طراحی سیستم خبره بهسازی اقلیمی با الگویابی از ساختمان‌های مسکونی اقلیم سرد مبتنی بر مدل‌های یادگیری

نویسندگان

1 گروه مدیریت فناوری اطلاعات، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران.

2 گروه مهندسی کامپیوتر و فناوری اطلاعات، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران.

3 گروه مدیریت فناوری اطلاعات، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران.

4 گروه معماری، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران

doi
10.22091/stim.2025.12266.2211
چکیده

هدف: با رشد روز افزون مصرف انرژی در دنیای مدرن و جایگاه صنعت ساختمان به‌مثابه یکی از عوامل مهم در ایجاد و تشدید این بحران، بروز و ظهور مسئله‌ای پیچیده با عنوان «مدیریت تأمین و مصرف انرژی» در حال رخداد است که علاوه ‌بر تأثیرگذاری بر توسعۀ پایدار جوامع از لحاظ تأثیر شگرف آن بر زیست سالم انسان‌ها، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. پژوهش حاضر طراحی سیستمی تصمیم‌ساز برای بهره‌مندی حداکثری از انرژی خورشید (غیر فعال)، در تأمین انرژی مورد نیاز ساکنان یک ساختمان مسکونی (موجودیت اطلاعاتی) را با لحاظ حداقل میزان هدررفت انرژی، مبتنی‌بر طراحی مناسب پوستۀ خارجی بدون نیاز به نصب تجهیزات الکتریکی جانبی هدف خود قرار داده است. روش: روش این پژوهش ماهیتی ترکیبی از یک پژوهش توصیفی، تجربی، تحلیلی، و قیاسی داشته و دارای ویژگی‌هایی از جمله بومی بودن، اتّکا بر داده‌ها و قوانین کشور ایران و قابلیت توسعه بر مبنای داده‌های اقلیمی است. نگاه تلفیقی پژوهش متأثر از مفاهیم مدیریت دانش، سیستم تصمیم‌گیری، ساخت قواعد سیستم خبره ،و بهره‌مندی از مدل‌های یادگیری در حوزۀ تخصصی یعنی معماری ساختمان مسکونی، با رویکرد پرداختن به یک مسئلۀ واقعی است. با هدف ساخت مجموعه دانشی مورد نظر مشخصه‌های مربوط به سایت پلان مورد نظر با تأکید بر مختصات جغرافیایی، مشخصه‌های مربوط به پوسته بنا از جمله: ابعاد بنا و بازشوها ... و نیز مشخصه‌های مرتبط با هدر رفت انرژی به‌عنوان معیارها و زیرمعیارهای تولید اطلاعات بررسی شد. در راستای هدف یادشده و با در نظر گرفتن آسایش محیطی ساکنان در اقلیمی با نیاز گرمایشی بالا (شهر زنجان واقع در اقلیم سرد)، به بررسی فنی موضوع با الگو قراردادن وضعیت ساختمان‌های مسکونی ده منطقه از شهر زنجان مشتمل بر 100 ساختمان با روش نمونه‌گیری تصادفی ساده انجام شد. در ادامه با سنجش پتانسیل بهسازی اقلیمی پوستۀ خارجی از منظر سه روشِ جذب مستقیم، دیوار ترومب، و فضای خورشیدی پرداخته شده و برای مدلسازی مورد نظر مجموعه داده‌ای بالغ بر 3500 فیلد اطلاعاتی با استفاده از  احصاء و به‌ عنوان نمونه جامعه آماری، استفاده شد. برای جمع‌آوری اطلاعات از ترکیب روش‌های جمع‌آوری میدانی اطلاعات، بررسی اطلاعات لایۀ اطلاعاتی توصیفی در طرح تفصیلی، و نیز اطلاعات حاصل از نقشۀ هوایی برای پلاک‌های مسکونی منتخب استفاده شد. ملاک اعتبار وضعیت خروجی مدل‌ها بر مبنای معیار برچسب انرژی اقلیمی با هدف محاسبۀ توانایی فرم ساختمان مسکونی در دریافت انرژی خورشیدی محاسبه شد. پیچیدگی مسئله ‌در فرایندی چندبخشی مبتنی‌ بر بررسی اقلیم از نظر تغییرات دمایی و تابشی خورشید، بررسی مشخصه‌های ثابت شهرسازی با محوریت سایت پلان، و بهره‌مندی از ماتریس تصمیم مربوطه مدیریت شد. سپس دست‌یابی به کمترین میزان هدررفت انرژی (انتقال حرارتی و اتلاف گرما) همراه با بیشترین جذب آن از منظر وضعیت اجرای سیستم‌های غیرفعال خورشیدی با ارائۀ مفهوم جدیدی با عنوان برچسب انرژی اقلیمی (تولید داده‌های آموزشی و تست)؛ ملاک عمل قرار گرفت. در ادامه با استفاده از سه مدل یادگیری درخت تصمیم، قوانین انجمنی، و نظریۀ بیز با هدف تولید قواعد مورد نیاز برای طراحی پایگاه دانش مورد نیاز یک سیستم خبره‌ تصمیم‌ساز، تحلیل و پیاده‌سازی شد. یافته‌ها: با تحلیل انجام‌شده بر امکان‌سنجی اجرای روش‌های انرژی غیرفعال خورشیدی مشخص شد در بین مناطق ده‌گانه بررسی‌شده در شهر زنجان (اقلیم سرد) به‌ترتیب اجرای روش گلخانۀ خورشیدی در اولویت قرار داشته و پس از آن اجرای روش‌های جذب مستقیم و دیوار ترومب در اولویت‌های بعدی قرار می‌گیرند. یافته‌های پژوهش علاوه‌بر اولویت‌بندی مشخصه‌ها در قدرت تفکیکِ ساختمند فضای مسئله و تاثیرگذاری مثبت در زنجیره‌های استنتاجی رو به جلوی استفاده‌شده در موتور استنتاج سیستم خبرۀ پیشنهادی، عملکرد مناسبی (با ضریب اطمینان بالای 85 درصد) نشان دادند که با لحاظ پیچیدگی بالای مسئله، نشان‌دهندۀ دقت مورد قبول مدل‌های پیش‌بینی و نیز تضمین ضمنی دقت قواعد حاصل از آن‌ها در تشکیل پایگاه داده استنتاجی است. نتیجه‌گیری: نتایج به‌عنوان یک سیستم دانشی کمکی می‌تواند در بهسازی ساختمان‌های مسکونی موجود برای سازمان‌های تصمیم‌گیر و تصمیم‌ساز و همچنین تولید توصیه‌های طراحی در کمک به مدیریت مسئله پیچیده ناترازی انرژی مفید باشد.