Algoritmy řízení environmentálních veličin pasivního domu

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Algoritmy řízení environmentálních veličin pasivního domu"

Hana Růžena Novotná
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 KONTAKT Algoritmy řízení environmentálních veličin pasivního domu Autor: Petr NOVÁK fel.cvut.cz) Vedoucí: doc. Ing. Petr HORÁČEK, CSc. cz) Katedra řídicí techniky FEL ČVUT Praha..

tepla Teplovzdušné vytápění součástí větrání Algoritmus řízení

2 Environmentální veličiny Teplota Koncentrace CO Relativní vlhkost Tlak vzduchu Pasivní domy Pasivní domy HVAC systém s rekuperací tepla Teplovzdušné vytápění součástí větrání Algoritmus řízení zajišťuje vhodný kompromis mezi kvalitou mikroklimatu a spotřebou domu

3 Použito fuzzy supervizorové řízení Řešení se skládá z univerzálních bloků Implementace v prostředí FuzzyDesigner Struktura bloků umožňuje rekonfiguraci

4 Regulátory testovány na dynamickém modelu v prostředí MATLAB-Simulink Simulink Temperature SR s/ SR w/ CO concentration [ppm] CO Concentration Control [-] Air Unit Control Fan control Heating control Recuperator bypass Gnd collector control Energy [kwh] Total consumption Heating Fans and recuperator Gnd collector damper Sunblind motion - sh Sunblind motion - west Energy Consumption

From vent Term Term Term 3 rf _t w _t rf _t w ex t_t m _ w s Window w Term 6 Term 3 hm _man hm _woman hm _child hm _activity l Leakage CO (ppm ) m _t m _co m _rh m _p N_man N_woman Human N_child

$d Interior door {;} From _np_m m6 _ Goto _np _ m6 _ d Damper From_np _ m _ OC3 d Damper From From_v v Goto _vent vent m _ From 9 w Window From _vent vent _ From_v v m _ From8 rf m m rf w w w _t w$ $NeutralI fl 3 fl 4 _t From_np _4 m _ Goto _np_4 m _ From _np_3 d4 Damper m3 _ fl3 _t d4 Interior door {;} Goto _np _3 m3 _ d3 Damper OC From 4 From_v 4 v4 Goto_vent 4 vent 4 From_vent 3 w4 Window$ vent _ From _v3 v3 rf3 Goto _vent 3 vent 3 m _ m4 _ From 6 From7 m4 m3 rf4 Term 9 w3 w34 _t w34 rf3 _t w4 Term w3 _t Term 6 Term 3 Term 4 Term rf4 _t w4 _t CO (ppm ) CO (ppm ) m3 _ From 4 l3 Leakage

vent _ From _v3 v3 rf3 Goto _vent 3 vent 3 m _ m4 _ From 6 From7 m4 m3 rf4 Term 9 w3 w34 _t w34 rf3 _t w4 Term w3 _t Term 6 Term 3 Term 4 Term rf4 _t w4 _t CO (ppm ) CO (ppm ) m3 _ From 4 l3 Leakage

pasivního domu Autor: Petr Novák (novakp46@ (novakp46@fel.cvut.cz) Vedoucí: : doc. Ing. Petr Horáček, CSc. (horacek@fel.cvut.cz). Úvod Pasivní rodinné domy se vyznačují zejména nízkou potřebou energie na vytápění a použitím HVAC systému s rekuperací.

(nasávání) Vnější žaluzie Vnější žaluzie Vnější žaluzie Vnější žaluzie 4 Vnější žaluzie Poruchové veličiny Obyvatelé domu Počasí: Vnější teplota Rychlost a směr větru Oslunění Relativní vlhkost

$GroundCollector _control Heat _control Cool _control Bypass_control.9 Recup _efficiency _control.4666 Fan _control (=3 m3/h) 3 {,} <,> <,> {,} <,.$ 9 > <,> Ground Collector GndCollector _ctrl Heat Heat (W) _ctrl Cool Cool _ctrl Bypass Bypass_ctrl Recuperater Efficiency RecupEfficiency _ctrl OutletFan _ctrl Inlet and let fan of recuperator unit

9 > <,> Ground Collector GndCollector _ctrl Heat Heat (W) _ctrl Cool Cool _ctrl Bypass Bypass_ctrl Recuperater Efficiency RecupEfficiency _ctrl OutletFan _ctrl Inlet and let fan of recuperator unit

5 Model of second floor, type house no. 3 Neutral I /O NeutralI 3 fl Add From _np _ m _ fl _t Goto _np _ m _ d Damper From_vent _ w w Window From _v v rf Goto _vent _ vent m fl _t Goto _np Goto _np _ m _ Goto _vent _ m _ Term Term 6 Term 7 From vent Term Term Term 3 rf _t w _t rf _t w ex t_t m _ w s Window w Term 6 Term 3 hm _man hm _woman hm _child hm _activity l Leakage CO (ppm ) m _t m _co m _rh m _p N_man N_woman Human N_child K_activity human m _ Goto _m From _m _ m _ From From _m m _ From _ w dinterior door w From 3 m _ OC From m _ From3 m _ w _t dinterior door m _ From 44 m _ From 4 w _t fl From _m m _ OC4 fl Add fl _t d Interior door {;} From _np_m m6 _ Goto _np _ m6 _ d Damper From_np _ m _ OC3 d Damper From From_v v Goto _vent vent m _ From 9 w Window From _vent vent _ From_v v m _ From8 rf m m rf w w w _t w Term Term 8 rf _t Term 9 Term w _t m _ From 37 CO (ppm ) l Leakage CO (ppm ) hm 3_man hm 3_woman hm 3_child hm 3_activity m _ From 36 m _t m _co m _rh m _p l Leakage m _ Goto_m From_m m _ From_ex t_ m _t m _rh m _p m _ Goto_m m _co N_man N_woman Human N_child K_activity w4 From _m m _ From_ex t_ ex t human 3 d3interior door m _ From4 m4 _ From43 w4 _t From4 m _ From m3 _ fl 4 OC Neutral I /O NeutralI fl 3 fl 4 _t From_np _4 m _ Goto _np_4 m _ From _np_3 d4 Damper m3 _ fl3 _t d4 Interior door {;} Goto _np _3 m3 _ d3 Damper OC From 4 From_v 4 v4 Goto_vent 4 vent 4 From_vent 3 w4 Window vent _ From _v3 v3 rf3 Goto _vent 3 vent 3 m _ m4 _ From 6 From7 m4 m3 rf4 Term 9 w3 w34 _t w34 rf3 _t w4 Term w3 _t Term 6 Term 3 Term 4 Term rf4 _t w4 _t CO (ppm ) CO (ppm ) m3 _ From 4 l3 Leakage m3 _ Goto _m3 m3 _t m3 _co m3 _rh m3 _p m4 _t m4 _co m4 _rh m4 _p m4 _ Goto _m4 Term m4 _ From4 l4 Leakage From _m3 m3 _ From 3 From _m4 m4 _ From 4 ex t Algoritmy řízení environmentálních veličin pasivního domu Autor: Petr Novák (novakp46@ (novakp46@fel.cvut.cz) Vedoucí: : doc. Ing. Petr Horáček, CSc. (horacek@fel.cvut.cz). Úvod Pasivní rodinné domy se vyznačují zejména nízkou potřebou energie na vytápění a použitím HVAC systému s rekuperací. Správný provoz domů zajišťuje algoritmus řízení, jehož cílem je minimalizace spotřeby domu a maximalizace kvality mikroklimatu, kterou lze reprezentovat environmentálními veličinami teplotou, koncentrací CO, vlhkostí a tlakem. Řídicí veličiny Elektrická topná jednotka Bypass rekuperátoru Klapka ZVT Průtok vzduchu Klapka (nasávání) Klapka 4 (odtah) Klapka (odtah) Klapka (nasávání) Klapka 3 (odtah) Klapka 4 (nasávání) Klapka (nasávání) Vnější žaluzie Vnější žaluzie Vnější žaluzie Vnější žaluzie 4 Vnější žaluzie Poruchové veličiny Obyvatelé domu Počasí: Vnější teplota Rychlost a směr větru Oslunění Relativní vlhkost Environmental quantities model of the generic passive house no. 3 Simulation clock Year Month Day Hour Minute Day ( -7, Sun -Mon ) Holiday ( -Yes, -No) 6 np 4 3 m _sim_t m _sim_t HVAC control system _sim_t PID PID Controller (with Approximate Derivative ) 4 GroundCollector _control Heat _control Cool _control Bypass_control.9 Recup _efficiency _control.4666 Fan _control (=3 m3/h) 3 {,} <,> <,> {,} <,.9 > <,> Ground Collector GndCollector _ctrl Heat Heat (W) _ctrl Cool Cool _ctrl Bypass Bypass_ctrl Recuperater Efficiency RecupEfficiency _ctrl OutletFan _ctrl Inlet and let fan of recuperator unit InletFan _ctrl m3 _sim_t Řídicí systém pasivního domu (fuzzy supervizorové řízení) Řízené veličiny Teploty v místnostech Koncentrace CO Další měřené veličiny Teplota (vnější a za ZVT) Oslunění Logging <;> () () {;} {;} np <;> <;> Hvac () () () () {;} Sunblind Gains <,>... No sun to the windows... Full sun to the windows Typový pasivní rodinný dům (dynamický simulační model) m4 _sim_t m _sim_t m6 _sim_t m _sim_t m _sim_t m3 _sim_t m4 _sim_t m _sim_t m _sim_co m _sim_co m3 _sim_co m4 _sim_co m _sim_co m6 _sim_co m _sim_co m _sim_co m3 _sim_co m4 _sim_co m _sim_co _sim_t recup in _sim_t _sim_t vent sim_t vent sim_co air _in _flow Sun_DirectRadiation _final _s Sun _DiffuseRadiation Sun _DirectRadiation _final _w Sun _DiffuseRadiation <;> <;> _final _s _final _w controller _3 _advanced Control System ( ) ( ) (ex t) () Memory. Constant. Constant 4. Constant. Constant 6... damper closed... damper opened. v v4 v v6 v v3 v4 v v Sun Blind (m ) w s_sb_dir _ctrl w s_sb_diff _ctrl w w_sb_dir_ctrl w w_sb_diff _ctrl Sun Blind (m ) w _sb_dir _ctrl w _sb_diff _ctrl Sun Blind (m ) w s_sb_dir _ctrl w s_sb_diff _ctrl w w_sb_dir_ctrl w w_sb_diff _ctrl Sun Blind (m4 ) w4 _sb_dir _ctrl w4 _sb_diff _ctrl Sun Blind (m ) w _sb_dir _ctrl w _sb_diff _ctrl Inlet... damper blind closed (m ) Closed... loop blind opened / Open loop Outlet damper (m4 ) Closed loop Inlet damper (m6 ) Inlet damper (m ) Outlet damper (m3 ) Closed loop Inlet damper (m4 ) Inlet damper (m ) Outlet damper (m ) Not used CO concentration [ppm] Pressure [kpa]. Výsledky simulací (pokročilé fuzzy supervizorové řízení) Temperature SR s/ SR w/ CO Concentration Pressure vent_in vent_ erior Relative humidity [%] Control [-], Radiation [kw/(m )] Relative Humidity Referenční řízení Temperature Sunblind Control SR s/ SR w/ vent_in vent_ erior Sh radiation (total) Sh radiation (shading) Diffuse radiation control Direct radiation control Energy [kwh] Control [-] Total consumption Heating Fans and recuperator Gnd collector damper Sunblind motion - sh Sunblind motion - west Temperature Air Unit Control Energy Consumption Fan control Open loop SR s/ SR w/ Heating control Recuperator bypass Gnd collector control ZávěrZ V diplomové práci byla navržena dvojice fuzzy supervizorových algoritmů řízení a jejich výsledky porovnány s referenční variantou bang-bang regulace. Ladění a testování bylo provedeno na dynamickém modelu v prostředí MATLAB-Simulink. Navržené regulátory se skládají z univerzálních fuzzy bloků, které byly implementovány v prostředí FuzzyDesigner. Pomocí bloků byl sestaven algoritmus řízení pro typový pasivní dům. Výsledky simulací environmentálních veličin typového domu ukazují, že se po většinu referenčního roku daří zajistit teplotu v žádaném intervalu <8; > C, koncentrace CO nepřevyšuje hygienickou mez c = ppm a roční spotřeba energie domu dosahuje pouhých 66 kwha - (z toho spotřeba tepla 79 kwha - ). Náměty k další práci jsou porovnání simulovaných výsledků s měřenými daty a zpřesnění modelu relativní vlhkosti. 4. Poděkování Děkuji zejména vedoucímu práce doc. Ing. Petru Horáčkovi, CSc. za cenné rady a odborné vedení.

Podobné dokumenty

Modelování environmentálních veličin pasivních domů pro podporu návrhu řídicích systémů

/7 Modelování environmentálních veličin pasivních domů pro podporu návrhu řídicích systémů Závěrečná zpráva Praha, 9 Bc. Petr Novák /7 Poděkování Děkuji zejména doc. Ing. Petru Horáčkovi, CSc. (ČVUT-FEL)