Diz 42 cz

Modelování a identifikace budov pro prediktivní řízení

Autor: Jiří Cigler

Energetické úspory v budovách se v posledních letech staly častým předmětem výzkumu, který se v této oblasti zaměřuje zejména na možnosti využití lepších konstrukčních materiálů anebo alternativních a energeticky efektivnějších zdrojů energie s ohledem na to, aby byla minimalizována primární energie spotřebovaná v budově. Tato disertační práce se ale zabývá alternativní metodou, jak dosáhnout energetických úspor ve vytápění a chlazení budov. Metoda je založena na pokročilé technice procesního řízení zvané prediktivní řízení, jejíž předností je schopnost na základě modelu řízené soustavy a predikcí poruchových veličin ovliňujících systém (v tomto případě se jedná například o počasí nebo obsazenost budovy) řídit budovu energeticky efektivnějším způsobem než tomu je u běžných řídicích strategií budov. V posledních letech výzkum v oblasti prediktivního ˇrízení budov ukázal, že prediktivní regulátor má potenciál až na 40% úspory energie v porovnání s bˇežnými strategiemi ˇrízení a to v závislosti na ˇradˇe faktor°u. Vˇetšina výzkumných výsledk°u je ovšem založena na simulaˇcních studiích opírajících se o celou ˇradu pˇredpoklad°u. I proto je cílem práce ovˇeˇrit potenciál energetických úspor díky MPC na reálné budovˇe, dále vyvinout MPC formulaci, jenž sníží citlivost ˇrízení na chyby v matematickém modelu budovy a nepˇresnosti v pˇredpovˇedi poˇcasí a koneˇcnˇe vyvinout MPC formulaci, která bude pˇrímo pracovat s vnímáním tepelné pohody v budovˇe. Nejdˇríve budou v práci uvedeny detaily o implementaci prediktivního regulátoru na budovˇe CˇVUT v Praze. Zejména se jedná o zpu°sob získání parametru° matematického modelu s prˇeddefinovanou strukturou, formulaci optimalizaˇcního problému, který je jádrem každého prediktivního regulátoru, popis softwarové platformy pro ˇrešení optimalizaˇcního problému a komunikaci optimálních vstup°u do ˇrídicího systému budovy. Na základˇe analýzy kvality ˇrízení je ukázáno, že prediktivní regulátor dosahuje 15% až 28% úspor v porovnání s dobˇre naladˇeným stávajícím regulátorem. Navíc prediktivní regulátor snižuje špiˇckový odbˇer energie na polovinu a udržuje v budovˇe lepší tepelný komfort. V další ˇcásti se práce vˇenuje nástroji, který umožˇnuje ladit parametry prediktivního regulátoru pro budovy. Tento nástroj zejména umožˇnuje uživateli zkoumat chování regulátoru pˇri r°uzných podmínkách (napˇríklad pˇri r°uzném poˇcasí, obsazenosti budovy nebo r°uzných požadavcích na teploty v místnostech). Na základˇe analýzy dlouhodobého chování prediktivního regulátoru na budovˇe ˇCVUT a poznatk°u z literatury k tématu byly stanoveny hlavní problémy, se kterými se pˇri praktickém nasazení prediktivního regulátoru setkáváme. V práci jsou rozebrány tyto problémy a je navržena alternativní formulace optimalizaˇcního problému, která do jisté míry problémy ˇreší a v uzavˇrené smyˇcce vykazuje lepší chování i v situacích, kdy nejsou pˇresné pˇredpovˇedi poruchových veliˇcin nebo existují nepˇresnosti v matematickém modelu soustavy. V neposlední ˇradˇe se práce zabývá návrhem výpoˇcetnˇe jednoduché metody pro ˇrešení alternativní formulace problému prediktivního ˇrízení, která v sobˇe zahrnuje index tepelného komfortu PMV a jenž svým zaˇrazením spadá do skupiny obecného nelineárního programování. Výhodou této formulace je to, že pˇrímo obsahuje matematický pˇredpis pro vnímání tepelného komfortu a tak lze dosáhnout lepšího komfortu i za cenu menší spotˇrebované energie.

• Jiří Cigler, mailto:ciglejir@fel.cvut.cz