Control System of Building using Modelling and Simulation
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Udržovaní vnitřních klimatických podmínek tak, aby byly v souladu s tepelným komfortem lidí, je klíčovou otázkou pro řízení systémů vytápění, větrání a klimatizace (HVAC systémy). Počítačové modelování nabízí virtuální prostředí pro simulaci vnitřních i vnějších podmínek a s jeho pomocí je možné navrhnout řešení pro řízení technických zařízení budov. Tento proces vyžaduje pochopení těchto prostředí z fyzikálního a matematického hlediska tak, aby bylo možné fyzikální procesy daných prostředí prezentovat pomocí vztahů a rovnic odrážejících jejích různé parametry. Simulační proces dále nabízí možnost popsat interakci mezi těmito modely a jejich chování v čase, dává výchozí reprezentace těchto prostředí, a umožňuje pochopení jejich chování před přenosem těchto modelů do reálných aplikací. Simulace umožnuje respektovat, a ovlivňovat jejích chování přes kontrolu navržených modelů. MATLAB/SIMULINK software má pokročilé schopnosti pro simulace systémů HVAC, a to vytvořením širokého pracovního prostředí pro designéry v závislosti na vývoji matematických modelů a jejích simulace pomocí SIMULINK, aby výsledky mohly být slučitelné s požadovanými výstupy. Tato dizertační práce se zaměřuje na proces modelování vnitřního prostředí v budovách, aby bylo možné pochopit chování klíčových parametrů, které mají vliv na tepelnou pohodu obyvatel či uživatelů, matematické modely vnitřního prostředí posluchárny byly navržené speciálně pro tři základní parametry: koncentrace oxidu uhličitého, teplota vzduchu a relativní vlhkost. Změny chování těchto parametrů v průběhu času jsou simulovány a poté strategie kontroly návrhu těchto parametrů může je udržet ve vhodných rozmezích komfortních pro obyvatele či uživatele, i když změny venkovního klimatu, tepelné a hmotnostní zatíží interiér. Pomocí matematických metod, některé optimalizační metody byly navrženy za účelem snížení spotřeby energie bez vlivu na mezní hodnoty těchto parametrů. Proces validace modelu se provádí porovnáním výsledků s reálnými výstupy monitoringu Honeywell Enterprise Buildings Integrator systémem (EBI) nainstalován v areálu univerzity.
Maintaining of the indoor climate conditions so that they keep compatible with the occupants comfort is a key issue for control of heating, ventilation and air conditioning systems (HVAC systems). Computer modelling offers a virtual environment similar to real climatic conditions indoors and outdoors. It aims basically to devise solutions for control of indoor climatic conditions. This process requires understanding of these environments from physical and mathematical perspective, so that physical processes of these environments can be represented using relationships and equations which can reflect the influence of different environmental parameters. Then simulation process offers the possibility to describe the interaction between these models and their behaviour over time. It gives default representation of those environments and allows understanding of their behaviour before transferring these models to real applications. MATLAB/SIMULINK software has an advanced ability to simulate HVAC systems by creating a wide working environment for the designers depending on the development of mathematical models and simulating them by SIMULINK so that results output could be compatible with the desired conditions. This thesis addresses the process of modelling the indoor environment in buildings in order to understand the behaviour of key parameters which affect the thermal comfort of the occupants. The mathematical models of the indoor environment of a classroom have been designed with three basic indoor parameters: concentration of carbon dioxide, air temperature and relative humidity. Changes of these parameters over time have been simulated. Then, control strategies have been proposed for these parameters in order to keep them under the appropriate conditions of the occupants, although changing of climate outdoors, thermal and mass loads indoors. Through mathematical methods, some optimization methods have been proposed in order to reduce energy consumption without affecting the permissible limits of these parameters. Validation process of the model has been carried out by comparing the results with the real outputs monitoring by Honeywell Enterprise Buildings Integrator system installed in the classroom.
Maintaining of the indoor climate conditions so that they keep compatible with the occupants comfort is a key issue for control of heating, ventilation and air conditioning systems (HVAC systems). Computer modelling offers a virtual environment similar to real climatic conditions indoors and outdoors. It aims basically to devise solutions for control of indoor climatic conditions. This process requires understanding of these environments from physical and mathematical perspective, so that physical processes of these environments can be represented using relationships and equations which can reflect the influence of different environmental parameters. Then simulation process offers the possibility to describe the interaction between these models and their behaviour over time. It gives default representation of those environments and allows understanding of their behaviour before transferring these models to real applications. MATLAB/SIMULINK software has an advanced ability to simulate HVAC systems by creating a wide working environment for the designers depending on the development of mathematical models and simulating them by SIMULINK so that results output could be compatible with the desired conditions. This thesis addresses the process of modelling the indoor environment in buildings in order to understand the behaviour of key parameters which affect the thermal comfort of the occupants. The mathematical models of the indoor environment of a classroom have been designed with three basic indoor parameters: concentration of carbon dioxide, air temperature and relative humidity. Changes of these parameters over time have been simulated. Then, control strategies have been proposed for these parameters in order to keep them under the appropriate conditions of the occupants, although changing of climate outdoors, thermal and mass loads indoors. Through mathematical methods, some optimization methods have been proposed in order to reduce energy consumption without affecting the permissible limits of these parameters. Validation process of the model has been carried out by comparing the results with the real outputs monitoring by Honeywell Enterprise Buildings Integrator system installed in the classroom.
Description
Citation
MOHAMAD, M. Control System of Building using Modelling and Simulation [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Milan Ostrý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Michal Masaryk, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Michal Jaroš, Dr. (člen)
Ing. Vladimír Krejčí, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
Defence
DDP je přínosná pro rozšíření znalostí o modelování a řízení stavu některých složek vnitřního klimatu a jeho interakce se stavebními konstrukcemi, technickými systémy a vnějším prostředím.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení