Проектирование и анализ системы солнечного водоснабжения для многоэтажных жилых зданий на основе булева программирования

М.У. Эшкулов; Р.Х. Хамдамов

doi:10.71310/pcam.6_70.2025.02

Авторы

М.У. Эшкулов Научно-исследовательский институт развития цифровых технологий и искусственного интеллекта Автор
Р.Х. Хамдамов Научно-исследовательский институт развития цифровых технологий и искусственного интеллекта Автор

DOI:

https://doi.org/10.71310/pcam.6_70.2025.02

Ключевые слова:

булево программирование, фотоэлектрические модули, централизованная насосная система, кровельные накопительные баки, многоэтажные жилые здания, многокритериальная оптимизация

Аннотация

В работе представлено проектирование и анализ инновационной системы солнечного водоснабжения для многоэтажных жилых домов в условиях высокой инсоляции и дефицита энергоресурсов. Вместо традиционного подхода с индивидуальными маломощными насосами в каждой квартире предлагается централизованная схема на базе поверхностных многоступенчатых насосов, питаемых напрямую от фотоэлектрических модулей постоянного тока. Это позволяет отказаться от сетевого электроснабжения и заметно снизить эксплуатационные расходы. Надёжность обеспечивается стратегией duty-rotation и резервированием по схеме ???? + 1: два насоса работают, один находится в горячем резерве. Вода аккумулируется в кровельных баках суммарным объёмом 15–20 м³, что поддерживает стабильную подачу при кратковременных колебаниях солнечного излучения. Математическая модель сформулирована как задача булева программирования, описывающая логику включения/выключения насосов и дискретные ограничения по уровню заполнения резервуаров; целевая функция объединяет энергопотребление, годовые затраты и показатель надёжности, что позволяет проводить многоцелевую оптимизацию. Численный эксперимент для четырёхэтажного дома в г. Джизак (суточная потребность 34 м³) показал сокращение энергопотребления более чем на 95%, снижение годовых затрат с 11,6 млн до менее 0,3 млн сум и рост надёжности за счёт оптимального чередования насосов. Подход обладает высокой практической ценностью и может адаптироваться к различным условиям эксплуатации, что делает его перспективным для внедрения в ЖКХ регионов с развивающейся энергетикой.

Библиографические ссылки

Khamdamov R.KH. Zadachi, modeli i metody buleva programmirovaniya. – Tashkent: NITS IKT, 2017. – 167 s.

Khamdamov R.KH., Kayumov SH.SH. Ob odnoy zadache optimal'nogo upravleniya rabotoy nasosnoy stantsii // Materialy mezhdunarodnoy konferentsii «Sovremennyye problemy matematiki, mekhaniki i ikh prilozheniy». – Moskva: MGU imeni M.V. Lomonosova, 2009.

Khamdamov R.Kh., Ergashev A., Kayumov Sh. Solution of the task of a pumping station operation automation with linear boolean programming usage // Proc. World Conf. On Intelligent Systems for Industrial Automation (WCIS 2000). – Kaufering: b-Quadrat Verlag, 2000.

Kushakov S.D., Mirzabaev A.M., Eshkulov M.U., Mamatkulov B.K., Egamberganova A.D., Shermukhamedov A.A. Agrivoltaic Panel Design for Greenhouses // Proc. 2025 IEEE 26th Int. Conf. of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). – Altai, Russian Federation, 2025. – P. 810-813. – doi: http://dx.doi.org/10.1109/EDM65517.2025.11096823.

Hassanien R.H.E., Li M., Yin F. Application of photovoltaics in greenhouses: energy and growth analysis // Renewable Energy. – 2016. – Vol. 94. – P. 31-41. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2016.03.012.

Bambara J., Athienitis A.K. Energy and economic analysis for the design of greenhouses with semi-transparent photovoltaic cladding // Renewable Energy. – 2019. – Vol. 131. – P. 1274-1287. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.renene.2018.08.020.

Chalgynbayeva A., Balogh P., Sz˝oll˝osi L., Gabnai Z., Ap´ati F., Sipos M., Bai A. The economic potential of agrivoltaic systems in apple cultivation: A Hungarian case study // Sustainability. – 2024. – Vol. 16, Issue 6. – Art. 2325. – doi: http://dx.doi.org/10.3390/su16062325.

Qushakov S., Mirzabaev A., Eshkulov M., Anarbaev M., Narimanov B., Rakhmanov F. Design and Engineering of Photovoltaic Power Generation System // Proc. 2024 IEEE 25th Int. Conf. of Young Professionals in Electron Devices and Materials (EDM). – Altai, Russian Federation, 2024. – P. 1430-1437. – doi: http://dx.doi.org/10.1109/EDM62016.2024.11038762.

Burney J., Woltering L., Burke M., Naylor R., Pasternak D. Solar-powered drip irrigation enhances food security in the Sudano-Sahel // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2010. – Vol. 107, Issue 5. – P. 1848-1853. doi: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.0909678107.

Cheng L., Zhang H., Wang Y. Multi-objective optimization of water resource allocation using improved NSGA-II: case study of Tarim River Basin, China // Journal of Hydrology. – 2025. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2025.131234.

Mardonova M., Choi Y. Assessment of photovoltaic potential of mining sites in Uzbekistan // Sustainability. – 2019. – Vol. 11, Issue 10. – Art. 2988. – doi: http://dx.doi.org/10.3390/su11102988.

Khamdamov R.KH., Kayumov SH. Modelirovaniye i optimizatsiya raboty nasosnoy stantsii // Problemy i perspektivy avtomatizatsii proizvodstva i upravleniya. Avtomatizatsiya-97 : materialy pervoy mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy i prakticheskoy konferentsii. Chast' I. – Tashkent, 1997. – C. 173-176.

Ravshanov M.N., Yusufkhonov Z.Y. Enhancing the economic potential of Uzbekistan through the development of road transport // Universum: экономика и юриспруденция. – 2022. – №6-1(99). – C. 25-31. – https://7universum.com/ru/economy/archive/item/14059.

Khamdamov R.Kh., Kayumov Sh. Choice of the optimum decision: the modified method of cutting off the first element // Second World Conf. on Intelligent Systems for Industrial Automation (WCIS 2002). – Kaufering: b-Quadrat Verlag, 2002.

Khamdamov R.KH., Kayumov SH. Optimal'noye upravleniye protsessom vodopod"yema na primere kaskada nasosnykh stantsiy // Vestnik TGTU. – 2001. – №4.