Search the digital library catalog

Abstract: Doktorska disertacija obravnava razvoj metodologije za ocenjevanje energijsko učinkovite prenove stavb z uporabo leseno-steklenih modulov nadgradnje. Z uporabo preprostih diagramov in enačb omogoča hitro oceno prihrankov potrebne energije za ogrevanje in hlajenje nadgrajenih (hibridnih) stavb na podlagi robnih pogojev (značilnosti leseno-steklenih modulov nadgradnje in obstoječih stavb) ob predpostavki, da so stavbe prenovljene na predlagani način. V skladu s tem je bila izvedena sistematična analiza različnih konstrukcijskih parametrov energetsko učinkovitih leseno-steklenih modulov nadgradnje (kot so etažnost, toplotna prehodnost konstrukcijskih elementov, velikost in orientacija zasteklitve, razmerje pokritosti strehe, itd.) in obstoječih stavb (etažnost, orientacija, tipologija stavb, itd.), za katere smo domnevali, da pomembno vplivajo na obseg vpliva ukrepa nadgradnje na energijsko učinkovitost celotne hibridne stavbe. Cilj te doktorske disertacije je tudi na novo opredeliti t.i. "optimalne" leseno-steklenih modulov nadgradnje, ki bi ustrezali različnim tipologijam, dimenzijam in orientacijam obstoječim stavb ter bi jih bilo tako mogoče uporabiti pri sodobnem arhitekturnem oblikovanju stavb, pri čemer bi poleg energijske učinkovitosti upoštevali tudi vizualno udobje. Raziskava je bila izvedena v štirih glavnih delih; prvi del obravnava analizo izbranih obstoječih stavb in njihovo prenovo. Drugi del obravnava zasnovo leseno-steklenih modulov nadgradnje, ki pa jo lahko razdelimo na dva dela. Prvi del sledi metodologiji, uporabljeni v doktorski nalogi Tine Špegelj (parametrična numerična študija), v drugem delu pa je bil razvit nov pristop, ki temelji na metodologiji optimizacije MINLP in je bil uporabljen za določitev optimalne zasnove leseno-steklenih modulov nadgradnje. V tretjem delu so razviti leseno-stekleni moduli nadgradnje uporabljeni na prenovljenih stavba, da bi analizirali njihov vpliv in posplošili rezultate, kar je v četrtem delu privedlo do razvoja metodologije za ocenjevanje energijsko učinkovite prenove stavb. Rezultati raziskave lahko služijo arhitektom, projektantom, gradbenim inženirjem in drugim strokovnjakom v zgodnjih fazah načrtovanja projektov prenove.
Keywords: energijska učinkovitost, prenova stavb, vertikalna nadgradnja stavb, leseno-stekleni modul nadgradnje, optimizacija zasnove, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje
Published in DKUM: 06.05.2024; Views: 237; Downloads: 36
Full text (15,45 MB)

Abstract: Magistrsko delo obravnava optimizacijo gradbenih konstrukcij s teoretičnega in praktičnega vidika. Predstavljene so metode optimiranja s poudarkom na matematičnem programiranju. Za praktični prikaz je za že dimenzioniran jeklen cestni most razpona 50 m izvedeno stroškovno optimiranje glede na ceno jekla, protikorozijske in protipožarne zaščite. Z metodo nelinearnega programiranja je v okolju GAMS optimirana glavna jeklena konstrukcija mostu, ki obsega glavna vzdolžna, vmesna vzdolžna in prečne nosilce mostu. Zaključek dela predstavlja cenovna primerjava osnovne jeklene konstrukcije z optimirano in ocena smiselnosti optimizacije glede na vložen napor in prihranek.
Keywords: gradbeništvo, optimizacija konstrukcij, nelinearno programiranje, optimizacijski model, GAMS
Published in DKUM: 27.11.2017; Views: 1464; Downloads: 188
Full text (2,92 MB)

Abstract: Magistrsko delo obravnava optimizacijo nosilcev in stebrov iz armiranega betona, jekla in lepljenega lameliranega lesa. Za izbrane konstrukcije so bili izračunani optimalni (najnižji) materialni stroški in izbrane optimalne dimenzije prečnih prerezov ter trdnostni razredi posameznega materiala. Izračuni so bili izvedeni za različne razpone nosilcev, različne višine stebrov in različne koristne obtežbe. Rezultati so bili med seboj primerjani. Za optimizacijo, ki je bila izvedena z mešanim celoštevilskim nelinearnim programiranjem, so bili razviti in uporabljeni optimizacijski modeli omenjenih konstrukcij, zapisani v višjem algebrajskem jeziku GAMS.
Keywords: gradbeništvo, konstrukcije, armirani beton, jekleni profili, lepljen lameliran les, stroškovna optimizacija konstrukcij, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje, MINLP
Published in DKUM: 29.09.2014; Views: 2464; Downloads: 335
Full text (3,69 MB)

Abstract: Eden glavnih okoljevarstvenih problemov živilskopredelovalne industrije je nenehno naraščajoča proizvodnja odpadkov različnega izvora. Proizvodnja bioplina iz organskih in živalskih odpadkov z anaerobno fermentacijo je primeren način za predelavo teh odpadkov. Predelava prinaša mnoge okoljske, ekonomske in družbene koristi. Po drugi strani procesna sistemska tehnika s svojimi vrhunskimi orodji, ki temeljijo na matematičnem programiranju oz. optimizaciji, omogoča generiranje optimalnih in dopustnih rešitev za doseganje višjega nivoja konkurenčnosti proizvodnih podjetij. V doktorski disertaciji obravnavamo uporabo algoritemskih metod procesne integracije v industrijskem merilu in sicer na primeru velikega živilskopredelovalnega podjetja za doseganje okoljsko sprejemljivih rešitev pri ravnanju in predelavi živalskih substratov in organskih odpadkov. Na osnovi iniciative živilskopredelovalne industrije smo za sintezo procesov proizvodnje bioplina razvili matematični model, ki omogoča selekcijo optimalnega procesa proizvodnje bioplina in sestave vhodnega substrata ter simultano optimizacijo snovnih tokov, investicijskih sredstev in obratovalnih stroškov procesa. Z matematičnim programiranjem smo postopoma najprej izvedli sintezo procesa za proizvodnjo bioplina, nato simultano sintezo s toplotno integracijo in nazadnje še sintezo procesa s simultano sintezo omrežja toplotnih prenosnikov. Tako smo najprej razvili mešano celoštevilski nelinearni (MINLP) model za sintezo procesov proizvodnje bioplina. V primeru simultane toplotne integracije in sinteze procesa smo ga nadgradili z modelom za simultano toplotno integracijo (Duran in Grossmann, 1986), ki smo ga za potrebe industrijskega problema prilagodili za konstantne temperature in izotermno mešanje procesnih tokov. Model omogoča določitev optimalne procesne sheme in minimalne porabe pogonskih sredstev za množico alternativnih toplih in hladnih tokov procesa proizvodnje bioplina. Z omenjeno modifikacijo simultanega modela toplotne integracije in s konveksifikacijo konkavnih investicijskih členov v namenski funkciji z odsekovno linearizacijo smo razvili mešano celoštevilski linearni model (MILP), ki omogoča reševanje industrijskega problema do globalnih rešitev. Ker pri reševanju sinteznih problemov praviloma dobimo boljše rešitve, če obravnavamo snovne in energetske bilance ter investicijska sredstva in obratovalne stroške hkrati, smo se v končni fazi sinteze procesa odločili, da tudi omrežje toplotnih prenosnikov (OTP) pri proizvodnji bioplina sintetiziramo simultano s procesom. Tako smo celotni sintezni problem zapisali na osnovi dveh med seboj povezanih superstruktur v obliki mešano celoštevilskega nelinearnega problema. Pri tem smo predlagali novo superstrukturo procesnih tokov, kjer se lahko procesni tokovi ne-izotermno mešajo in kombinirajo. Predhodno razviti model MINLP za sintezo procesa proizvodnje bioplina smo nadgradili z večstopenjskim modelom za simultano sintezo omrežja toplotnih prenosnikov (Yee in Grossmann, 1990), ki smo ga modificirali za potrebe simultanega pristopa in nove superstrukture procesnih tokov. Tako dodelan model omogoča simultano določitev optimalne procesne sheme z optimalnim omrežjem toplotnih prenosnikov pri optimalni sestavi in porabi vhodnih surovin, optimalnih obratovalnih stroških in investicijskih sredstvih.
Keywords: sinteza procesov, bioplin, anaerobna fermentacija, živalski odpadki, optimiranje, toplotna integracija, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje, metoda odsekovne linearizacije, omrežje toplotnih prenosnikov, industrijska aplikacija
Published in DKUM: 23.02.2012; Views: 4024; Downloads: 322
Full text (4,74 MB)

Abstract: V doktorski disertaciji obravnavamo dve tematiki s področja sinteze procesov. Prva je sinteza toplotno integriranih vodnih omrežij. Vodna omrežja so v takšni ali drugačni obliki integralni del praktično vseh kemijskih procesov. Zaradi relativno nizkih cen vode, nezavedanja o omejenosti vodnih virov in ohlapne okoljske zakonodaje so bila pogosto deležna premajhne pozornosti. Poleg same porabe vode in problematike, ki jo prinese njeno onesnaževanje z vrsto različnih onesnaževal, je enako problematična tudi spremljajoča poraba energije. V preteklosti se je izkazalo, da so rešitve sinteznih problemov, kadar obravnavamo snovne in energijske bilance ter investicijska sredstva in obratovalne stroške hkrati, v večini primerov boljše od tistih, ki jih dobimo na osnovi sekvenčnega pristopa. Iz tega razloga predlagamo simultan pristop k reševanju problematike toplotno integriranih vodnih omrežij. Sintezni problem zapišemo na osnovi matematičnega zapisa dveh med seboj povezanih superstruktur v obliki mešano celoštevilskega nelinearnega problema (MINLP). Prva je superstruktura vodnega omrežja, kjer so procesne enote med seboj povezane s tokovnicami preko mešalnikov in razdelivcev tokov. Druga je nadgrajena stopenjska superstruktura omrežja toplotnih prenosnikov, v kateri je omogočeno mešanje procesnih tokov. Predlagani pristop omogoča sintezo toplotno integriranih vodnih omrežij, v katerih je učinkovitost izrabe vode zasnovana na izkoriščanju možnosti njene ponovne uporabe in regeneracije. Energijsko učinkovitost dosegamo z izkoriščanjem posrednega prenosa toplote (v toplotnih prenosnikih) in neposrednega prenosa toplote (mešanje procesnih tokov). Strukture toplotno integriranih vodnih omrežij, ki jih dobimo z uporabo predlaganega pristopa, so topološko enostavne in ekonomsko učinkovite. Druga tematika je globalno optimiranje omrežij toplotnih prenosnikov. Ekonomsko ugodne rešitve problema sinteze omrežij toplotnih prenosnikov zagotovimo, kadar hkrati optimiramo investicijska sredstva, ki so vezana na ploščino toplotnih prenosnikov in obratovalne stroške, ki nastanejo zaradi porabe pogonskih sredstev. To zahteva formulacijo v obliki problema MINLP, ki je zaradi prisotnih nelinearnih funkcij nekonveksen. Posledično so dobljene rešitve lokalno optimalne. Za zagotavljanje globalne optimalnosti rešitev predlagamo formulacijo modela MINLP na osnovi stopenjske superstrukture in pridružene agregirane podstrukture, ki vsebuje število toplotnih prenosnikov in je blizu teoretičnega minimuma. Stopenjska superstruktura služi zgolj kot matrica za določanje termodinamsko dopustnih toplotnih stikov. Vse nekonveksnosti so prenesene v agregirano podstrukturo, kar močno zmanjša njihovo število. Konveksifikacijo nekonveksnih izrazov izvedemo z uporabo večnivojskih odsekovnih podcenitvenih funkcij, s katerimi zamenjamo vire nekonveksnosti. Konveksni model nato uporabimo za določevanje veljavne spodnje meje originalnemu nekonveksnemu problemu. Vrzel med veljavno spodnjo mejo in zgornjo mejo zmanjšamo do zadostitve tolerančnega kriterija z uporabo v ta namen razvitega večnivojskega algoritma, s katerim rešujemo konveksni problem MINLP.
Keywords: sinteza procesov, toplotno integrirana vodna omrežja, globalno optimiranje, omrežje toplotnih prenosnikov, mešano celoštevilsko nelinearno programiranje.
Published in DKUM: 01.07.2010; Views: 4083; Downloads: 366
Full text (15,93 MB)