Đánh giá mô hình vật lý của tòa nhà sử dụng trong bài toán tối ưu sử dụng năng lượng trong tòa nhà

Mẫu 1a MẪU BÌA LUẬN VĂN CĨ IN CHỮ NHŨ VÀNG Khổ 210 x 297 mm NGUYỄN NHẬT ANH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN NHẬT ANH ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH VẬT LÝ CỦA TÕA NHÀ SỬ DỤNG TRONG BÀI TOÁN TỐI ƯU HĨA SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG TỊA NHÀ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐO LƯỜNG VÀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CLC2016A HÀ NỘI - NĂM 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Nhật Anh ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH VẬT LÝ CỦA TÕA NHÀ SỬ DỤNG TRONG BÀI TỐN TỐI ƯU HĨA SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG TÕA NHÀ Chuyên ngành : Đo lường hệ thống điều khiển LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Đo lường hệ thống điều khiển NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS Lê Minh Hoàng Hà Nội – Năm 2016 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực nghiên cứu Viện MICA với giúp đỡ thầy giáo hƣớng dẫn thầy cơ, tơi hồn thành đƣợc đề tài đƣợc giao Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo TS Lê Minh Hồng, thầy tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ luôn hỗ trợ suốt thời gian thực đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo làm việc Viện Điện, Bộ môn Kỹ thuật đo Tin học công nghiệp Viện nghiên cứu MICA tạo điều kiện giúp đỡ để tơi hồn thành đề tài Cuối cùng, xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè tơi động viên, ủng hộ suốt thời gian làm đề tài vừa qua Học viên Nguyễn Nhật Anh Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn đƣợc cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc ghi rõ nguồn gốc Nếu có sai sót, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả Nguyễn Nhật Anh Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC HÌNH ẢNH .5 DANH MỤC BẢNG .7 MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ VẤN ĐỀ TỐI ƢU HĨA NĂNG LƢỢNG CỦA TỊA NHÀ .10 Mơ hình hệ thống Tối ƣu hóa lƣợng 10 Mục đích nghiên cứu 12 Đối tƣợng nghiên cứu 13 3.1 Đối tƣợng mẫu 13 3.2 Hệ thống điều hòa trung tâm CMV 16 3.3 Hệ thống thu thập liệu đề tài .17 3.4 Mạng cảm biến nhiệt độ .18 Kết luận .19 CHƢƠNG II: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NHIỆT CỦA TỊA NHÀ .20 Tổng quan phƣơng pháp xây dựng mơ hình nhiệt tịa nhà .20 Nhận dạng hộp đen: ARX, ARMAX 22 Mô hình tƣơng tự dịng nhiệt dịng điện (Mơ hình mạch điện tƣơng đƣơng) 25 3.1 Xây dựng mơ hình nhiệt đối tƣợng nghiên cứu 26 3.2 Tính tốn giá trị mơ hình 28 3.2.1 Tính tốn giá trị mơ hình dựa đặc tính vật lý 28 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng 3.2.2 Hệ thống trao đổi nhiệt thông qua CMV 30 3.2.3 Xác định giá trị khởi tạo tham số: 31 3.3 Hiệu chỉnh tham số sử dụng toán tối ƣu phi tuyến 32 3.4 Ƣu nhƣợc điểm phƣơng pháp sử dụng mạch điện tƣơng đƣơng .35 Kết luận .36 CHƢƠNG III: ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH NHIỆT CỦA TỊA NHÀ .37 Mục đích đánh giá yếu tố đƣợc đánh giá mô hình nhiệt 37 Phân tích thời gian đáp ứng mơ hình 38 Đánh giá ảnh hƣởng sở liệu đầu vào 41 3.1 Tiền xử lý liệu đầu vào 41 3.2 Phân tích phổ liệu 45 Đánh giá ảnh hƣởng giá trị khởi tạo biên độ hiệu chỉnh tham số toán tối ƣu phi tuyến 47 4.1 Phân tích ảnh hƣởng giá trị khởi tạo 47 4.2 Xác định biên độ hiệu chỉnh tối ƣu .49 4.3 Đánh giá ảnh hƣởng biên độ hiệu chỉnh đến hội tụ toán tối ƣu 52 Đánh giá mơ hình nhiệt thu đƣợc sử dụng hàm bù trọng số .54 Kết luận .58 KẾT LUẬN 59 Kết luận .59 Hƣớng phát triển đề tài 60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 BẢNG PHỤ LỤC 62 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống tối ưu hóa lượng .10 Hình 1.2 Vị trí phòng mẫu tòa nhà .14 Hình 1.3 Sơ đồ tổng quan vị trí vùng nhiệt tịa nhà 14 Hình 1.4 Sơ đồ chi tiết phòng học cảm biến 15 Hình 1.5 Hệ thống trao đổi khơng khí điều khiển nhiệt độ phịng CMV 16 Hình 1.6 Sơ đồ mạng điện thiết bị cảm biến phòng .17 Hình 1.7 Kết đo lường từ hệ thống cảm biến nhiệt độ Oregon Scientific .18 Hình 1.8 Hệ thống cảm biến giám sát chế độ hoạt động CMV .19 Hình 2.1 So sánh giá trị đo lường thực tế tính tốn mơ hình ARX 24 Hình 2.2 Mơ hình mạch điện tương đương tòa nhà 27 Hình 2.3 Các chế độ hoạt động CMV 31 Hình 2.4 Mơ hình chuyển đổi nhiệt 31 Hình 2.5 Sơ đồ ngun lý tối ưu hóa tham số mơ hình nhiệt sử dụng fmincon 32 Hình 2.6 Kết mơ mơ hình nhiệt thu 34 Hình 2.7 Sai số kết thu từ mơ hình nhiệt kết đo .35 Hình 3.1 Mơ hình tính tốn thời gian phản hồi hệ thống 38 Hình 3.2 Kiểm tra số thời gian hệ thống 39 Hình 3.3 Thời gian phản ứng hệ thống tương ứng theo ngày .39 Hình 3.4 Ví dụ việc thiếu hụt liệu cảm biến nhiệt độ 41 Hình 3.5 Kết hiệu chỉnh theo phương pháp độ trễ bước 42 Hình 3.6 So sánh phương pháp nội suy 43 Hình 3.7 So sánh sai số đo lường nội suy phương pháp 44 Hình 3.8 So sánh chênh lệch phương pháp nội suy 44 Hình 3.9 Các giá trị thiếu hụt bổ sung vào khoảng giá trị đo lường có sẵn 45 Hình 3.10 Đồ thị giá trị nhiệt độ miền tần số .46 Hình 3.11 Phân tích giá trị nhiệt độ miền thời gian tần số .46 Hình 3.12 Đồ thị giá trị lượng miền tần số 47 Hình 3.13 Độ hội tụ tham số sau hiệu chỉnh .48 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Hình 3.14 Tính tốn sai số nhiệt độ lượng với liệu ngày 50 Hình 3.15 Tính tốn sai số nhiệt độ lượng với liệu 18 ngày 51 Hình 3.16 Giá trị tối ưu độ hội tụ giá trị đầu với λ= 10 52 Hình 3.17 Giá trị tối ưu độ hội tụ giá trị đầu với λ= 10, 100,300 .53 Hình 3.18 Hàm bù trọng số sai số 55 Hình 3.19 Mơ hình tốn học hàm bù trọng số .56 Hình 3.20 Giá trị sai số lượng qua 20 lần thí nghiệm 56 Hình 3.21 Phân tích sai số bất thường hệ thống 57 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Kết tính tốn tham số dựa mơ hình ARX 24 Bảng 2.2 Kết tham số sau hiệu chỉnh 34 Bảng 3.1 Bảng phương pháp ước lượng liệu 42 Bảng 3.2 Các thuật toán tính chât tương ứng 43 Bảng 3.3 Các giá trị khởi tạo sau tối ưu 49 Bảng 3.4 Sai số sau hiệu chỉnh .51 Bảng 3.5 Bảng kết tham số sau tối ưu .52 Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng MỞ ĐẦU Trong kỷ 21, lƣợng vấn đề lớn mà giới cần phải đối mặt Khi kinh tế ngày phát triển, số lƣợng tòa nhà thƣơng mại, văn phịng, trƣờng học… ngày tăng, kéo theo hàng loạt khó khăn nguồn cung lƣợng dành cho tòa nhà phát sinh từ nhu cầu tiêu thụ lƣợng lớn Việc đặt tốn giảm thiểu lƣợng tiêu thụ tịa nhà Tối ƣu lƣợng hoạt động tòa nhà mục tiêu cao nghiên cứu khoa học đề tài Nghiên cứu mô hình vật lý tịa nhà với tiêu thụ lƣợng đặc trƣng hỗ trợ nhiều việc mơ lại q trình trao đổi nhiệt tịa nhà với mơi trƣờng, lƣu thơng gió nhiệt độ tịa nhà, từ tìm phƣơng án tối ƣu cho việc sử dụng điện tiêu thụ nhƣ chi phí phát sinh Trong thời gian học tập trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội tham gia vào trình nghiên cứu Viện MICA, đƣợc tiếp xúc với mơ hình vật lý tƣơng ứng với điều kiện lƣợng tịa nhà Vì lý đó, đƣợc hƣớng dẫn thầy cô môn, định tìm hiểu đề tài:“Đánh giá mơ hình vật lý tịa nhà sử dụng tốn tối ưu hóa sử dụng lượng tịa nhà” Với mục tiêu tìm hiểu mơ hình phục vụ cho việc mơ tìm kiếm phƣơng án điều khiển phù hợp, đề tài cố gắng đƣa mô hình giản lƣợc tập trung vào số yếu tố nhằm giảm bớt phức tạp tốn Dựa mơ hình nhà mẫu có sẵn, đề tài đƣa mơ hình nhiệt tòa nhà theo nguyên tắc mạch điện tƣơng đƣơng, nhằm tăng thêm độ xác cho mơ hình, đề tài đƣa phƣơng pháp đánh giá để áp dụng vào thực tế cách phù hợp Khi có mơ hình tƣơng đối phù hợp với mơ hình mẫu thực tế, việc áp dụng vào mơ hình khác dễ dàng hơn, giúp đỡ ngƣời nghiên cứu mơ lại đối tƣợng khác mà cần biết số cấu tạo vật lý Nguyễn Nhật Anh CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Phân tích dựa liệu ngày: Hình 3.14 Tính tốn sai số nhiệt độ lượng với liệu ngày Các cột màu đỏ thể sai số mức lƣợng sƣởi ấm khơng khí, cột màu xanh lam thể sai số nhiệt độ thực tế tính tốn, cột màu xanh lục thể thời gian đáp ứng sau tính tốn, tƣơng ứng với giá trị λ ma trận sau: nl = [1.5,2,5,10,15,20,30,40,50,60,70,80,90,100,200,300,400,500] Dựa phân tích so sánh sai số mức lƣợng điều hòa, nhiệt độ phòng thời gian đáp ứng hệ thống, rõ ràng, mức giá trị λ phù hợp 10, có nghĩa biên độ hiệu chỉnh khoảng (/10 - *10) Lƣu ý kết đƣợc tính dựa liệu đo lƣờng ngày Về việc tính toán số thời gian hệ thống, theo nhƣ nghiên cứu trƣớc đây, cần nằm khoảng từ đến giờ, dựa tính tốn phân tích Nguyễn Nhật Anh 50 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng phần này, ta cố định giá trị (đƣờng màu đỏ đồ thị), tiêu cho phân tích khác Phân tích liệu 18 ngày: Hình 3.15 Tính tốn sai số nhiệt độ lượng với liệu 18 ngày Thực tƣơng tự thí nghiệm với liệu 18 ngày, ta thấy đƣợc khoảng giá trị tối ƣu (/10 - *10) dựa đồ thị Ta có bảng kết sai số (3.4) : Bảng 3.4 Sai số sau hiệu chỉnh days, λ=10 18 days, λ=10 chauf Tin Constant 0.9724 0.9064 Error 0.9357 0.8939 timeConstant 5.0357 3.7357 Rõ ràng, với thời gian đo lƣờng dài (18 ngày) kết đƣa xác so với thời gian đo lƣờng ngắn (6 ngày) với sai số lƣợng cung Nguyễn Nhật Anh 51 CAC16044 Đánh giá mô hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng cấp nhiệt độ phòng nhỏ Hằng số thời gian gần với thời gian mong muốn đƣợc phân tích từ trƣớc ( ~ 4h) Dựa yếu tố trên, ta đƣa đƣợc bảng kết giá trị tham số sau tối ƣu (3.5): Bảng 3.5 Bảng kết tham số sau tối ưu Rw Cw Rep Rspace Rshed Rcor R office days 0.711196 55249.18 1.361025 2.251261 29.73635 0.592734 8.939558 18 days 0.711204 43158.92 1.361231 1.107503 6.163674 4.3 0.79231 8.993305 Đánh giá ảnh hƣởng biên độ hiệu chỉnh đến hội tụ tốn tối ƣu Trong thực tế có nhiều phƣơng pháp để đánh giá chất lƣợng trình hiệu chỉnh tham số (bài toán tối ƣu phi tuyến) Phƣơng pháp thƣờng đƣợc sử dụng phân tích phân bố giá trị hàm mục tiêu nhƣ giá trị hiệu chỉnh tham số nhận đƣợc giải toán tối ƣu phi tuyến với trƣờng hợp khác giá trị khởi tạo tham số Hình 3.16 Giá trị tối ưu độ hội tụ giá trị đầu với λ= 10 Nguyễn Nhật Anh 52 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Nghiên cứu vấn đề đƣợc thực dựa giá trị λ đƣợc lựa chọn từ trƣớc hai bƣớc khác Bƣớc nhằm so sánh giá trị tính tốn đo lƣờng đƣợc ngày 18 ngày với giá trị λ = 10, đồng thời so sánh kết hai trƣờng hợp Tiếp theo, dựa liệu đo lƣờng ngày, ta sử dụng liệu λ lần lƣợt 10,100, 300 để đánh giá mức độ ảnh hƣởng biên độ hiệu chỉnh xung quanh giá trị khởi tạo tham số tới hàm mục tiêu tốn tối ƣu phi tuyến Hình 3.17 Giá trị tối ưu độ hội tụ giá trị đầu với λ= 10, 100,300 Hình 3.16 mơ tả giá trị trung bình sai số ƣớc lƣợng 100 trƣờng hợp tối ƣu với tham số đầu vào Dựa kết thu đƣợc, giá trị tối ƣu trƣờng hợp liệu đo 18 ngày tiến đến 58.65 với độ hội tụ 98%, với trƣờng hợp liệu đo lƣờng ngày giá trị tối ƣu 61.43 với độ hội tụ 91% Nhƣ vậy, với phạm vi tín hiệu đo khoảng thời gian lâu đƣa kết xác Nguyễn Nhật Anh 53 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Một bƣớc thử nghiệm tƣơng tự đƣợc đƣa với mức giá trị đo lƣờng đƣợc ngày, nhiên giá trị λ lần lƣợt 10, 100 300 để đánh giá tác động biên độ hiệu chỉnh tham số Có thể thấy, giá trị tối ƣu λ = 100 λ = 300 tốt so với λ = 10, nhƣng tỉ lệ hội tụ lại thấp Rõ ràng, việc sử dụng hệ số λ = 10 đƣa đến kết tốt với 91% kết hội tụ Biên độ hiệu chỉnh nhỏ đƣa đến kết xác sai số mô phỏng, nhiên, bỏ qua yếu tố vật lý hệ thống (Tính hội tụ kết quả), lựa chọn để đƣa phƣơng pháp phù hợp với tiêu vật lý có ý nghĩa nhƣ số thời gian Nhƣ vậy, dựa kết so sánh, đƣa kết luận vấn đề đƣợc đƣa nhƣ sau: Kết đƣợc thực với sở liệu đo dài hơn, đồng thời biên độ hiệu chỉnh xung quanh khởi tạo nhỏ đƣa đến kết tốt mơ hình nhiệt đƣợc đề xuất Đánh giá mơ hình nhiệt thu đƣợc sử dụng hàm bù trọng số Sau thực số đánh giá trình nhận dạng ảnh hƣởng sở liệu đầu vào, sử dụng kết cho việc phân tích đánh giá độ hiệu mơ hình Để giải vấn đề này, ta xem xét đến phạm vi có hiệu khơng có hiệu mơ hình thu đƣợc Để nghiên cứu tƣợng mơ hình nhiệt mà phép thực tế khơng thể mơ hình hóa (đối lƣu nhiệt phòng, tác động ngƣời sử dụng, thay đổi chế độ đột ngột hệ thống thơng gió…), hàm bù trọng số đƣợc sử dụng với mục đích quan sát đƣợc sai số thời điểm cách rõ ràng Những sai số giảm trừ mà kết luận phần sai số khơng đƣợc tính đến mơ hình đề xuất mơ hình khơng thể xác nhận đƣợc kết khoảng thời gian Mục đích hàm bù sai số cho phép giảm ảnh hƣởng khoảng giá trị không xác định, đồng thời gia tăng ảnh hƣởng khoảng giá trị phù hợp nhằm đƣa hàm mục tiêu phù hợp cho toán tối ƣu phi tuyến với mục đích cải thiện q trình hiệu chỉnh tham số Nguyễn Nhật Anh 54 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng Sau thu thập lỗi ƣớc lƣợng sử dụng làm tài liệu để tìm hàm bù trọng số cho lần tối ƣu hóa mơ hình tiếp theo, ta cần tìm thuật toán để xác định hàm số Thuật toán cần phải dựa lỗi ƣớc lƣợng xảy ra, cách giảm trừ giá trị có sai số lớn tăng cƣờng giá trị có sai số nhỏ Hàm số đƣợc xác định nhƣ phƣơng trình (3.1)  (t )  e(t ) W (t )  1 w(t )   w(t )  max  w(t )   w(t )  (3.1) Trong đó, ω(t) giá trị tuyệt đối sai số ƣớc lƣợng W(t) hàm trọng số bình thƣờng với mục đích gia tăng giá tri sai số thấp giảm giá trị có sai số cao Nguyên lý hoạt động hàm số đƣợc thể Hình 3.18 Hình 3.18 Hàm bù trọng số sai số Rõ ràng, sử dụng thuật toán trên, ta giảm đƣợc phần giá trị khơng phù hợp tăng giá trị phù hợp với mô hình lần tối ƣu Từ ta xác định đƣợc khoảng thời gian mà hàm bù trọng số có hiệu Nguyễn Nhật Anh 55 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Dựa vào thuật tốn trên, ta chắn hàm bù trọng số hoạt động thực nhƣ tác động ngƣợc lại trình tối ƣu hóa Hiện tại, có khả đƣa hệ thống vào chuỗi vòng lặp đƣợc dự báo trƣớc hàm bù trọng số Parameter Estimation Error Estimations Weighting Function Algothirm Weighting Function Hình 3.19 Mơ hình tốn học hàm bù trọng số Kết sau 20 lần thực tối ƣu đƣợc mô tả Hình 3.20 Bằng cách so sánh 20 trƣờng hợp này, đƣa kết luận rằng, số thời điểm, ƣớc lƣợng nhiệt lƣợng cần thiết từ hệ thống điều hịa mơ hình bị suy giảm hàm bù trọng số, khoảng thời gian mà mơ hình khơng có hiệu Hình 3.20 Giá trị sai số lượng qua 20 lần thí nghiệm Nguyễn Nhật Anh 56 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Hình 3.21 thể rõ thời điểm mà hàm bù trọng số mang lại ích lợi việc đánh giá khoảng thời gian mơ hình có hiệu tƣợng khơng đƣợc mơ hình hóa mơ hình nhiệt Hình 3.21 Phân tích sai số bất thường hệ thống Dựa đồ thị, ta thấy, số thời điểm, sai số đƣợc thể xác tƣơng ứng với thời gian điều hịa chạy chế độ «Thơng gió làm mát» ban đêm từ 20h đến 0h với điểm đƣợc minh họa đồ thị Đối với hai lỗi sai số tối đa đƣợc thể đƣờng bao màu đỏ lớn so với thời điểm khác tƣơng ứng với thời điểm số lƣợng ngƣời phòng tăng cao (từ 10h đến 14h) Rõ ràng, mơ hình biết dựa mạch điện tƣơng đƣơng với giá trị tƣơng ứng nhiệt trở Rv tính đến thay đổi đột ngột lƣu lƣợng trao đổi khơng khí CMV hoạt động với chế độ khác Nguyễn Nhật Anh 57 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng Kết luận Với vấn đề vừa đƣợc nghiên cứu tiến hành phịng học mẫu PREDIS, ta đánh giá đƣợc mức độ phù hợp hệ thống, tìm hiểu đƣợc phƣơng án để tối ƣu hóa độ xác mơ hình, đồng thời phân tích đƣợc yếu tố ảnh hƣởng đến mơ hình mà chƣa dự đoán đƣợc Các phép đánh giá cho ta thấy đƣợc giá trị quan trọng mơ hình số thời gian hệ thống, với hệ thống này, số thời gian τ ~ 4h phù hợp để đảm bảo thời gian phản ứng hệ thống sát với thực tế Ngoài ra, ta dựa kết liệu cho trƣớc để đƣa lƣợng thời gian thu thập phù hợp (càng nhiều liệu tốt nhƣng khoảng 18 ~ 30 ngày đủ) mức độ xác điểm tính tốn toán tối ƣu ( λ = 10, khoảng giá trị từ /10 - *10) phù hợp để đảm bảo ý nghĩa vật lý tham số nhƣ độ xác tốn tối ƣu Với mục tiêu lớn đề tài tính tốn đƣợc lƣợng nhiệt phù hợp để trì nhiệt độ tịa nhà thơng minh, ta cần đánh giá phân tích đƣợc sai số lớn mơ hình Với liệu đo lƣờng đƣợc hệ thống PREDIS trƣờng hợp ngày 18 ngày, ta nhận thấy phƣơng pháp tối ƣu hệ thống đƣợc kết tƣơng đối xác Tuy nhiên, có số yếu tố chƣa đƣợc tính tốn tới: Các hệ thống sƣởi khác điều hịa nhƣ phƣơng án lƣu thơng khơng khí phịng, với khả tƣơng tác nhiều ngƣời sử dụng thời điểm Những yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống, nhiên chƣa đƣa vào đƣợc mơ hình vật lý gây yếu tố phát sinh chƣa thể giải đƣợc Vấn đề cần sâu nghiên cứu để tìm đƣợc kết xác Nguyễn Nhật Anh 58 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng KẾT LUẬN Kết luận Trong thời gian làm luận văn, dƣới giúp đỡ thầy giáo TS Lê Minh Hoàng, thầy Viện Điện, tơi tiến hành tìm hiểu thực đề tài: “Đánh giá mơ hình vật lý tịa nhà sử dụng tốn tối ƣu hóa sử dụng lƣợng tịa nhà” Luận văn thực đƣợc công việc sau:  Tìm hiểu tổng quan tốn tối ƣu hóa lƣợng tịa nhà  Tìm hiểu hệ thống tích hợp tự động hóa tịa nhà nhà mẫu phịng nghiên cứu PREDIS/MHI  Tìm hiểu cách thức mơ hình hóa mơ hình nhiệt tịa nhà  Tìm hiểu lựa chọn phƣơng pháp mơ hình hóa cho tốn mơ hình nhiệt  Xây dựng mơ hình nhiệt phịng nghiên cứu PREDIS/MHI nhằm phục vụ cho tốn tối ƣu hóa lƣợng sử dụng tòa nhà  Đánh giá chất lƣợng mơ hình nhiệt tìm phƣơng pháp tối ƣu để đƣa mơ hình phù hợp với u cầu toán: Vừa đảm bảo ý nghĩa vật lý hệ thống đồng thời độ xác cao, đƣa đƣợc dự đoán trƣờng hợp rộng Thơng qua q trình thực luận văn lần này, tơi có thêm hội ứng dụng kiểm tra kiến thức học vào thực tế nhƣ phát huy tính sáng tạo, khả giải vấn đề theo yêu cầu đề Tuy cố gắng nhƣng thời gian thực đề tài nhƣ kinh nghiệm có hạn nên nhóm khơng tránh khỏi sai sót nhƣ phần chƣa hồn thiện Mong thầy thơng cảm đóng góp thêm ý kiến để đề tài đƣợc hồn thiện Nguyễn Nhật Anh 59 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Hƣớng phát triển đề tài Về bản, nắm đƣơc hệ thống tối ƣu hóa lƣợng, mơ hình nhiệt bƣớc đầu đƣợc xây dựng đồng thời đánh giá đƣợc yếu tố tác động lên độ xác hiệu hệ thống Tuy nhiên, thời gian có hạn nên hệ thống chƣa thể hồn thiện, nên tơi xin đƣa vào số hƣớng phát triển cho hệ thống tƣơng lai:  Mơ hình hóa đƣợc xây dựng luận văn trƣờng hợp chƣa tính đến ảnh hƣởng ngƣời sử dụng nhƣ tác động hành vi ngƣời sử dụng đến tham số mơ hình (ví dụ nhƣ sinh nhiệt thiết bị phòng đƣợc sử dụng tác động việc đóng mở cửa nhiệt độ bên phòng) chế độ chạy khác điều hịa khơng khí Để xây dựng mơ hình có tính đến hành vi ngƣời dùng cần phải kết hợp thêm kết toán định vị đƣợc phát triển cảm biến cụ thể  Để nâng cao độ xác mơ hình nhiệt, cần phải nghiên cứu để ƣớc lƣợng xác tác động yếu tố môi trƣờng nhƣ nhiệt lƣợng mặt trời chiếu vào đối tƣợng nghiên cứu thông qua cảm biến Thời tiết Ngồi ra, tơi xin đề xuất ý tƣởng ứng dụng hệ thống tối ƣu hóa lƣợng tòa nhà lớn: khách sạn, khu nghiên cứu, dự án tịa nhà xanh, mở rộng cho tòa nhà dân dụng Đây hƣớng phát triển có tính ứng dụng cao, chi phí cho nguồn lƣợng tiêu thụ ngày tăng – điều ngày đƣợc chủ đầu tƣ, nhà nƣớc, ngƣời dân quan tâm Nguyễn Nhật Anh 60 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Deng, K., Barooah, P., Mehta, P G., & Meyn, S P (2010, June) Building thermal model reduction via aggregation of states In Proceedings of the 2010 American Control Conference (pp 5118-5123) IEEE Dang, H.A., Delinchant B., Wurtz F 2010 Electrical performance optimization of an HVAC dual flow In Proceedings of Electrimac 2010 Conference, Paris, France Ha, D L., Le, M H., Jacomino, M., & Ploix, S (2010) Home energy management problem: towards an optimal and robust solution INTECH Open Access Publisher Gouda, M M., S Danaher, and C P Underwood Building thermal model reduction using nonlinear constrained optimization Building and environment 37.12 (2002): 1255-1265 Malisani, P., Chaplais, F., Petit, N., & Feldmann, D (2010, December) Thermal building model identification using time-scaled identification methods In 49th IEEE Conference on Decision and Control (CDC) (pp 308-315) IEEE Bộ xây dựng, (2013) Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình xây dựng sử dụng lượng hiệu quả, QCVN 09:2013/BXD Goyal, S., & Barooah, P (2011, June) A method for model-reduction of nonlinear building thermal dynamics In Proceedings of the 2011 American Control Conference (pp 2077-2082) IEEE Lorenz, F., & Masy, G (1982) Méthode d’évaluation de l’économie d’énergie apportée par l’intermittence de chauffage dans les bâtiments Traitement par differences finies d’un model a deux constantes de temps, Report No GM82013001 Faculte des Sciences Appliquees, University de Liege, Liege, Belgium Nguyễn Nhật Anh 61 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng BẢNG PHỤ LỤC Bảng 5.1 Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt kết cấu bao che W/m2.K: α (theo TCVN 298:2003 ISO 6946:1996) Loại & vị trí kết cấu bao che α(W/m2.K) R(m2.K/W) αT αN RT RN Bề mặt tƣờng, trần, sàn bề mặt nhẵn 7.692 - 0.133 - Bề mặt tƣờng, trần & sàn có gờ 6.5-7 - 0.154-0.143 - Bề mặt ngồi tƣờng, sàn mái có tiếp xúc trực tiếp với khơng khí - 20-25 - 0.05-0.04 Bề mặt ngồi tƣờng, mái tiếp xúc khơng trực tiếp với khơng khí ngồi nhà - 10-15 - 0.1-0.07 Bảng 5.2 Thông số vất lý vật liệu xây dựng(1_QCVN09 :2013/BXD) Khối lƣợng riêng (kg/m3) Hệ số dẫn nhiệt λ(W/m.K) Nhiệt dung riêng Cp(J/Kg.K) 2400 1,547 840 2200 1,279 1210 1800 0,872 840 1500 0,698 800 1000 0,233 840 1000 0,407 840 Gạch rỗng(γ=1300), xây vữa nhẹ 1800 0,814 880 Gạch nhiều lỗ, xây vữa nặng 1350 0,581 880 III - Vật liệu trát vữa 1350 0,523 880 Vữa xi măng vữa trát xi măng Vữa tam hợp vữa trát tam hợp 1800 0,930 840 Vữa vơi trát mặt ngồi 1700 0,872 840 Vữa vơi trát mặt 1600 0,872 840 Stt Vật liệu I - Bê tông Bê tông cốt thép Bê tông đá dăm Bê tông gạch vỡ Bê tông xỉ Tấm thạch cao ốp mặt tƣờng Tấm miếng thạch cao nguyên chất II - Mảng gạch xây đặc Gạch thông thƣờng với vữa nặng 10 11 Nguyễn Nhật Anh 62 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng 12 Tấm ốp mặt thạch cao 1600 0,698 840 13 Tấm sợi gỗ cứng ốp mặt 1000 0,233 840 14 IV - Vật liệu thủy tinh 700 0,233 1470 15 Kính cửa sổ 2500 0,756 840 200 0,058 840 500 0,163 840 Tấm gỗ sợi gỗ ép 600 0,17 2510 19 Tấm gỗ mềm 600 0,16 2510 20 VI – Kim loại 250 0,08 2510 21 Thép – tôn 250 0,07 2090 7850 58 480 7200 50 480 2600 220 480 Sợi thủy tinh 16 17 18 Thủy tinh thủy tinh bọt V – Vật liệu gỗ Gỗ dán Tấm gỗ sợi gỗ ép Gang 22 Nhơm 23 Chú thích : 1W/m.K = 0,86 kcal/m.h.oC ; 1kJ/kg.K = 0,24 kcal/kg.oC Đối với vật liệu xây dựng khơng có tên bảng trên,có thể sử dụng tiêu chuẩncủanƣớcngồi Bảng 5.3 Đặc tính xạ loại kính Nguyễn Nhật Anh 63 CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Bảng 5.4 Đặc tính xạ che Bảng 5.5 Dòng nhiệt xạ mặt trời xâm nhập vào phòng R, W/m2 Nguyễn Nhật Anh 64 CAC16044 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Nhật Anh ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH VẬT LÝ CỦA TÕA NHÀ SỬ DỤNG TRONG BÀI TOÁN TỐI ƯU HÓA SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TRONG TÕA NHÀ... CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà toán sử dụng lượng - Đánh giá ảnh hƣởng xác định giá trị khởi tạo tham số toán tối ƣu - Đánh giá chất lƣợng giá trị tham số tính tốn đƣợc - Đánh giá. .. CAC16044 Đánh giá mơ hình nhiệt vật lý tịa nhà tốn sử dụng lượng Hình 1.2 Vị trí phịng mẫu tịa nhà Hình 1.3 Sơ đồ tổng quan vị trí vùng nhiệt tòa nhà Nguyễn Nhật Anh 14 CAC16044 Đánh giá mơ hình