Details

В работе рассмотрены вопросы расчета показателей теплоусвоения конструкции пола и создания инструментальных средств для формирования соответствующих конструктивных решений. Задачами, решаемыми в рамках исследования, явились следующие: 1. Обзор и анализ литературных источников, посвященных исследованию теории теплоустойчивости и теплоусвоения и применению их в строительстве, сравнительный анализ различных конструкций пирогов половых конструкции. 2. Разработка оптимизационной модели обоснования характеристик теплоусвоения конструкции пола на основе критерия удельной стоимости материалов слоев. 3. Разработка и реализация на практических примерах методики обоснования характеристик теплоусвоения конструкции пола с использованием алгоритмов глобальной оптимизации. Исследование инструментов автоматизированного подбора параметров теплоизоляционных материалов проводилось с использованием нормативной документации СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» и СП 131.13330.2020 «Строительная климатология». Результаты анализа существующих работ по теории теплоустойчивости и теплоусвоению подтвердили высокую трудоемкость процесса расчета теплоусвоения конструкций полов для каждого альтернативного варианта комбинации материалов слоев ввиду вариативной (определяемой выполнением специфических условий) зависимости значения показателя теплоусвоения каждого предшествующего (относительно внутренней среды здания) слоя от аналогичного значения для последующего слоя. Результаты анализа научных работ также засвидетельствовали отсутствие инструментальных средств математического моделирования, обеспечивающих уменьшение трудоемкости решения задачи обоснования характеристик половых конструкций с учетом предусмотренных СП 50.13330.2012 требований в части показателя теплоусвоения внутренней поверхности конструкций. Была разработана оптимизационная модель, состоящая из минимизируемой целевой функции, представляющей собой удельную стоимость материалов в составе слоев конструкции пола, а также ряда непрямых и прямых ограничений, описывающих взаимосвязи между теплотехническими характеристиками упомянутых слоев. В качестве основных неизвестных переменных рассматривались толщины слоев конструкции пола. Реализация оптимизационной модели была выполнена с помощью надстройки «Поиск решения» программы «Microsoft Excel». Также в рамках исследования была разработана методика обоснования характеристик теплоусвоения конструкции пола с использованием алгоритмов глобальной оптимизации, включающая в себя следующие основные этапы: сбор и первичная обработка исходных данных, построение оптимизационной модели обоснования характеристик теплоусвоения конструкции пола, реализация оптимизационной модели в выбранной программной среде оптимизационного моделирования, оценка практической значимости результатов реализации оптимизационной модели, формирование конструктивного решения.

The work discusses the issues of calculating heat absorption indicators of a floor structure and creating tools for the formation of appropriate design solutions. The tasks solved within the research were the following: 1. Review and analysis of literary sources devoted to the study of the theory of heat resistance and heat absorption and their application in construction, comparative analysis of various designs of pies, floor structures. 2. Development of the optimization model to substantiate the heat absorption characteristics of a floor structure based on the criterion of the unit cost of layer materials. 3. Development of the procedure for substantiating the heat absorption characteristics of a floor structure using global optimization algorithms, implementation of the procedure on practical examples. The study of tools for automated selection of parameters of thermal insulation materials was carried out with the use of normative documentation SP 50.13330.2012 “Thermal protection of buildings” and SP 131.13330.2020 “Construction climatology”. The results of the analysis of existing works on the theory of heat resistance and heat absorption confirmed the high labor intensity of the process of calculating the heat absorption of floor structures for each alternative combination of layer materials due to the variable (determined by the fulfillment of specific conditions) dependence of the value of the heat absorption index of each previous (relative to the internal environment of the building) layer on a similar value for the subsequent one layer. The results of the analysis of scientific works also testified to the lack of mathematical modeling tools that would reduce the labor intensity of solving the problem of substantiating the characteristics of floor structures, taking into account the requirements stipulated by SP 50.13330.2012 regarding the heat absorption rate of the internal surface of structures. An optimization model has been created, consisting of a minimized objective function, which is the unit cost of materials in the layers of the floor structure, as well as a number of indirect and direct constraints describing the relationships between the thermal characteristics of the mentioned layers. The thicknesses of the floor structure layers were considered as the main unknown variables. The optimization model was implemented using the “Solver” add-in for the “Microsoft Excel” software. Also during the research a procedure has been developed to substantiate the heat absorption characteristics of a floor structure using global optimization algorithms, which includes the following main stages: collection and primary processing of initial data, construction of an optimization model to substantiate the heat absorption characteristics of a floor structure, implementation of the optimization model in the selected optimization modeling software environment , assessment of the practical significance of the results of implementing the optimization model, formation of a constructive solution.