Спосіб моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату, зокрема, в приміщеннях музеїв або художніх галерей

1. Спосіб моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату, зокрема, в приміщеннях музеїв або художніх галерей, наприклад, в їх експозиційних залах та/або в приміщеннях для зберігання музейних об'єктів, заснований на формуванні комп'ютерних моделей просторово-часових розподілень фізичних величин комплексу, у складі щонайменше таких фізичних величин як температура та відносна вологість, який відрізняється тим, що параметри комп'ютерних моделей, що формуються, визначають шляхом проведення попереднього моніторингу поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень, та аналізу отриманих результатів за критеріями динаміки та/або взаємної кореляції поточних значень цих фізичних величин в окремих просторових зонах приміщень та/або впродовж добових, та/або тижневих, та/або сезонних та/або річних циклів функціонування музеїв або художніх галерей. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як критерії динаміки поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень при проведенні попереднього моніторингу, визначають параметри викидів та/або показники, що характеризують перші та/або вищі похідні поточних значень цих фізичних величин. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що при проведенні попереднього моніторингу поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень, додатково визначають та реєструють параметри режимів роботи систем опалювання та/або систем кондиціювання. UA (21) a201012886 (22) 29.10.2010 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) ВЕРЕЩАГІН ВЯЧЕСЛАВ ЛЕОНІДОВИЧ, ВЕРЕЩАГІН ЛЕОНІД АРКАДІЙОВИЧ (73) ВЕРЕЩАГІН ВЯЧЕСЛАВ ЛЕОНІДОВИЧ, ВЕРЕЩАГІН ЛЕОНІД АРКАДІЙОВИЧ (56) Cергиенко Л.С., Житов В.Г., Литвтнов П.В. Богородский Д.Ю. "Компьютерная диагностика микроклимата помещений"// Успехи современного естествознания.-2006.- № 4 UA 23908 U, 11.06.2007 SU 139484, бюлл. №13, 1961 UA 47735 C2, 15.07.2002 Сергиенко Л.С. Компьютерное прогнозирование тепловлажностных и воздушных режимов в производственных помещениях// Научно - теоретический журнал "Успехи современного естествознания". – М.: "Академия Естествознания".- 2005.№9.-С.83-85 Дмитриев С.Л. Параметры микроклимата - важный фактор безопасности музеев// Коммунальное хозяйство городов (35).-2002.- С. 52-54. Особенности прогнозирования микроклимата в помещениях и зданиях с применением мониторинга параметров микроклимата// КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ, ОТОПЛЕНИЕ.- 17.05.10 RU 2260201, 10.09.2005 Житов В. Г. Исследование и обеспечение параметров микроклимата жилых и общественных зданий методами оптимального планирования эксперимента. Автореф.б 05.23.03- "Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение", канд.техн. наук, Иркутск, 2007 Анисимова Е.Ю. Оптимизация температурных режимов общественно-административных и прои C2 2 (19) 1 3 при здійсненні моніторингу на основі визначення показників, що характеризують просторово-часові параметри динаміки таких фізичних величин як температура та/або відносна вологість повітряного середовища приміщень. Актуальність розвитку способів та інформаційних технологій моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату, зокрема, в приміщеннях музеїв або художніх галерей, обумовлена тим, що саме зміни температури та відносної вологості визначають фізичні процеси, які призводять до деформаційних пошкоджень музейних об'єктів [1]. Рівень техніки характеризується наступними даними. Відомий спосіб моніторингу термічних режимів з визначенням показників, що характеризують просторово-часові параметри динаміки таких фізичних величин як температура та/або просторовий градієнт температур, який визначають, зокрема, для оперативної оцінки термічних деформацій об'єктів шляхом вимірювання зазначених фізичних величин за допомогою сенсорів, інтегрованих в елементи об'єктів [2]. Покладений в основу даного способу принцип визначення просторово-часових параметрів динаміки таких фізичних величин як температура та/або просторовий градієнт температур, є ефективним також і при вирішенні задач моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату приміщень, але функціональні можливості даного технічного рішення обмежені технологічно та конструктивно детермінованим вибором просторових зон розташування первинних перетворювачів (сенсорів) температури. Такий вибір зазначених просторових зон є виправданим і достатнім для одномірної моделі потоку теплової енергії у випадку технологічного комплексу, для якого цей спосіб та відповідна система були створені (автоматизована установка індукційного електропідігріву штампів надпотужного гідропреса) [3, 4], але даний підхід не може бути ефективно застосований при необхідності моніторингу параметрів мікроклімату приміщень значних розмірів, для яких просторово детерміновані моделі потоків повітряного середовища та тепловологісних потоків не можуть бути визначені без аналізу фактичних фізичних процесів в умовах таких приміщень. Відомий спосіб контролю і керування мікрокліматом реалізований в алгоритмі та програмах функціонування комп'ютерної системи контролю і керування мікрокліматом робочого місця, що передбачає вимірювання таких фізичних величин, що характеризують мікроклімат приміщень, як температура та вологість [5]. Недоліком цього способу, призначеного для локальної просторової зони, співрозмірної з просторовими параметрами відповідного робочого місця, є неможливість застосування в умовах просторово розподілених зон моніторингу в приміщеннях значних розмірів, що є характерним, зокрема, для експозиційних залів музеїв та художніх галерей. Так, наприклад, в багатьох музеях, що розміщені в старовинних будівлях, окремі експозиційні зали мають як значну площу, обумовлену розмі 97047 4 рами приміщень в плані, що досягають значень 15 × 10, 20 × 15 метрів і більше, так і значну висоту до 6 метрів, а геометричні параметри приміщень музеїв-панорам мають параметри, що ілюструються наступними даними: висота приміщень - 14-16 метрів, діаметр приміщень - 30-40 метрів при довжині полотна панорами до 120 метрів (результати порівняльного аналізу геометричних параметрів та критеріїв подібності форм приміщень деяких найбільш відомих музеїв-панорам наведені в доповіді авторів на міжнародній науковій конференції "МОДЕЛЮВАННЯ-2010-SIMULATION-2010" [б]). Прототипом способу, що заявляється, є інформаційна технологія, застосована для комп'ютерного моделювання та дослідження мікроклімату музейних приміщень, була використана для умов Іркутського Державного краєзнавчого музею [7,8]. Недоліком способу-прототипу є формальна оцінка параметрів режимів, що моделювались (за усередненими статистичними даними і без вимірювань показників, що характеризують реальні фізичні процеси). Так, за даними авторів наведених публікацій - «… моделювання повітряного середовища приміщень проводилось за принципом "чорної скриньки", тобто головним чином на основі статистичної інформації, майже без урахування механізму явищ, що вивчаються" («… моделирование воздушной среды помещений проводилось по принципу "черного ящика", то есть главным образом на основе статистической информации, почти без учета механизма изучаемых явлений"), тобто без уточнення параметрів моделі за результатами вимірювань та оцінок показників динаміки фактичних значень фізичних величин, що характеризують мікроклімат приміщень музею. Задача, на вирішення якої спрямоване технічне рішення, що заявляється, полягає у розширенні функціональних можливостей способу моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату, зокрема, в приміщеннях музеїв або художніх галерей. Технічний результат, який досягається при здійсненні способу, що заявляється, полягає у формуванні комп'ютерних моделей просторовочасових розподілень фізичних величин та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату на основі критеріїв динаміки щонайменше таких фізичних величин як температура та відносна вологість, попередньо визначених безпосередньо в умовах приміщень, вибраних для подальшого постійного (стаціонарного) моніторингу, що дозволяє, зокрема, здійснити вибір саме репрезентативних просторових зон розташування в приміщеннях відповідних сенсорів та оптимізувати режими моніторингу у відповідності до реальних показників динаміки поточних значень фізичних величин, що характеризують мікроклімат приміщень. Вирішення поставленої задачі винаходу та отримання зазначеного технічного результату досягається завдяки запропонованій сукупності наступних суттєвих ознак технічного рішення, що заявляється. В способі моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату, зокрема, в приміщеннях музеїв або художніх галерей, наприклад, в їхніх 5 експозиційних залах та/або в приміщеннях для зберігання музейних об'єктів, який заснований на формуванні комп'ютерних моделей просторовочасових розподілень фізичних величин комплексу, у складі щонайменше таких фізичних величин як температура та відносна вологість, параметри комп'ютерних моделей, що формуються, визначають шляхом проведення попереднього моніторингу поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень, та аналізу отриманих результатів за критеріями динаміки та/або взаємної кореляції поточних значень цих фізичних величин в окремих просторових зонах приміщень та/або впродовж добових, та/або тижневих, та/або сезонних та/або річних циклів функціонування музеїв або художніх галерей. При цьому, як критерії динаміки поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень при проведенні попереднього моніторингу, визначають параметри викидів та/або показники, що характеризують перші та/або вищі похідні поточних значень цих фізичних величин. Окрім того, при проведенні попереднього моніторингу поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень, можуть додатково визначати та реєструвати параметри режимів роботи систем опалювання та/або систем кондиціювання. Ця сукупність дій (операцій) способу моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату, зокрема, в приміщеннях музеїв або художніх галерей, додатково характеризується даними щодо послідовності виконання зазначених дій (операцій), а також даними щодо основних параметрів режимів перетворення первинної інформації та аналізу показників, використання яких запропоноване як критерії динаміки поточних значень фізичних величин, що характеризують мікроклімат приміщень. Зазначені дані наводяться в наступному поясненні, що стосується прикладу здійснення запропонованої інформаційної технології у випадку приміщення для музейних експозицій (з наведенням посилань на технічні рішення стосовно способів та/або пристроїв, які можуть бути при цьому використані). При здійсненні попереднього моніторингу поточних значень фізичних величин, що характеризують мікроклімат приміщень, первинні вимірюючі перетворювачі (сенсори окремих фізичних величин та/або сенсорні інформаційні модулі, що містять сенсори декількох фізичних величин [16]) розміщують в просторових зонах, які вибирають виходячи з попередньої фізичної моделі процесів формування мікроклімату в умовах конкретного приміщення (зокрема, з урахуванням просторової структури розміщення джерел формування термічних та вологісних режимів та просторової структури конвекційних та/або вентиляційних потоків повітряного середовища в умовах специфіки конкретного приміщення та просторового розміщення в приміщенні об'єктів, наприклад, музейних предметів. При реалізації способу в умовах приміщення, вибраного для подальшого постійного (стаціонарного) моніторингу мікроклімату, попередньо здійс 97047 6 нюють аналіз плану приміщення (взаємне розташування входів та виходів, вікон, обладнання для опалення та/або обладнання систем кондиціювання повітря приміщення), визначають просторове розташування в приміщенні зон розміщення музейних предметів, а також визначають параметри трас переміщення в приміщенні потоків відвідувачів. За цими даними оцінюють, в першому наближенні, імовірні просторові траєкторії потоків повітряного середовища в приміщенні (переважно для декількох режимів функціонування музейного закладу та/або для різних сезонних умов, зокрема, щодо кількісних параметрів потоків відвідувачів та/або з урахуванням сезонних змін параметрів режимів роботи систем опалювання приміщення). У відповідності до зазначених оцінок для здійснення попереднього моніторингу мікроклімату визначають просторове розташування та кількість просторових зон розміщення первинних вимірювальних перетворювачів (сенсорів), а значення періодичності циклів (частоти) виконання виміровань при здійсненні поперднього моніторингу вибирають відповідними або дещо надлишковими (за співвідношенням "дорівнює або більше") відносно попередніх оцінок динаміки змін поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень (для запобігання "пропуску" або втрати інформації щодо можливих ситуацій, які обумовлюють підвищену динаміку відповідних фізичних процесів). Вимірювання поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень, здійснюють з використанням комплекту технічних засобів, які мають в своєму складі відповідні сенсори (або, як зазначалось вище, сенсорні модулі) та функціонують в автоматичному режимі за алгоритмом, що передбачає циклічне вимірювання поточних значень фізичних величин у відповідності до попередньо встановлених значень тривалості вимірювальних циклів. При використанні як критерії динаміки поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень при проведенні попереднього моніторингу, параметрів викидів поточних значень цих фізичних величин, такими параметрами можуть бути, зокрема, тривалість перевищення поточним значенням фізичної величини встановленого фіксованого рівня - "тривалості перебування траєкторії процесу понад фіксованим рівнем" - за термінологією (Стор. 195-196) та графічною інтерпретацією (Мал. 4.5 Стор. 196) монографії [9] (Тихонов В. И., Хименко В. И. Выбросы траекторий случайных процессов. - Наука. – М.:1987. - С. 195-196, Рис. 4.5), або середня кількість викидів випадкового процесу на ковзному інтервалі моніторингу - технічні рішення розробок за патентними документами [10, 11] (Верещагин Л. А., Рудык И. В., Довгаль А. М. Устройство для определения среднего количества выбросов случайного процесса. Авторское свидетельство СССР № 473185 на изобретение. - "Бюллетень изобретений".-1975. № 21; Верещагин Л. А. Многоканальный статистический анализатор. Авторское свидетельство СССР № 1056209 на изобретение. 7 "Бюллетень изобретений".-1983. № 43) та публікацією [12] (Верещагин Л. А., Кадук Б. Г. Определение параметров выбросов при статистической обработке сигналов на скользящем интервале. Научный семинар Секции "Теория информации" ЦП Научно-Технического Общества радиоэлектроники и связи им. А. С. Попова. - "Статистические методы обработки статистических сигналов и их практическое применение". -Материалы Научного семинара. - Харьков.-1985). При використанні як критерії динаміки поточних значень фізичних величин, які характеризують мікроклімат приміщень при проведенні попереднього моніторингу, показників, що визначають перші та/або вищі похідні поточних значень цих фізичних величин, можуть бути використані як загально відомі методи чисельного диференціювання (зокрема, з використанням відповідних комп'ютерних програм), так і відомі методи, алгоритми та технічні рішення, наприклад, засновані на використанні спеціалізованих електронних структур, призначених для диференціювання функцій (наприклад, таких, що змінюються відносно повільно, та/або зокрема в умовах впливів завад у вигляді високочастотних флуктуацій) - [13] (Левидов В. А., Тихонов О. Н., Цивирко Г. П. Измерение скоростей /Измерительное дифференцирование/. - Москва. Изд-во стандартов.-1972 г. 258 с), [14] (Верещагин Л. А. Устройство для дифференцирования параметров потоков. - Научно-технический сборник "Автоматизированные системы и средства управления". - Институт автоматики. - Киев.-1973), [15] (Верещагин Л. А., Прилипко Т. И. Устройство для дифференцирования функций. Авторское свидетельство СССР № 442492 на изобретение. - "Бюллетень изобретений".-1974. № 33). За результатами попереднього моніторингу визначають та вводять до складу параметрів комп'ютерних моделей, що формуються, дані щодо просторової структури розташування та кількості просторових зон розміщення первинних вимірювальних перетворювачів (сенсорів), а також дані щодо періодичності проведення циклічних вимірювань поточних значень відповідних фізичних величин. При цьому використовують оцінки значень коефіцієнтів взаємної кореляції результатів вимірювань в усіх просторових зонах попереднього моніторингу і рішення щодо надлишковості окремих зон, що були вибрані для використання при проведенні попереднього моніторингу, приймають якщо зазначені коефіцієнти для цих просторових зон перевищують вибраний фіксований поріг (наприклад, значення коефіцієнтів взаємної кореляції 0,85). При оцінці динаміки поточних значень фізичних величин в окремих просторових зонах приміщень за параметрами викидів поточних значень може бути використаний, зокрема, такий показник як кількість викидів на фіксованому ковзному часовому інтервалі (наприклад, при кількості викидів меншій, ніж два на добу, результат може вважатись таким, що не має суттєвої динаміки, і відповідна просторова зона за цим критерієм може бути виключена зі складу просторової структури зон 97047 8 розміщення сенсорів при створенні стаціонарної системі постійного моніторингу параметрів мікроклімату). Визначення значень періодичності проведення вимірювань в системі постійного моніторингу здійснюють за критеріями неперевищення вибраних фіксованих значень оцінками першої та/або вищих похідних відповідних фізичних величин (наприклад, фіксовані порогові значення перших похідних параметрів поточного стану повітряного середовища, зокрема, безпосередньо в зонах розміщення музейних предметів, можуть характеризуватись такими даними: швидкість змін поточних значень температури повітря - не вище 2 градусів Цельсія на годину, але не вище 3 градусів Цельсія на добу, а швидкість зміни відносної вологості повітря - не вище 3 % на годину, але не більше 5 % на добу). В залежності від специфіки умов конкретних приміщень та режимів функціонування музейних закладів можливі також модифікації та/або розвиток принципів реалізації запропонованого способу щодо здійснення декількох ітерацій вибору просторової структури розташування зон розміщення первинних вимірювальних перетворювачів (сенсорів) при здійсненні попереднього моніторингу поточних значень фізичних величин, що характеризують мікроклімат приміщень (наприклад, такі модифікації можуть бути реалізовані для умов різних сезонних циклів функціонування музеїв або художніх галерей). Використання запропонованого способу моделювання та оптимізації режимів моніторингу мікроклімату, зокрема, в приміщеннях музеїв або художніх галерей, при створенні стаціонарних систем постійного моніторингу забезпечує можливість оптимального вибору репрезентативних просторових зон розташування в приміщеннях відповідних сенсорів та можливість оптимізації алгоритмів моніторингу мікроклімату в умовах конкретних приміщень, а також мінімізацію витрат при створенні та застосуванні автоматизованих систем здійснення такого моніторингу. Джерела інформації: 1. Дмитриев С. Л. Параметры микроклимата важный фактор безопасности музеев. Научнотехнический сборник "Коммунальное хозяйство городов". - Выпуск 35. Серия: Технические науки. Харьков. 2002. - С. 52-54. 2. Верещагин Л. А. Автоматический регулятор температуры, Авт. свид. СССР № 139484 на изобретение, Приоритет - 1960 г., Бюллетень изобретений №13,1961. 3. Верещагин Л. А., Найденко А. Д. Автоматизированная установка индукционного электроподогрева штампов мощного гидропресса. - "Кузнечно-штамповочное производство". Машиностроение. - М.:- 1978. - № 12. 4. Верещагин Л. А. Электрический расчет мощных индукционных нагревателей. - Научнотехнический сборник Госплана УССР. Машиностроение.-1961. - № 4. 5. Шабатура Ю. В. Комп'ютерна система контролю і керування мікрокліматом робочого місця, Деклараційний патент України № 23908 на корисну 9 модель, Приорітет - 05.02.2007, Публікація 11.06.2007, Бюлетень. № 8. 6. Верещагін В. Л., Верещагін Л. А., Приліпко Т. Й., Моделювання в музейних інформаційних технологіях: задачі, методи, досвід розробок автоматизованих систем. - Матеріали міжнародної наукової конференції "МОДЕЛЮВАННЯ-2010SIMULATION-2010" 12-14 травня 2010 року. - Том 1. -С 218-225. 7. Сергиенко Л. С, Житов В. Г., О компьютерном моделировании микроклимата в здании // Математические модели и методы их исследования Яр. междунар. конф. - Красноярск: Изд-во Института вычислительной техники и, моделирования СО РАИ, 2001.-Т. 2.-С. 91-195. 8. Сергиенко Л. С, Житов В. Г., Литвинцев П. В., Богородский Д. Ю. Компьютерная диагностика микроклимата помещений. - Успехи современного естествознания. 2006. № 4. С. 84-86. 9. Тихонов В. И., Хименко В. И. Выбросы троаекторий случайных процессов. - Наука. – М.: 1987. - С. 304. 10. Верещагин Л. А., Рудык И. В., Довгаль А. М. Устройство для определения среднего количества выбросов случайного процесса. Авторское свидетельство СССР № 473185 на изобретение. "Бюллетень изобретений".-1975. №21. 11. Верещагин Л. А. Многоканальный статистический анализатор. Авторское свидетельство СССР № 1056209 на изобретение. - "Бюллетень изобретений".-1983. №43. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 97047 10 12. Верещагин Л. А., Кадук Б. Г. Определение параметров выбросов при статистической обработке сигналов на скользящем интервале. Научный семинар Секции "Теория информации" ЦП Научно-Технического Общества радыоэлектроники и связи им. А. С. Попова. - "Статистические методы обработки статистических сигналов и их практическое применение". -Материалы Научного семинара. -Харьков.-1985. 13. Левидов В. А., Тихонов О. Н., Цивирко Г. П. Измерение скоростей (Измерительное дифференцирование). - Москва. - Изд-во стандартов.-1972 г. 258 с. 14. Верещагин Л. А. Устройство для дифференцирования параметров потоков. - Научнотехнический сборник "Автоматизированные системы и средства управления". - Институт автоматики. - Киев.-1973. 15. Верещагин Л. А., Прилипко Т. И. Устройство для дифференцирования функций. Авторское свидетельство СССР № 442492 на изобретение. "Бюллетень изобретений".-1974. № 33. 16. Верещагин В. Л. Современные технические средства воздействия на восприятие музейной информации: достижения и перспективы. - Международная научно-практическая конференция "Музей в современном обществе: практика, проблемы, перспективы", Севастополь, 25-28 мая 2010 года. - Материалы Конференции.-2010. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601