętrznych. • 45 metod systemowych.

18. Otoczenie modelu • 33 moduły zewnętrzne. • Technologie wymiany danych modelu z modułami.

20. Szczegóły wymiany danych • Szczegółowy opis wymiany danych z poszczególnymi modułami, zawierający wykorzystywane atrybuty i przekazywane informacje.

22. Moduł analizy funkcjonowania układu • Zarządzanie danymi pochodzącymi z obliczeń, symulacji i pomiarów • Wnioskowanie o układzie wentylacji na podstawie zestawionych danych pochodzących z projektu i pomiarów

24. Obiektowy model budynku • Obiektowy model wentylacji stanowi uszczegółowienie modelu budynku IFC rozwijanego przez IAI

26. Przykład wykorzystania modelu Wyznaczenie parametrów powietrza za pomocą zewnętrznego modułu danych psychrometrycznych

27. Przykład wykorzystania modelu Założenia projektowe • Projekt i realizacja układu wentylacji mechanicznej dla założonego podkładu architektonicznego. • 2 elementy nawiewne po V=240 m3/h • Wentylator. • Powietrze w 100 % recyrkulacyjne.

28. Wczytanie podkładu architektonicznego

29. Określenie geometrii instalacji

30. Wyznaczenie kolejności elementów

31. Przykład wykorzystania modelu • Określenie długości elementów • Określenie warunków początkowych układu • Dobór elementów nawiewnych • Obliczenie wymiarów kanałów wentylacyjnych • Obliczenie prędkości i pola przekroju elementów • Obliczenie spadku ciśnienia

32. Przykład wykorzystania modelu Obliczenie wartości ciśnienia statycznego, dynamicznego i całkowitego za pomocą zewnętrznego modułu obliczeniowego spadku ciśnienia

33. Przykład wykorzystania modelu Wyznaczenie wartości ciśnienia statycznego, dynamicznego i całkowitego za pomocą zewnętrznego modułu współpracy z programami CFD

34. Przykład wykorzystania modelu Wyznaczenie wielkości w skali mikro za pomocą zewnętrznego modułu współpracy z programami CFD

35. Przykład wykorzystania modelu • Dobór wentylatora • Wyznaczenie punktu pracy wentylatora • Wyznaczenie parametrów powietrza za pomocą metod wewnętrznych • Wyznaczenie parametrów powietrza za pomocą zewnętrznego modułu danych psychrometrycznych • Określenie danych akustycznych za pomocą zewnętrznego modułu obliczeń akustycznych

36. Przykład wykorzystania modelu • Obliczenie powierzchni elementów • Wyznaczenie przestrzeni zajmowanej przez elementy • Określenie ciężaru elementów • Zestawienie szczegółowe elementów • Zestawienie zbiorcze elementów • Przygotowanie dokumentów zamówień elementów i urządzeń • Zestawienie wykorzystanych mediów

37. Przykład wykorzystania modelu • Wyznaczenie kosztu inwestycyjnego • Obliczenie zużycia energii • Określenie kosztu eksploatacji • Wyznaczenie czasu życia instalacji • Wyznaczenie wartości współczynnika SFP (Specific Fan Power) • Wizualizacja układu

38. Zapisanie danych geometrycznych

39. Zastosowanie modelu w zakresie analizy funkcjonowania układu

40. Zastosowanie modelu w zakresie analizy funkcjonowania układu

41. Wnioski • Przeprowadzone badania pozwalają na sformułowanie następujących wniosków: • · Obecny stan rozwoju techniki obliczeniowej, w tym narzędzi komputerowego wspomagania projektowania stwarza realne przesłanki dla podjęcia próby obiektowego ujęcia problemu modelowania układów wentylacji mechanicznej. • · Zastosowanie modelu obiektowego układu wentylacji mechanicznej umożliwia stworzenie platformy wymiany danych pomiędzy elementarnymi zagadnieniami rozwiązywanymi w ramach projektu.

42. Wnioski • · Zastosowanie modelu pozwala na zarządzanie informacją o projektowanej instalacji na różnym poziomie szczegółowości w zależności od zastosowanych metod. • · Struktura opisanego modelu umożliwia łatwą jego rozbudowę poprzez wykorzystanie istniejących i dopisywanie nowych modeli i metod obliczeniowych oraz wykorzystanie istniejących opisów instalacji wentylacyjnych (graficznego, analitycznego, symulacyjnego). • · Przedstawiony model pozwala na kompleksowy opis łączący dane techniczne elementów instalacji wentylacyjnej z parametrami powietrza w obrębie elementu. • · Praktycznym efektem przeprowadzonych prac jest możliwość stworzenia wspólnego formatu wymiany danych o układzie wentylacji w postaci znormalizowanego formatu wymiany danych (np. formatu pliku wykorzystywanego przez autorów aplikacji wspomagających prace projektowe).

43. Rozwój modelu układu wentylacji • W wyniku przeprowadzonych badań wskazano na kierunki rozwoju prezentowanego modelu układów wentylacji, a w szczególności: • Celowym wydaje się stworzenie na bazie przedstawionej metodologii modelu obiektowego wraz z jego realizacją aplikacyjną. Zakłada się stworzenie implementacji modelu w postaci programu komputerowego. Na bazie stworzonego programu możliwe stanie się dokonanie weryfikacji przyjętych założeń.

44. Przyszłość • Projektanci i osoby związane z procesem inwestycyjnym mogą wykorzystywać model w wielu zagadnieniach praktycznych, do których należą między innymi: • wspomaganie wyboru systemu wentylacji, • wspomaganie doboru elementów składowych instalacji, • obliczanie strumienia powietrza nawiewanego, • obliczanie strumienia powietrza higienicznego, • dobieranie elementów nawiewnych i wywiewnych, • wymiarowanie instalacji wentylacyjnych, • obliczanie zmian ciśnienia w instalacji wentylacji, • wyrównywanie instalacji wentylacyjnych, • zestawienie procesów uzdatniania powietrza, • przedstawienie procesów klimatyzacyjnych na wykresie psychrometrycznym, • obliczenia migracji zanieczyszczeń,

45. Przyszłość • obliczenia akustyczne instalacji wentylacyjnych, • dobieranie tłumików, • obliczanie zużycia energii w układzie wentylacji, • zużycie energii elektrycznej, • zużycie energii cieplnej, • zużycie energii chłodniczej, • zestawienia mocy elektrycznej poszczególnych elementów, • zestawienia mocy cieplnej poszczególnych elementów, • zestawienia mocy chłodniczej poszczególnych elementów, • zestawienia urządzeń, • przygotowanie schematów instalacji, • przygotowanie aksonometrii instalacji, • przygotowanie rzutów instalacji, • przygotowanie trójwymiarowego widoku instalacji, • przygotowanie wizualizacji instalacji, • obliczenia symulacyjne za pomocą programów CFD,

46. Przyszłość • obliczenia symulacyjne za pomocą programów symulacji dynamiki procesów, • oszacowanie czasu życia inwestycji, • oszacowanie kosztów inwestycyjnych instalacji, • oszacowanie kosztów eksploatacyjnych instalacji, dokonywanie zamówień elementów instalacji, • przygotowanie harmonogramu inwestycji, • zamówień i dostaw elementów, • obliczenia kosztorysowe, • zestawienia ciężaru instalacji, • analiza kolizji elementów instalacji z elementami architektonicznymi, konstrukcyjnymi i elementami innych instalacji, • określanie założeń do automatycznej regulacji i sterowania, • określanie założeń ochrony przeciwpożarowej, • przygotowanie danych do programów zarządzania obiektem (Facility Management), • wspomaganie odbioru instalacji wentylacji mechanicznej.

47. Dziękuję za uwagę • Piotr Bartkiewicz • e-mail: Piotr.Bartkiewicz@is.pw.edu.pl • Website: www.iow.is.pw.edu.pl/bartek • Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji • Politechniki Warszawskiej • ul. Nowowiejska 20 • 00-653 Warszawa