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
