СТОХАСТИЧНА БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНА ОПТИМІЗАЦІЯ СИСТЕМ МІКРОКЛІМАТУ БУДІВЕЛЬ З УРАХУВАННЯМ НЕВИЗНАЧЕНОСТІ ВХІДНИХ ПАРАМЕТРІВ

Анотація

Стаття присвячена аналізу методів багатокритеріальної оптимізації систем забезпечення мікроклімату будівель з урахуванням неусувної невизначеності вхідних параметрів – погодно-кліматичних умов, режимів зайнятості, фактичних теплотехнічних характеристик огороджувальних конструкцій та обладнання. Виконано короткий огляд основних підходів до формалізації задачі: скаляризація цільових функцій, методи Парето-домінування на основі еволюційних алгоритмів (NSGA-II, SPEA2), робастна оптимізація за критерієм min-max та Тагучі, нечітко-множинні моделі. Показано, що детерміновані проєктні рішення, отримані для номінальних значень параметрів, часто втрачають оптимальність у реальних умовах експлуатації через нелінійний та часто асиметричний вплив збурень на цільові функції та обмеження. Основна увага приділена стохастичній постановці задачі з імовірнісними обмеженнями (chance constraints), яка дозволяє явно контролювати рівень надійності виконання нормативних вимог до параметрів мікроклімату. Наведено математичний апарат: заміну детермінованих обмежень їх імовірнісними аналогами, числова реалізація за методом Монте-Карло з латинсько-гіперкубовим плануванням, критерій середнє-дисперсія Тагучі, а також оцінка квантилів цільової функції. На прикладі центральної системи припливно-витяжної вентиляції адміністративної будівлі площею 2000 м² у кліматичних умовах Вінниччини проведено розрахунок за методом Монте-Карло (N = 5000 реалізацій). Порівняно два рішення: детерміноване, оптимальне за номінальних значень параметрів, та стохастичне, отримане з урахуванням імовірнісного обмеження на концентрацію діоксиду вуглецю у робочій зоні. Показано, що стохастичне рішення при зростанні математичного сподівання цільової функції лише на 7 % забезпечує двократне зниження ймовірності порушення нормативу якості повітря. Побудовано залежність оптимального значення керованих змінних та мінімального математичного сподівання цільової функції від заданого рівня надійності, що дозволяє проєктувальнику робити обґрунтований компроміс між енергоефективністю та надійністю виконання нормативних вимог. Результати можуть бути використані на етапах проєктування та оптимізації систем кондиціонування повітря громадських будівель.