Альжанова С.А.
АНАЛИЗ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ДАННЫХ В ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ RHINOCEROS 3D С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАГИНА LADYBUG (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДОВ КАЗАХСТАНА) *
Аннотация:
в статье рассматриваются возможности применения программного обеспечении Rhinoceros 3D для анализа инсоляции, ветровой нагрузки, солнечного радиационного излучения в процессе разработки проектов энергоэффективности зданий.
Ключевые слова:
проектировании зданий, энергоэффективность, тепловой комфорт
В современном проектировании зданий применяются различные методы для оптимизации работ. Все более актуальными становятся задачи энергоэффективного проектирования, высоко востребованными становится инструменты анализа окружающей среды также растет. Программное обеспечение Rhinoceros 3D для трехмерного моделирования имеет широкое применения в разных сферах. Rhinoceros основан на геометрии NURBS, что позволяет создавать математически точные фигуры и считается одной из самых востребованных программ для создания реалистичных и работоспособных 3D-моделей. [1, 2].Анализ публикаций по применению инструментов Grasshopper, Ladybug, Honeybee показал, что они находят широкое применение в проектировании и модернизации зданий для повышения их энергоэффективности. Так, в работе Liu M. И др. [3] плагин Ladybug and Honeybee был использован при разработке проекта по повышению энергоэффективности, для расчета годового потребления тепловой энергии, потребления энергии для охлаждения, потребления энергии для искусственного освещения и энергопотребления другого оборудования для получения годового совокупного энергопотребления здания и совокупного энергопотребления на единицу площади в студенческих кампусах г. Сиань. Авторы на основе результатов полевых исследований выявили несколько проблем, касающихся тепловых характеристик ограждающих конструкций, энергопотребления здания и теплового комфорта в помещении. На основе изученных данных был разработан план модернизации знания, результаты которого продемонстрировали обоснованность и осуществимость процесса оптимизации энергопотребления. В результате совокупное энергопотребление корпуса сократилось на 58,8% (снизился с 183,57 кВт·ч/м2 до 75,36 кВт·ч. /м2); индекс потребления тепла снизился на 46,5% (38,19 кВт·ч/м2 при предельном значении 58,333 кВт·ч/м2); продолжительность теплового комфорта в помещении увеличилась на 53,0%.Zhang Y. и др [4] рассмотрели возможности оптимизация расположения жилых зданий с учетом различных климатических показателей, в частности солнечного света. Проведен сравнительный анализ Барселоны и северных городов Китая. Используя плагины Ladybug и Honeybee были проведены симуляции воздействия солнечного света на фасады зданий. Были выявлены минусы уплотненной застройки, а также предложены рекомендации для застройки новых жилых районов в северной части Китая с учетом солнечной инсоляции.Ibrahim Y., Kershaw T., Shepherd Р. [5] провели анализ тепловых характеристик для двух разных мест, представляющих жаркий засушливый и умеренный климат, а именно Каир, Египет, и Лондон, Великобритания, для экстремальных летних и зимних условий. Они использовали модифицированную модель, изменив исходный код Python с точки зрения отражательной способности земли и солнечного излучения для повышения точности модели.Рассмотрим более подробно применение инструментов на примере городов Казахстана. Rhinoceros – представляет основу в которой происходит процесс визуализации данных. Тем самым представляет графическое представление результатов анализа. Базовая геометрия объектов также может быть спроектирована в Rhinoceros, затем заменена на геометрию Ladybug или Honeybee.Grasshopper – плагин встроенный в Rhinoceros, который позволяет проектировать посредством визуального программирования, а именно нодов. Использование нодов, помимо создания геометрии объектов, открывает функционал к логическим, математическим и другим операциям.Встроенный плагин Grasshopper 3D расширяет функционал программы Rhinoceros 3D, такими возможностями как: параметрическое проектирование, анализ инсоляции, ветровой нагрузки, солнечного радиационного излучения и т.д. Grasshopper и предоставляет разнообразную интерактивную 2D- и 3D-графику для поддержки процесса принятия решений на начальных этапах проектирования. Он также упрощает процесс анализа, автоматизирует и ускоряет расчеты и обеспечивает понятную графическую визуализацию, позволяет пользователям работать с проверенными системами энергопотребления и дневного освещения, такими как EnergyPlus, Radiance и Daysim. Интеграция с параметрическими инструментами Grasshopper позволяет практически мгновенно получать обратную связь по изменениям в проекте, а поскольку они выполняются в среде проектирования, информация и анализ являются интерактивными. Разработка является бесплатной и с открытым исходным кодом; пользователи могут настроить инструмент в соответствии со своими потребностями и внести свой вклад в исходный код [6].Ladybug – вспомогательный плагин для Grasshopper, позволяющий детальной проанализировать климатические условия территории, а также визуализировать полученные данные. Ladybug – бесплатный плагин, размещенный в открытом доступе. Ladybug предлагает несколько преимуществ, которые в настоящее время не предлагаются существующими плагинами экологического дизайна, связанными с Rhino/Grasshopper. Ladybug импортирует информацию о климате и погоде из открытых источников в формате, в частности стандартные файлы EnergyPlus Weather (.EPW) в [7]При энергоэффективном проектировании следует первым делом использовать именно этот плагин, для определения обобщенных данных о климате.Honeybee – также как и Ladybug, является плагином для Grasshopper, однако его функционал предполагает расчет показателей солнечной радиации, температурных режимов и других показателей определенных зданий [8].Структура проектирования происходит по следующей схеме [9]Рис. 1. Структура Rhino-Grasshopper-Ladybug.Импорт данных осуществляется несколькими путями: прямой ссылкой (Рис. 2) или скачанный файл. [8]Рис 2. Импорт данных через ноды в Grasshopper.Полученные данные следует преобразить при помощи различных нодов для дальнейшего использования, ввиду их многочисленности.Инструменты разделены на 6 групп, которые в свою очередь состоят из нодов предназначенных для проектирования, анализа и визуализации.Анализ данных производится на основе импортируемой информации. Информация о климатических данных была получена из открытых источников [10].Таблица 1. Панель инструментов плагина Ladybug, версия 1.7.0. На основе данных нами были визуализированы графики температуры, направлений и скорости ветров в городах Казахстана – г. Петропавловск, г.Алматы, г.Атырау (рис. 3). На графиках температуры можно отметить максимумы и минимумы температур в разное время суток по месяцам и часам. Аналогично этому представлены графики ветров с максимальной скоростью ветра и направлениями.Рис. 3. Анализ и визуализация данных температуры, направления и скорости ветра в г. Петропавловск, г. Атырау, г. Алматы.Визуализация данных происходит после получения результатов анализа. Данные могут быть представлены не только в виде графиков, а также в трехмерной проекции объектов и данных. На примере снизу представлены исследуемые объекты в контексте движения солнца. Подобные простые визуализации могут послужить на первых этапах проектирования, для определения общей картины.Рис. 4. Визуализация движения солнца г. Алматы.Анализ геометрии представляет более подробный анализ объекта в зависимости от его геометрии, расположения, ориентации и многих других факторов. Посредством визуализации можно получить более точную картину происходящего. На примере снизу визуализировано солнечное радиационное излучение, падающее на выделенное здание.Рис. 5. Распределение солнечной радиации на фасадах здания в г. Алматы.Обобщение опыта применения программного обеспечении Rhinoceros 3D с использованием плагина Ladybug показало его растущую популярность и заинтересованность в совершенствовании инструментов. Использование Rhinoceros 3D с использованием плагина Ladybug позволяют выявить особенности в городском проектировании, которые позволяют повысить энергоэффективность зданий, что соответствует целям устойчивого развития. Во-вторых, зарубежный опыт с использованием этих инструментов позволил выявить недостатки в городском планировании, в частности, возможные отрицательные эффекты в проектах уплотняющей застройки. Это может привести вопреки используемым аргументам повышения эффективности использования городских территорий и инженерных систем к ухудшению режима теплового комфорта зданий и повышению потребления тепловой энергии из-за недостаточного учета климатических показателей, в частности солнечного света.
Номер журнала Вестник науки №5 (74) том 3
Ссылка для цитирования:
Альжанова С.А. АНАЛИЗ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ КЛИМАТИЧЕСКИХ ДАННЫХ В ПРОГРАММНОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ RHINOCEROS 3D С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛАГИНА LADYBUG (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДОВ КАЗАХСТАНА) // Вестник науки №5 (74) том 3. С. 1300 - 1309. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/14710 (дата обращения: 08.12.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+