Прошел почти год моего пребывания в Европе, да еще и в должности явно оторванной от моделирования как такового и уж тем более от физики. Но это не значит, что я окончательно их забросил, просто, если честно, мне несколько наскучил чисто теоретический характер появляющихся новостей, большинство из которых касаются нового софта или его возможностей... А вот сообщений (а еще лучше результатов) о их реальном применении как-то не попадается. Хотя, надо признать, не очень-то их и искал - надеялся все узнать из первых уст на одной из самых предствительных конференций, курируемых международной ассоциацией IBPSA - BauSIM.
Эта конференция проходит раз в 2 года и так уж вышло, в этом году она совпала с другим, не менее почетным, мероприятием - центрально-европейским симпозиумом по физике зданий - CESBP. Все действо проходило в прекрасном городе Дрезден, что значительно добавило привлекательности и разнообразия. Я не из тех, кто выкладывает в блог фоточки, тут все серьезно, поэтому и впечатления будут исключительно в русле энергомоделирования.
- Новости из мира физики зданий.
Вообще, выводы большинства работ неутешительные - вода замерзает, соль разъедает, спасения нет, а как рассчитать - непонятно. Но само количество докладов (на целую конференцию) внушает надежду, что еще чуть-чуть и оно перейдет в качество.
2. Инженерные расчеты.
Казалось бы, ранг конференции не предусматривает обжигание горшков и рассмотрение ежедневной практики инженерных расчетов, но тем ценее оказался единственный доклад (подкрепленный студенческим постером) о расчетных формулах для теплого пола на грунте. Оказывается, надо всего лишь взять известное решение для одиночного источника тепла в полубесконечной однородной среде (надеюсь, вы помните, как брать реальные части интегалов комплЕксных функций) и сложить необходимое число раз (по числу труб в теплом полу). Удивительно, но авторы приводят сравнение с реальными замерами конструкций теплого пола в бетонной стяжке, утепленной минватой и лежащей на грунте - и - о, чудо! - расчеты полностью с ними совпадают (напомню, расчеты для однородной среды)! Более того, в качестве вывода, авторы предлагают пользоваться именно этими формулами, а не диаграммами в справочниках. Видимо, они считают, что если справочнику больше 10 лет, то им пользоваться нельзя, не знаю. Не привожу ссылку на работу дабы не позорить авторов лишний раз.
3. Общие направления работ и перспективы.
Интеграция. Всего со всем: солнечных панелей с окнами, стен с аккумулторами тепла/холода, зданий в комьюнити, комьюнити в города. Мне, как человеку более или менее осведомленному это не показалось чем-то принципиально новым, но у меня получился очень содержательный разговор с представителем компании BOSH (кого только ни встретишь на конференциях) из которого я понял, что после стольких лет разделения целого на составляющие как генеральной идеи развития, принять мысль о многофункциональности и взаимодействии именно на подсознательном уровне, чтобы она руководила принятием проектных решений, инженерам будет тяжело. Мы привыкли все делить, чтобы было просто. Если просто не получается, надо делить еще. Но если оглянуться вокруг, многозадачность становится нормой жизни: мы читаем новости с телефона по дороге на работу, а умные часы показывают нам уведомления о событиях. Это почти философское понятие, "Идея Интеграции". Именно она подсказывает инженерам решения многих актуальных задач: энергообеспечения, логистики, устойчивого (sustainable) развития.
Много так же говорилось и об интергации процессов: расчетов с рядовым проектированием, строительством и эксплуатацией. Правда, исключительно в том ключе, что со всем этим BIMом основные участники процесса совершено упустили из вида расчеты как основной источник и потребитель данных. Импорт моделей в расчетные программы крайне сложен именно потому, что апологеты BIM не принимали их во внимание (не без причин, но все же). А об экспорте результатов или о проверке на их основе говорить не приходится - все отдано на откуп проверяющим "экспертам", консерватизм тут довольно силен. Чтобы сократить этот разрыв сообщество расчетчиков организовало несколько довольно крупных проектов еще несколько лет назад и их первые результаты уже представлены широкой публике - о них речь во второй части впечатлений.
И третий аспект, который я отметил для себя - программирование становится обязательным навыком для инженеров. Точнее, я нашел этому еще одно подтверждение, т.к. первые подозрения появились у меня еще 2 года назад, когда Autodesk начал очень агрессивно продвигать Dynamo. Это не значит, что все инженеры обязаны уметь писать программы, нет, программистам тоже нужна работа. Но понимать логику, лежащую в основе программ, и уметь встраивать ее в свой процесс проектирования обязан каждый. Еще лучше, если инженер может составить простой алгоритм в среде визуального программирования - это, скорее всего, станет неким стандартным "API для ламеров" и позволит значительно ускорить разработку и адаптацию нового софта.
Для рассчетчиков основным языком программирования станет Modelica. Это объектный уравнение-ориентированный язык, широко используемый для симуляций в машиностроительной, автомобилестроительной и аэрокосмической отраслях. Он совмещает в себе возможности объектного языка высокого уровня (импорт объектов, написанных на Python, C, C++) и реализацию написания программ в виде графических схем - для этого используются соответствующие среды: Dymola, OpenModelica, SimulationX, MapleSim (подробнее здесь). Т.е. если у вас есть так называемая "библиотека" элементов, вы просто комбинируете их в нужной последовательности и с нужными параметрами в виде принципиальной схемы и задаете параметры симуляции. Схемы можно сохранять как новые элементы библиотеки, объединять в другие схемы и т.д. Что важно, если есть необходимость передачи модели другому лицу/компании, то ее можно упаковать как "черный ящик". Она по прежнему сохранит полную функциональность, но получатель не увидит, что внутри и не сможет воспользоваться ее алгоритмами и элементами. Это дает надежду на вовлечение производителей оборудования в процесс расчетов - вместо распечаток из программ подбора они будут давать сразу расчетую модель оборудования, не беспокоясь о ноу-хау или о том, что проектировщик что-то неправильно поймет. Именно это и происходит в автомобилестроении и других областях, где широко используется моделирование.
И возвращаясь к тому, с чего мы начали, Modelica опирается именно на идею интеграции. Она позволяет смоделировать любое взаимодействие элементов, если таковое имеет место в реальности. Объединяя элементы в модели, модели в другие модели мы получаем несколько масштабов: от одиночных элементов (вплоть до конструкций оборудования) до городов и - чего уж там - стран и континентов. И это не просто концепция - на конференции было представлено довольно большое число докладов об использовании Modelica не только для исследовательских рассчетов, но и для решения практических инженерных задач. О двух докладах я хочу упомянуть особо.
4. Доклады
Первый доклад, который я хотел бы выделить, был сделан K.M.Hesler из Centre for Sustainable Building, TU München, Munich, Germany. В прекрасном городе Мюнхен действует целый пилотный район, который застраивается по последнему слову техники и технологии. Подробнее можно узнать здесь. Один из кварталов этого проекта собираются построить вообще без подключения к внешним сетям за исключением электричества. Задача инженеров была подтвердить теоретическую возможность полной автономии от сетей теплоснабжения этого квартала.
Основная сложность при решении этой задачи довольно очевидна: в отсутствие централизованного источника система должна обеспечивать "перекачку" энергии между зданиями и "тепловым хранилищем", а так же между зданиями как таковыми, т.к. они являются и потребителями (отопление, ГВС) и производителями (солнечные коллекторы) одновременно. И дело не столько в гидродинамической стабильности - до нее дело даже не дошло, сколько в том, что существующие программы и алгоритмы решения подобных задач вообще не приспособлены под произвольное направление течения среды и заранее было не ясно, удастся ли согласовать время и мощность производства/потребления.
 | ||
Источник: Heissler et all, Modeling of low temperature district heating networks for utilization of local energy potentials, Proceedings of BauSIM 2016, Dresden
Решение было найдено именно в Modelica. "Стандартные" модели коллекторов и зданий были рассчитаны в известном пакете TRNSYS, а гидравлика сети в Dymola. Связь между программами, так называемая ко-симуляция, была выполнена в Building Control Virtual Testbed - BCVTB. Результатом стало подтверждение возможности полной автономии при выполнении ряда вполне реалистичных условий.
Что в этом проекте исключительно интересного? Во-первых, реальный заказчик - город Мюнхен. Во-вторых, реальная задача - автономия на уровне небольшого поселения, вполне востребованная не только в Мюнхене и не только в Германии. Не надо городить котельную и снабжать ее топливом. В-третьих, инженерное решение данной задачи "традиционными" методами невозможно - необходимо использование более гибкой рассчетной схемы. Построение такой схемы - отдельная задача, тем не менее, все ее элементы доступны уже сейчас - вопрос только в том, насколько хорош инженер...
Второй доклад был сделан всего полчаса спустя (разумеется, они были включены в одну секцию) M.Bachmann из Hermann-Rietschel-Institute, TU Berlin. Выполнен он был в рамках немецкого проекта LowExTra, являющегося частью еще более амбициозной работы по изучению возможностей энергоэффективных и комфортных поселений и городов и реновации существующих. Собственно, о последнем и шла речь: перед инженерами была поставлена задача адаптации существующих тепловых сетей под нужды и возможности существующих зданий, оснащенных собственными источниками тепла (коллекторы, тепловые насосы).
Задача похожа на ту, что решали их коллеги из Мюнхена, однако, ограниченная существующими решениями теплоснабжения для существующих зданий. Решение было найдено в виде 3х-трубной системы теплоснабжения:
Источник: M.Bachmann et all, Feasability study of a multilevel district heating grid with dissolved supply and return using Modelica, Proceedings of BauSIM 2016, Dresden
Однако, помимо неопределенного направления потока в сети, в данной конфигурации возможен еще и обмен массы между различными кольцами. В результате, требуется еще и внешняя балансировка объема сети для каждого кольца. Немецкие инженеры предложили и исследовали сразу 2 пути решения внешней балансировки: за счет накопительных баков, подпитываемых извне, и за счет т.н. гидравлического разделителя, который балансирует потоки в кольцах. И опять же, ни один их этих подходов не описывается существующими расчетными методами, а для Modelica уже есть все необходимые компоненты для решения задачи.
Не могу не отметить, что в качестве модельной задачи была выбрана улица Majakowskiring с реальными домами, чьи модели учитывали особенности конструкции разных годов постройки, назначение, возможности установки и реальную производительность оборудования для получения горячей воды. Решение - будет работать. Конкретика на уровне балансировки и прочего - в следующих сериях. Обратите внимание на количество пилотных проектов - т.е. реально строящихся или уже построенных зданий - на главной странице инициативы. Почти у всех у них стоит статус "завершается". Т.е. следующий шаг - массовое (так и хочется написать "уничтожение") внедрение.
И наконец, третий проект, о котором я хочу рассказать, касается уже не Modelica и не столько конкретных инженерных задач, сколько концепции современной инженерной мысли, которая, как мы выяснили, заключается...
в интеграции.
Michael Pelken из лондонского архитектурного бюро P+Studio представил доклад о концептуальном проекте дома, интергрированного с источниками возобновляемой энергии, в частности, с ветровой турбиной.
Источник: M.Pelken, Turbine-house: patented enery-plus innovation, Proceedings of BauSIM 2016, Dresden.
Свою концепцию они разработали в ходе выполнения проекта... уличного фонаря. Несколько нестандартных (и впоследствии запатентованных) решений для "самодостаточного" фонаря, которому не нужно подключение к внешним сетям, легли в основу гораздо более глубокой идеи о доме, построенном "вокруг" генератора энергии - ветровой турбины. Мне сразу это напомнило романтику жизни в маяке, когда утилитарность и уют становятся нераздилимы.
Что принципиального в этом - напомню - концептуальном проекте? Я не великий критик архитектуры, но этот проект не противопоставляет жизненное пространство с окружающей средой (как это было всегда) и уж тем более не призывает к их интеграции (как это модно сейчас путать с понятием sustainable). Нет, он признает необходимость границы между ними и, более того, эта граница становится источником жизненно необходимой энергии. Речь не просто об обтекаемых формах здания или о солнечных панелях на крыше, а о такой границе между внутренним и внешним пространством, которая скорее регулирует, чем изолирует. Переизобретение мельницы в эпоху электричества. Банальный ветряк при этом смотрится как палка в поле...
Имея законченный проект (практически подписанный в массовое производство) фонаря аналогичной конструкции, методом размерностей специалисты оценили потенциал фонаря размером с дом и остались довольны - в определенных климатических условиях (преимущественно ветренных) можно даже не усложнять существующие известные конструкции ветровых турбин с вертикальной осью.
Источник: M.Pelken, Turbine-house: patented enery-plus innovation, Proceedings of BauSIM 2016, Dresden.
И этого будет достаточно, чтобы покрыть потребности в энергии.
Проект находится на стадии даже не концепта, а скорее, идеи, направления проектирования, но тем не менее, направления весьма перспективного и многообещающего. В данном случае идет речь о ветре, возможно, в других районах потребуется более глубокая интеграция с солнечными панелями или тепловыми насосами и мы логично придем к совершенно другой по своему принципу архитектуре. Это уже не Form follows function и даже не Form follows performance, а Form follows intention...
Я лично пребываю под очень большим впечатлением от этого проекта и надеюсь, что мое знакомство с Майклом перерастет в плодотвоное сотрудничество.
И наконец, третий проект, о котором я хочу рассказать, касается уже не Modelica и не столько конкретных инженерных задач, сколько концепции современной инженерной мысли, которая, как мы выяснили, заключается...
в интеграции.
Michael Pelken из лондонского архитектурного бюро P+Studio представил доклад о концептуальном проекте дома, интергрированного с источниками возобновляемой энергии, в частности, с ветровой турбиной.
Свою концепцию они разработали в ходе выполнения проекта... уличного фонаря. Несколько нестандартных (и впоследствии запатентованных) решений для "самодостаточного" фонаря, которому не нужно подключение к внешним сетям, легли в основу гораздо более глубокой идеи о доме, построенном "вокруг" генератора энергии - ветровой турбины. Мне сразу это напомнило романтику жизни в маяке, когда утилитарность и уют становятся нераздилимы.
Что принципиального в этом - напомню - концептуальном проекте? Я не великий критик архитектуры, но этот проект не противопоставляет жизненное пространство с окружающей средой (как это было всегда) и уж тем более не призывает к их интеграции (как это модно сейчас путать с понятием sustainable). Нет, он признает необходимость границы между ними и, более того, эта граница становится источником жизненно необходимой энергии. Речь не просто об обтекаемых формах здания или о солнечных панелях на крыше, а о такой границе между внутренним и внешним пространством, которая скорее регулирует, чем изолирует. Переизобретение мельницы в эпоху электричества. Банальный ветряк при этом смотрится как палка в поле...
Имея законченный проект (практически подписанный в массовое производство) фонаря аналогичной конструкции, методом размерностей специалисты оценили потенциал фонаря размером с дом и остались довольны - в определенных климатических условиях (преимущественно ветренных) можно даже не усложнять существующие известные конструкции ветровых турбин с вертикальной осью.
И этого будет достаточно, чтобы покрыть потребности в энергии.
Проект находится на стадии даже не концепта, а скорее, идеи, направления проектирования, но тем не менее, направления весьма перспективного и многообещающего. В данном случае идет речь о ветре, возможно, в других районах потребуется более глубокая интеграция с солнечными панелями или тепловыми насосами и мы логично придем к совершенно другой по своему принципу архитектуре. Это уже не Form follows function и даже не Form follows performance, а Form follows intention...
Я лично пребываю под очень большим впечатлением от этого проекта и надеюсь, что мое знакомство с Майклом перерастет в плодотвоное сотрудничество.
Не знаю, стоит ли отмечать тот факт, что ни одного представителя России (кроме меня, но я уже как бы и не представитель) не было. Наверное, не стоит, так что не буду.
Во второй части я расскажу о программах (софте) и глобальных проектах, которые призваны изменить нашу с вами жизнь. К лучшему, я надеюсь :)
Комментариев нет:
Отправить комментарий