Väitös: Algoritmeillä voidaan löytää optimivaihtoehdot rakennuksen energiasuunnitteluun
Miten suunnittelija pystyy valitsemaan uuteen rakennukseen lämmitysjärjestelmän, ikkunatyypin, eristyspaksuuden ja muiden muuttujien parhaan yhdistelmän, joka vastaa vähäisen energiakulutuksen ja kohtuullisten investointikustannusten vaatimuksiin sekä mahdollistaa mukavan rakennuksen suunnittelun? M. Sc. Mohamed Hamdy on kehittänyt Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoululle tekemässään väitöskirjassa menetelmän, joka auttaa suunnittelijoita suunnitteluarvojen valinnassa.
”Valittavana on noin kolme miljardia suunnitteluarvojen yhdistelmää”, Hamdy sanoo.
Valtava lukumäärä johtuu kymmeneen päätösmuuttujaan kuuluvien eri vaihtoehtojen määrästä. Laskennassa otetaan esimerkiksi huomioon ulkoseinien 16 eristysarvoa, rakennuksen tiiviyden kolme tasoa ja neljä lämmitysjärjestelmää. Muita muuttujia ovat katon eristys (8), lattian eristys (13), ikkunatyyppi (3), varjostusjärjestelmä (4), lämmön talteenottojärjestelmä (3), jäähdytysvaihtoehdot (2), aurinkolämpökeräimen pinta-ala (31) ja aurinkosähkökeräimen pinta-ala (71). Suluissa olevat numerot osoittavat vaihtoehtojen määrän kutakin muuttujaa kohti.
”Jos jokaista yhdistelmää simuloitaisiin yhden minuutin ajan, kaikkien läpi käyminen veisi 2 000 vuotta”, Hamdy toteaa.
Tehokkaan tietokoneenkin avulla kunkin yhdistelmän energiankulutuksen ja investointikustannusten laskeminen veisi kaksi viikkoa. Se on suunnittelussa liikaa.
Hamdy kehitti avoimen lähdekoodin evolutionaarisen algoritmin avulla optimaalisia arvoja etsivän tietokoneohjelman. Ohjelma poimii summittaisesti tietyn määrän yhdistelmiä ja analysoi ne. Monitavoitteisen simulointipohjaisen optimointilähestymistavan ansiosta ohjelma löytää optimaaliset tapaukset paljon nopeammin kuin satunnaisesti poimimalla.
Hamdyn kokemuksen mukaan parametrisen mallintamisen, suoritustason simulointiohjelmiston ja determinististen ja geneeristen algoritmien yhdistäminen oli lupaavaa. Hamdyn tutkimusta voidaan hyödyntää energiatehokkaiden rakennusten suunnitteluun soveltuvan geneerisen simulointipohjaisen optimointityökalun kehittämisessä.
Hamdy väitteli joulukuussa 2013 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa aiheesta ”Combining Simulation and Optimisation for Dimensioning Optimal Building Envelopes and HVAC Systems” (Optimaalisten energiansäästöratkaisujen löytäminen rakennuksissa innovatiivisten laskentamenetelmien avulla).
