Para­met­ri­soitu laskenta energiasimulointiohjelmissa

Para­met­ri­sointi on mate­maat­ti­nen prosessi, jossa ilmais­taan ​​järjes­tel­män, proses­sin tai mallin tila joiden­kin riip­pu­mat­to­mien suurei­den, joita kutsu­taan para­met­reiksi, funk­tiona. Ener­gia­si­mu­loin­tioh­jel­missa para­met­reina voidaan käyttää mm. ikkunan kokoa, ilman­vuo­to­lu­kua, raken­nuk­sen suun­tausta tai lämmön talteen­o­ton hyöty­suh­detta. Näille para­met­reille anne­taan vaih­toeh­toja joko luku­vä­liltä tai tiet­ty­jen arvojen joukosta. Para­met­ri­soi­dussa lasken­nassa ohjelma käy läpi satun­nai­set, kaikki tai tietyn määrän vaih­toeh­toja annet­tu­jen para­met­rien perusteella.

Ennen para­met­ri­soi­dun lasken­nan suorit­ta­mista on varmis­tet­tava, että simu­loi­ta­vasta kohteesta on tehty ns. perus­ta­paus, jolle on asetettu kaikki lähtö­ar­vot. Perus­ta­pauk­sen ener­gia­si­mu­loin­nin tulok­sen olisi oltava lähellä oletet­tua ener­gian kulu­tuk­sen tasoa, jolloin varmis­tu­taan myös para­met­ri­soi­dun lasken­nan tulos­ten oikeel­li­suu­desta. Mikäli perus­ta­pauk­sessa on virheitä tai lähtö­ar­vot ovat puut­teel­li­set, ei para­met­ri­soitu laskenta tuota tark­koja tai oikeita tuloksia.

Tässä artik­ke­lissa vertail­laan Riuskan ja IDA ICEn para­met­ri­soi­dun lasken­nan peri­aat­teita ja vertail­laan niiden eroa sekä käytet­tä­vyyttä erilai­sissa simu­loin­ti­ta­pauk­sissa ja -tarpeissa.

Riuska-ener­gia­si­mu­loin­tioh­jelma

Riuska on MagiCAD-ohjel­mis­toon kuuluva ener­gia­si­mu­loin­tioh­jelma. Ener­gia­si­mu­loin­tioh­jel­mana Riuska on kevyt ja nopea, keskit­tyen pääasiassa ylei­sim­piin tapauk­siin ja niiden simulointeihin.

Laskenta Riuska-ohjel­massa

Kuvassa 1 on Riuskan para­met­ri­soi­dun lasken­nan aloi­tus­nä­kymä. Ylim­mästä valin­nasta ”Lasken­ta­ta­paus” voi lasken­taan liittää muita samassa projek­tissa olevia lasken­ta­ta­pauk­sia. Lasken­ta­ta­paus Rius­kassa on kopioi­ta­vissa, jolloin toiseen lasken­ta­ta­pauk­seen voidaan muuttaa lähtö­tie­toja. Kaikkia Riuskan lasken­ta­pa­ra­met­reja ei para­met­ri­soi­dussa lasken­nassa voi asettaa, esimer­kiksi ilman­vaih­to­ko­neen aika­tau­lut, joten lasken­ta­ta­paus­ten kautta voi myös nämä muut­tu­jat ottaa huomioon.

Halutut muut­tu­vat para­met­rit asete­taan painik­keesta (…) ja vali­taan para­met­rin mini­miarvo, maksi­miarvo ja lasken­nan askel­väli. Jois­sa­kin tapauk­sissa, kuten raken­teet ja ikkunat, on valit­tava listalta halutut muut­tu­jat, jolloin kaikki kysei­set raken­nuk­sen osat muut­tu­vat para­met­rin mukaan. Jotta valinta on mahdol­li­nen, on sen oltava Riuskan kysei­sessä kirjastossa. 

Tulok­set Riuska-ohjelmassa

Riuskan para­met­ri­soitu laskenta tuottaa kuvan 3 mukai­sen taulu­kon ja graafin. Graafin yläreu­nassa on tulos­ten maksi­miar­vot ja alalai­dassa mini­miar­vot sekä suluissa taulu­kon sarak­keen järjes­tys­nu­mero. Väril­li­set kuvaa­jat näyt­tä­vät kunkin lasken­ta­ta­pauk­sen tuloksen.

Taulu­kossa on ylhäällä mustalla teks­tillä annet­tuja para­met­rejä ja sini­sellä teks­tillä lasken­to­jen tulok­set jaet­tuna sarak­kei­siin. Viemällä hiiren osoit­ti­men sarak­keen otsikon päälle, voidaan nähdä valit­tu­jen lasken­ta­ta­paus­ten määrä, sarak­keen arvojen summa ja keskiarvo sekä minimi- ja maksimiarvot.

Tulok­set on tulkit­tava suoraan taulu­kosta ja kuvaa­jista, sillä tauluk­koa tai kuvaa­jaa ei voi kopioida tai järjes­tää esim. suurim­man arvon mukaan. Ottaen huomioon, että suurin sallittu kombi­naa­tioi­den määrä on 100 000, voi tulos­ten tulkinta olla hanka­laa jois­sa­kin tapauk­sissa. Jos yhden sarak­keen tulos­ten tarkas­telu ei riitä, voi olla helpointa tarkas­tella mitä väris­kaa­laa esiin­tyy eniten tärkeim­pien sarak­kei­den kohdalla graa­fissa ja tutkia näitä tapauk­sia tarkemmin.

IDA ICE -energiasimulointiohjelma

IDA ICE on EQUA Simu­la­tions AB:n ener­gia­si­mu­loin­tioh­jelma. IDA ICE on erit­täin moni­puo­li­nen ja kattava ohjelma, jolla voi simu­loida hyvin­kin moni­mut­kai­sia ener­gia­rat­kai­suja tarkalla tasolla.

Laskenta IDA ICE -ohjelmassa

IDA ICEn para­met­ri­soitu laskenta vaatii käyt­tä­jältä lasken­ta­pa­ra­met­rien ja halut­tu­jen tulos­ten määrit­te­lyn. Ennen määrit­te­lyä on syytä tehdä ener­gia­si­mu­lointi, jolla varmis­te­taan simu­laa­tion toimivuus.

Para­met­ri­soitu laskenta aloi­te­taan Para­met­ric Runs -vali­kosta (Työka­lut / Para­met­ric Runs / New). IDA ICEn näky­mistä vali­taan para­met­reja Input- ja Output-para­met­reiksi. Kuvassa 4 on Input-para­met­reiksi valittu yhden tilan ikkunat ja valais­tuk­sen teho. Output-para­met­reina on sähkön ja kauko­läm­mön kokonaisenergiat.

OK Arvo -sarak­keessa voidaan määrit­tää raja-arvot haka­su­luilla tai tarkat arvot suluilla, mikäli kent­tään voidaan asettaa numee­ri­sia arvoja. Ikku­noi­den tapauk­sessa on yhdis­tet­tävä vaih­tu­vat ikkunat yhteen ikku­naan, jotta laskenta osaa muuttaa kaikki ikkunat samaksi tyypiksi yhden muut­tuessa. Tämä tapah­tuu esimer­kiksi yleis­lo­mak­keen ikkunat-taulu­kossa lasitus-sarak­keen vali­kosta (Yhdis­tely / Muokkaa linkkiä…) ja etsi­mällä lasi­ra­kenne, johon kaikki muut­tu­vat ikkunat linki­te­tään. Tällöin on vain yksi ”pääik­kuna”, joka muuttuu para­met­ri­soi­dussa lasken­nassa ja muut ikkunat muut­tu­vat tämän mukana. Samalla tavalla voidaan tehdä esimer­kiksi seinille muut­tu­via arvoja para­met­ri­soi­dussa laskennassa.

Distri­bu­tion-sarake määrit­tää numee­ris­ten para­met­rien hajon­ta­tyy­lin. Reso­luu­tio-sarake määrit­tää numee­ris­ten para­met­rien luku­mää­rän OK Arvo -sarak­keessa määri­te­tyllä välillä.

Output-kentässä sarak­keessa Role määri­te­tään, kuinka tulok­sia käsi­tel­lään. Vaih­toeh­toina on Show, Min, Max ja Constrain. Constrain-valin­nalla voidaan rajoit­taa tulok­sia tietylle välille sarak­keissa Min ja Max.

Kun para­met­rit on asetettu, ajetaan simu­laa­tiot painik­keesta Run All. Lasken­to­jen määrä riippuu Input-kentän para­met­rien määrästä. Kuvan 4 tapauk­sessa lasken­toja on 3*3, sisäl­täen 3 ikku­na­vaih­toeh­toa ja 3 valais­tuk­sen nimel­lis­te­hon vaih­toeh­toa. Useam­milla para­met­reillä lasken­ta­ta­pauk­sia voi tulla helposti satoja tai jopa tuhan­sia, jolloin laskenta-aika voi olla useita päiviä. Jos esimer­kiksi laske­taan kahdelle eri ulko­sei­nälle, yläpoh­jalle ja alapoh­jalle kulle­kin kolme vaih­toeh­toa, on lasken­ta­ta­pauk­sia ja 3*3*3*3=81. Kolmen ikku­na­vaih­toeh­don lisää­mi­nen kasvat­taisi lasken­to­jen määrän 243:een. Noin 2500 lasken­nan suorit­ta­mi­nen, mallin moni­mut­kai­suu­desta ja laske­van tieto­ko­neen kyvyistä riip­puen, voi viedä noin neljä päivää.

Tulok­set IDA ICE -ohjelmassa

Jokai­nen laskenta on tulok­sissa omalla rivil­lään. Rivillä on myös annetut muut­tu­vat para­met­rit ja lasken­nan tulok­set. Tulok­set voi viedä Exce­liin yläreu­nan painikkeesta.

Alareu­nan Explore… -painike näyttää tulok­set graa­fi­sesti. Sarak­keita valit­se­malla kuvaa­jat muut­ta­vat väriä ja grafiikka on hieman helpom­min luettavissa.

Alareu­nan + -painik­keella voidaan tehdä diagrammi, jonka esitys­ta­poja voidaan muuttaa. Show-As -sarak­keen kenttiä valit­se­malla saadaan para­metri esitet­tyä y-akse­lilla, x-akse­lilla, alueena, värinä, muotona tai piilo­tet­tua koko­naan. Kuvassa 6 on yksin­ker­tai­nen diagrammi lasken­nan tulok­sista, jossa tulok­sille on asetettu erilai­sia esitystapoja.

Ener­gia­si­mu­lon­tioh­jel­mien vertai­lua: Riuska vs. IDA ICE

Para­met­ri­soitu laskenta ener­gia­si­mu­loin­tioh­jel­missa on hyödyl­li­nen raken­nuk­sen ja talo­tek­nii­kan ominai­suuk­sien opti­moin­nissa. Kuten ener­gia­si­mu­loin­nis­sa­kin, Riuska on helppo ja nopea, mutta mahdol­li­suu­det ovat rajal­li­set. IDA ICE taas vaatii syvää pereh­ty­mistä itse ohjel­maan ja katta­vaa talo­tek­nii­kan ja raken­nus­tek­nii­kan tunte­musta. IDA ICE -ohjel­malla voi kuiten­kin tehdä para­met­ri­soi­tuja lasken­toja hyvin­kin katta­vasti sekä yksi­tyis­koh­tai­sesti, ja tulos­ten esit­tä­mi­nen on selkeämpää.

Riuska sovel­tuu lähinnä nopeaan opti­moin­tiin suuril­la­kin määrillä muut­tu­jia, mutta ohjel­man rajoi­tuk­set tulevat nopeasti vastaan, jos halu­taan simu­loida muita kuin ylei­sim­piä tapauk­sia. IDA ICE taas on hyvä työkalu tutki­muk­sel­li­selle lasken­nalle ja sillä voidaan tarkasti opti­moida pienem­piä ja hyvin­kin erikoi­sia tai tekni­siä ratkai­suja raken­nuk­sen ener­gia­te­hok­kuu­den suhteen.

---

Kirjoit­taja:

Jari Kuusisto, projek­ti­suun­nit­te­lija, Karelia-ammattikorkeakoulu

Artik­ke­li­kuva: Vita M / Unsplash