Diz 42 cz
Prediktivní řízení budov
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 řízení budov ukázal, že prediktivní regulátor má potenciál až na 40% úspory energie v porovnání s běžnými strategiemi řízení a to v závislosti na řadě faktorů. Většina výzkumných výsledků je ovšem založena na simulačních studiích opírajících se o celou řadu předpokladů. I proto je cílem práce ověřit potenciál energetických úspor díky MPC na reálné budově, dále vyvinout MPC formulaci, jenž sníží citlivost
řízení na chyby v matematickém modelu budovy a nepřesnosti v předpovědi počasí a konečně vyvinout MPC formulaci, která bude přímo pracovat s vnímáním tepelné pohody v budově. Nejdříve budou v práci uvedeny detaily o implementaci prediktivního regulátoru na budově ČVUT v Praze. Zejména se jedná o způsob získání parametrů matematického modelu s předdefinovanou strukturou, formulaci optimalizačního problému, který je jádrem každého prediktivního regulátoru, popis softwarové platformy pro řešení optimalizačního problému a komunikaci optimálních vstupů do řídicího systému budovy. Na základě analýzy kvality řízení je ukázáno,
že prediktivní regulátor dosahuje 15% až 28% úspor v porovnání s dobře naladěným stávajícím regulátorem. Navíc prediktivní regulátor snižuje špičkový odběr energie na polovinu a udržuje v budově lepší tepelný komfort. V další části se práce věnuje nástroji, který umožňuje ladit parametry prediktivního regulátoru
pro budovy. Tento nástroj zejména umožňuje uživateli zkoumat chování regulátoru při různých podmínkách (například při různém počasí, obsazenosti budovy nebo různých požadavcích na teploty v místnostech).Na základě analýzy dlouhodobého chování prediktivního regulátoru na budově ČVUT a poznatků z literatury k tématu byly stanoveny hlavní problémy, se kterými se při praktickém nasazení prediktivního regulátoru setkáváme. V práci jsou rozebrány tyto problémy a je navržena
alternativní formulace optimalizačního problému, která do jisté míry problémy řeší a v uzavřené smyčce vykazuje lepší chování i v situacích, kdy nejsou přesné předpovědi poruchových veličin nebo existují nepřesnosti v matematickém modelu soustavy. V neposlední řadě se práce zabývá návrhem výpočetně jednoduché metody pro řešení alternativní formulace problému prediktivního řízení, která v sobě zahrnuje index tepelného komfortu PMV a jenž svým zařazením spadá do skupiny obecného nelineárního programování. Výhodou této formulace je to, že přímo obsahuje matematický předpis pro vnímání tepelného komfortu a tak lze dosáhnout lepšího komfortu i za cenu menší spotřebované energie.
- Jiří Cigler, mailto:ciglejir@fel.cvut.cz
