GEAVANCEERDE REGELING VAN GEOTABS GEBOUWEN MPC IN HOLLANDSCH HUYS

Transcriptie

1 Damien Picard 1 (damien.picard@mech.kuleuven.be), Lieve Helsen 1 (lieve.helsen@mech.kuleuven.be) GEAVANCEERDE REGELING VAN GEOTABS GEBOUWEN MPC IN HOLLANDSCH HUYS 1 KU Leuven, departement Werktuigkunde, Toegepaste Mechanica en Energieconversie 1/ 20

2 Inhoudstafel I. Situering A. Regeling van GEOTABS kantoren B. Optimale regelaar II. MPC voor Hollandsch Huys III. Resultaten IV. Besluit 2/ 20

3 Situering: Regelingsprobleem GEOTABS gebouw met ventilatie + flexibiliteit tijdverschuiving (P el ) [h] + kleinere pieklasten [min] + interne winst, zonnewinst [min] +! Tegenstelde strategieën van systemen [h] + BKA + nachtventilatie + comfortband [h] + intermitterend gedrag (tijd voor opstart) [h] Hybride GGWP (ketel, koelmachine, koeltoren) + optimale inschakeling > intrinsiek moeilijk ([X. Xu 2007]) [ min / h ] + thermische balans bodem [ jaren ] GGWP (+buffer) + WP < > Buffervat (cycling, warmteverlies, dimensionering,..) [ min / h ] + T buffer [ min / h ] Extra: speciale ruimten, ramen, vakantie, 3/ 20

4 Situering: Regeling van GEOTABS kantoren GEOTABS gebouw met ventilatie BKA + nachtventilatie Hybride GGWP (ketel, koelmachine, koeltoren) Moeilijk en te weinig ervaring breed bereik van tijdsconstanten meerdere criteria te optimaliseren: thermisch comfort, energiegebruik, thermische balans bodem combinatie van snelle en trage systemen, de ene kan de andere overrulen hybride systemen prioriteiten onzekerheden... GGWP (+buffer) Optimale regelaar om te leren 4/ 20

5 Situering: optimale regelaar Hoe moet ik de BKA aansturen in het weekend zodat de beton wordt voorgekoeld en de ruimtetemperatuur toch voldoende hoog is op maandagochtend? Invloedsfactoren: 1) Buitentemperatuur 2) Binnentemperatuur 3) Aanvoertemperatuur 4) Luchtgroepvermogen 5) Weersvoorspelling (T, zon, wind, ) 6) Interne winsten 7) Structuur van het gebouw 8) 5/ 20

6 Situering: optimale regelaar Modelgebaseerde regelaar [E.F Camacho and C. Bordons] [ D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, tweede editie, John Wiley Sons, New York, 2004 ] 6/ 20

7 Situering: optimale regelaar Modelgebaseerde regelaar 7/ 20

8 Situering: optimale regelaar Modelgebaseerde regelaar voor gebouwen wereldwijd 8/ 20

9 MPC voor Hollandsch Huys 9/ 20

10 MPC voor Hollandsch Huys Wat kan geregeld worden? GGWP: aan / uit Merk op: lange termijn thermische balans mag buiten de optimale regelaar beschouwd worden ([Verhelst 2012]) Luchtgroep en ventilatie Merk op: snel reagerend systeem Ook belangrijk BKA aanvoertemperatuur en massadebiet + maximaal vermogen van warmtepomp (verwarming en koeling) 10 / 20

11 MPC voor Hollandsch Huys Uitdagingen MPC formulering Robuustheid Regelaarmodel Gebouwbeheersysteem Tool voor MPC evaluatie 11 / 20

12 MPC voor Hollandsch Huys MPC formulering Doelfunctie: Comfort: 3 x zonetemperatuurmeting Energie: 6 x energie naar verwarmingcircuit Algemeen: Voorspellingshorizon 49u Oplossing om de 10 min 4620 optimalisatievariabelen 30 termen in doelfunctie Matlab 12 / 20

13 MPC voor Hollandsch Huys Regelaarmodel 13 / 20

14 MPC voor Hollandsch Huys Tool voor MPC evaluatie 14 / 20

15 MPC voor Hollandsch Huys Gebouwbeheersysteem (GBS) MPC Backup Minimale wijziging aan PRIVA GBS Switch naaroorspronkelijke regeling Mogelijke problemen: internetverbinding, weersvoorspellingen, serveronderhoud, Robuustheid: Watchdog Terug naar backup regeling SMS alarm 15 / 20

16 MPC voor Hollandsch Huys 16 / 20

17 Resultaten RBC MPC Aantal vergeleken dagen Minimale buitentemperatuur [ C] 3,9 3,7 Maximale buitentemperatuur [ C] 12,5 11,4 Gemiddelde buitentemperatuur [ C] 4,7 4,4 Warmte uit de bodem [kwh] WP elektriciteit [kwh] Aan/uit schakelingen WP werkingstijd [h] Comfort overtredingen (EN15251 class B) [Kh] 12,8 0,56 17 / 20

18 Resultaten Gemiddelde buitentemperatuur Comfort overtredingen MPC energiebesparing MPC 2,14 [ C] 2,88 Ku RBC periode 1 2,02 [ C] 17,50 Ku 22,77 % RBC periode 2 3,02 [ C] 10,40 Ku 11,37 % MPC scoort beter: MPC besparing rond 17% MPC veroorzaakt minder aan / uitschakelingen van WP MPC gebruikt meer het nachttarief MPC veroorzaakt minder comfortovertredingen MAAR: RBC aan het midden/einde van de winter terwijl MPC aan het begin Te weinig data voor volledige vergelijking Luchtgroep heeft een aparte regeling 18 / 20

19 Resultaten MPC RBC 19 / 20

20 Besluit "In theory, theory and practice are the same. In practice, they are not. Albert Einstein. 1. HET KAN! MPC kan technisch geïmplemeteerd worden in gebouwen 2. HET WERKT! MPC is effectief een efficiëntere regelstrategie dan RBC (voor GEOTABS gebouwen) 3. HET IS EEN UITDAGING op meerdere vlakken 4. HET LEERT! Optimale regeling laat toe om betere RBC strategieën te ontwikkelen 20 / 20

21 Besluit Met dank aan: GEOTABS project, Jan Široký, Jan Hoogmartens, Bertho Palmers, Lieve Helsen en alle medewerkers. 21 / 20