Prediktivní řízení budov s jednopotrubním otopným systémem

Abstract

Tato práce se zabývá problematikou teplovodního vytápění v budovách, ve kterých jsou využity jednopotrubní otopné systémy. Popisuje tepelné vztahy v budovách a vztahy týkající se přenosu tepla skrze teplotní výměníky. Představuje současné typy teplovodních sítí a přináší nástroj pro návrh a analýzu jednopotrubní sítě pro zadanou budovu. Hlavním motivem práce je centralizované prediktivní řízení takové sítě. Postupně popisuje vytvoření odpovídajícího regulátoru. Začíná u poměrně jednoduchého problému výpočtu potřebného dododaného tepla v každém pokoji a končí u složitějsího problému, který počítá se strukturou jednopotrubní sítě a s parametry jednotlivých teplotních výměníku v ní umístěných. Jsou představeny problémy, které mají často za důsledek, že optimalizační problém, na jehož základě je regulátor postaven, je moc složitý nebo špatně definováný, a vybrané softwarové nástroje ho nejsou schopny (efektivně) řešit. Regulátor je navržen pro různé scénáře řízení. Navržený regulátor je otestován na přesnějším modelu budovy.

The thesis discusses the problematics of hydronic heating in buildings in which one-pipe hydronic heating systems are used. It describes thermal relations in buildings and relations of heat transfer via heat exchangers. It presents current types of hot water distribution networks and provides a tool for design and analysis of a one-pipe network for a given building. The main motive of this thesis is model predictive control of such a network. The development of an appropriate controller is described gradually. It starts with a relatively simple problem of calculation of required heat flow in each room and ends with a more difficult problem that takes into consideration structure of the one-pipe network and parameters of individual heat exchangers. Problems that make the controllers underlying optimization problem more difficult or ill-defined are presented. Their consequences are that software tools have problems (efficiently) solving the optimization problem. The controller is developed for different control scenarios. The functionality of the introduced controller is verified on a building model of higher fidelity.