Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Prediktering och styrning av värmesystem i flerbostadshus: Utvärdering av egenutformad MPC-regulator
Karlstad University, Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013).
2015 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Prediction and control of heating systems in apartment buildings : Evaluation of self-designed MPC-controller (English)
Abstract [sv]

År 2012 gick ca 30 % av den totala energianvändningen till uppvärmning av bostäder och lokaler. Av den utgör uppvärmning av flerbostadshus och lokaler 60 % (79,5 TWh). Det finns därmed stor potential att minska energianvändningen inom bostadssektorn. En del i effektiviseringsarbetet är att se över regleringen av utrustningen som styr uppvärmningssystemen i bostäderna. Dagens reglering innefattar oftast en styrning som är direkt kopplad till utomhustemperaturen. Denna form av reglering lämpar sig bäst till system där ändring av tillstånd kan ske fort. När det gäller bostäder med hög massa tar det däremot tid innan en ändring får effekt. I vissa fall kan trögheten vara bortåt ett dygn för bostäder med hög intern massa. Ett alternativt till dagens enkla metoder är den så kallade MPC-regulatorn som står för Model Predictive Control. MPC är en reglermetod som kan ta hänsyn till trögheten och dynamiken hos byggnader. MPC-regulatorn arbetar dessutom proaktiv snarare än retroaktivt vilket de flesta av dagens reglermetoder gör. Ett problem med MPC-regulatorn är att den kräver stora beräkningsresurser samt energiteknisk kunskap om byggnaden där den ska implementeras. Detta gör att den har haft svårt att slå igenom. Syftet med examensarbetet var därför att konstruera en enkel MPC-regulator och utvärdera dess funktion. Detta gjordes genom att konstruera en bänktestmodell som utvärderade funktionen av regulatorn. Utöver att konstruera en simpel MPC-regulator har en studie gjorts på hur den nuvarande reglermetoden kan energieffektiviseras utan att behöva investera i ny utrustning. Målet var att få en jämn inomhustemperatur och förbättra driftsekonomin för byggnaden som studerades. Studien har genomförts hos Karlstads Bostads Aktiebolag (KBAB) som förvaltar och äger 7300 lägenheter i Karlstad. Studien presenterar ett antal enkla MPC-regulatorer som kan användas för att uppnå jämnare inomhustemperatur och bättre driftsekonomi. Det bedöms dock att den MPC-regulatorn som endast tar hänsyn till utetemperaturen i sin prediktering är den mest lämpliga. MPC-regulatorn har potential att sänka värmebehovet med 3,12 MWh/år (-4 %) och minska inomhustemperaturens variationer med 96 %. Årsmedeltemperaturen skulle hamna på 21,1 °C och energiförbrukningen på 113 kWh/m2. Studien presenterar dessutom ett alternativ till dagens reglermetod som inte kräver några extra resurser eller investeringskostnader. Den har potential att sänka värmebehovet med 8,3 MWh/år (-10 %) och minska inomhustemperaturens variationer med 65 %. Energiförbrukningen skulle då bli 106 kWh/m2 för byggnaden.

Abstract [en]

In 2012, 30% of the total energy consumption was used by apartments and buildings. Heating of apartment buildings and commercial buildings represents 60% (79.5 TWh) of that energy consumption. There is thus great potential for reducing energy use in the residential sector. Part of the overall efficiency work is to review the control of heating systems. Today's control often involves simple on / off systems where an upper and lower limit controls when to start and stop a process. This form of control is therefore best suited to systems where the change of state occurs quickly. When it comes to homes with high mass however, it takes time before a change takes effect. In some cases, it can take up to 24h before a change is noticed for buildings with high thermal inertia. An alternative to the traditional temperature based control is the so-called MPC controller which stands for Model Predictive Control. MPC is a control method that can take into account the thermal inertia and the dynamics of buildings. MPC controller also controls the system proactive rather than retroactive, which is the technique most of current control methods use. One problem with the MPC controller thou is that it requires large computational resources and technical knowledge of the building where it will be implemented. The aim of the thesis was to design a simple MPC controller and evaluate its performance. This was done by constructing a bench test model that can evaluate the function of the MPC controller. In addition to constructing a simple MPC-controller, a study has been done on how the current control method can be more energy efficient without having to invest in new equipment. The goal was to reduce the variations in indoor temperature and improve operating economics of the building. The study was conducted at Karlstad Bostads Aktiebolag (KBAB) that owns and manages 7,300 apartments in Karlstad. The Bench test model calculated indoor temperature using the weather conditions as solar radiation, cloud cover, outside temperature and wind speed. The study presents a number of simple MPC controllers that can be used to minimize indoor temperature variations and improving operating economy. It is estimated, however, that the MPC controller that only takes into account the outside temperature in its prediction is the most appropriate. The MPC controller has the potential to reduce heating requirements by 3.12 MWh (-4%) and reduce indoor temperature variations with 96%. The mean annual temperature would be 21.1 ° C and the energy consumption 113 kWh/m2 for the building. The study also presents an alternative to current control method that does not require any additional resources or investments. It has the potential to reduce heating requirements by 8.3 MWh (10%) and reduce indoor temperature variations by 65%. The energy consumption would then be 106 kWh/m2.

Place, publisher, year, edition, pages
2015. , 54 p.
Keyword [sv]
Reglerteknik, flerbostadshus, MPC-regulator, uppvärmningssystem, varierande inomhustemperatur, jämn inomhustemperatur, predikterande styrning
National Category
Energy Systems Energy Engineering Control Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-35695OAI: oai:DiVA.org:kau-35695DiVA: diva2:797908
External cooperation
Karlstads Bostads AB
Subject / course
Environmental and Energy Systems
Educational program
Engineering: Energy and Environmental Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2015-03-27 Created: 2015-03-25 Last updated: 2015-03-27Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Beri George, Prediktering och styrning av värmesystem i flerbostadshus(2564 kB)220 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2564 kBChecksum SHA-512
83f21b3dd1f8f5b6e9bb9e0439799b91ddcede7c1e3ddb7f9267638be45ce712fd56e4cf39982282041715a803fae320b021e03a04875bf9ef7f2530611aae37
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013)
Energy SystemsEnergy EngineeringControl Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 220 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 755 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf