Разработка научных основ построения автоматизированной системы управления теплоэнергопотреблением и микроклиматом на основе прорывных IT-технологий самообучающихся математических моделей здания как единой теплоэнергетической системы

Цель работы – разработка научных основ, принципов и методологии создания самообучающихся оптимизационных математических моделей для управлениятеплоэнергопотреблением и микроклиматом для жилых и общественных зданий на основе прорывных IT-технологий. Ставится задача оптимального управления объекта минимизации потребления энергетических ресурсов, обеспечивающих соответствующий оптимальныйотклик возмущающим факторам. В 2019 году достигается решение следующих основных задач исследования:1) Разработка научно обоснованных рекомендаций по расчету и проектированию автоматизированных систем управления теплоэнергопотреблением жилых и общественных зданий и микроклиматом на основе разработки системы самообучающихся математических моделей теплоэнергопотребления объекта как единой теплоэнергетической системы.Методология проведения работы заключалась в следующем:1) Разработка исходной (полной) математической модели теплового режима помещений жилых и общественных зданий, которая в наибольшей степени соответствует тепловому режиму помещений жилых и общественных зданий и содержит математическое описание процессов теплопередачи через ограждающие конструкции, учитывает выделениетеплоты от людей, технологического оборудования и оргтехники, лучистый и конвективный теплообмен, воздухообмен и другие процессы, влияющие на тепловой баланс помещений.2) Разработка метода реализации исходной математической модели теплового режима помещений жилых и общественных зданий.3) Идентификация исходной математической модели теплового режима помещений жилых и общественных зданий, т.е. этап определения по реализации входных и выходныхпеременных, полученных в условиях функционирования объекта, неизвестных или приближенно заданных параметров модели.4) Разработка и идентификация рабочей (упрощенной) математической модели для управления теплоэнергопотреблением жилых и общественных зданий на основе сравнительных расчетов с исходной математической моделью теплового режима помещений здания, а также по результатам натурных экспериментальных исследований, то есть этап определения по реализации входных и выходных переменных, полученных в условиях функционирования объекта, неизвестных или приближенно заданных параметров модели. Рабочая математическая модель теплоэнергопотребления жилых и общественных зданий позволяет при сокращении объемов вычислений не только не потерять точности моделирования теплового режима помещений жилых и общественных зданий, но и в результате использования экспериментальных данных повысить эту точность в сравнении с исходной математической моделью.5) Разработка научно обоснованных рекомендаций по расчету и проектированию автоматизированных систем управления теплоэнергопотреблением жилых и общественныхзданий и микроклиматом на основе разработки системы самообучающихся математических моделей теплоэнергопотребления объекта как единой теплоэнергетической системы.Результаты работы:Разработаны научные основы, принципы и методология создания самообучающихся математических моделей с использованием оптимальных решений для автоматизированныхсистем управления теплоэнергопотреблением жилых и общественных зданий, включающие в себя:- описание теплового режима жилых и общественных зданий как единой теплоэнергетической системы на основе использования математических моделей основных составляющих теплового баланса здания;-три класса математических моделей с распределенными, частично-распределенными или сосредоточенными параметрами внутреннего теплового режима здания;- рабочую математическую модель управления теплоэнергопотреблением жилых и общественных зданий, обеспечивающую сокращение объемов вычислений с сохранением точности конечных результатов;- решение задачи оптимального управления, затрачиваемое на нагрев или охлаждение помещения методом академика Понтрягина Л.С.;- повышение валидности математической модели управления теплоэнергопотреблением за счет использования алгоритма самообучения;- методологию использования самообучающейся математической модели, обеспечивающей в конечном итоге получение результатов управления самой высокойточности;- методологические основы идентификации математических моделей расчетов теплоэнергопотребления зданий.