Demonstration of model based control in simulated floor heating system

摘要

TiivistelmäRakennusten energiankulutuksen pienentäminen on tärkeää sekä kustannuksellisesti että ympäristön kestävyyden kannalta. Yksi vaihtoehto tähän on lämmityksen säädön tehostaminen. Tämän diplomityön tavoitteena oli demonstroida Pakasen ja Karjalaisen kehittämää tilakoneeseen perustuvaa lämpödynaamista mallia [5] ja siihen perustuvaa säätömenetelmää rakennuksen vesikiertoisen lattialämmityksen ohjauksessa, erityisesti ulkolämpötilan ja auringon säteilyn kompensoinnissa. Menetelmää kokeiltiin sekä kevyessä että massiivisessa rakennuksessa erilaisilla lattialaatan vahvuuksilla. Lisäksi selvitettiin voiko sääennustetta hyödyntää ko. lämmityksen ohjauksessa. Vertailukohteena tilakoneeseen perustuvalle ratkaisulle oli perinteinen ns. säätösuoraan perustuva ulkolämpötilakompensointi.Tutkimuksessa luotiin TRNSYS-simulointiohjelmiston avulla asuinrakennukseen kaksi lattialämmitysjärjestelmää. Järjestelmien erona oli ainoastaan niiden toiminta: toinen ohjasi lämmitystä perinteiseen tapaan säätösuoran avulla ja toinen tilakoneen avulla. Huonetermostaatti, joka kuuluu tyypilliseen lattialämmitysjärjestelmään, jätettiin vertailun helpottamiseksi pois molemmista.Mallin tulotietoina olivat ulkolämpötila ja auringon säteilytieto, lisäksi sisälämpötilamittausta käytettiin hyväksi dynaamisen mallin identifioinnissa. Tilakoneen avulla säädettäessä huomattiin selkeää parannusta sisäilman lämpötilan pysyvyydessä. Lisäksi energiankulutus pieneni verrattuna perinteiseen säätötapaan. Useiden tulotietojen hyödyntäminen mallissa samanaikaisesti osoittautui haastavaksi.Massiivisuuden havaittiin hidastavan muutosta sisälämpötiloissa. Rakennuksen lämpökapasiteetti aiheuttaa rakennuksen lämmöntarpeeseen viivettä olosuhteiden muuttuessa, mutta myös lämmitysteho muuttuu viiveellä laatan lämpökapasiteetin vuoksi. Laatan lämpökapasiteetin aiheuttamaa viivettä lämmitystehoon voidaan kompensoida ohjaamalla lämmitystä sääennusteen avulla. Ulkolämpötilan ennakoinnista oli hyötyä, jos ulkolämpötilassa tapahtuvien muutosten välinen aika oli suurempi kuin laatan lämpökapasiteetin aiheuttama viive. Vastaavasti auringon säteilyn ennuste voidaan ottaa huomioon ja viilentää rakennusta ennen varsinaisen säteilyn alkamista.