بخشی از مقاله
چکیده
انرژي مورد استفاده براي تهویه ساختمان، حدود نیمی از کـل انـرژي مصرفی در ساختمان را شامل می شود. با این شرایط، روشن است که کنترل مؤثر سیستم تهویه مطبوع مـی توانـد تـا حـد زیـادي موجـب صرفه جویی در انـرژي سـاختمان و تـأمین شـرایط آسـایش مطلـوب
سـاکنین شـود.در ایـن مقالـه، مـدل محـیط تحـت تهویـه در بسـته نرم افزاري Energyplus، شبیه سازي می شود و داده هاي آب و هـواي
تبریز به عنوان داده هاي آب و هواي این مـدل در نظـر گرفتـه شـده است. خروجی Energyplus که دماي لحظه به لحظه مـدل تحـت تهویه را نشان می دهد، توسـط نـرمافـزار Bcvtb، بـه کنترلـر فـازي طراحی شده در نرم افزار Matlabفرستاده می شود و با دماي آسایش
مقایسه می گردد. با توجه به میزان اختلاف دما، کنترلـر فـازي حجـم
هواي ورودي به اتاق را تنظیم می نماید. همواره تبادل داده هـا مـابین Energyplus و matlab توسط میانافزار Bcvtb انجام مـیشـود.
نتایج حاصل از کوپل موفقیت آمیز دو نرم افـزار انـرژي پـلاس و متلـب حاکیــــازآن استکهکنترلرفازیطراحیشدهقادراستتامتناسبباشــــرایط محیطیفضایموردنظر،دمارادرشرایطمطلوب حفظکرده و باعـث کـاهش مصرف انرژي نسبت به زمانی که حجم هواي اتاق ثابت است، شود.
واژه هاي کلیدي
تهویــه مطبــوع، سیســتم گرمایشــی، کنترلــر فــازي، Matlab، EnergyPlus، .BCVTB
مقدمه
بــیش از 40 درصــد مصــرف انــرژي در بســیاري از ســاختمانهــا و تأسیسات صنعتی به منظور گرمـایش، سـرمایش و تهویـه مـی باشـد.
بنابراین می توان انتظار داشت، که با بهبود در سیستم هاي مـدیریت و کنترل تهویه، مصرف انرژي کاهش یافته و به بهتـرین نحـو اسـتفاده گــــــــــــردد .[1] درســــــــــــالهایاخیرتحقیقــــــــــــات فراوانیبهمنظورگسترشتکنولوژي هاییکهکاهشمصرفانرژي وهزینـه هـاي آن،بـدون اینکـه کـاهش سطحشرایطĤسـایش رابهدنبالداشـته باشـد، صـورت گرفتـه اسـت.در منبـع [2] خلاصـهاي از کاربردهـاي هـوش مصنوعی در کنترل مصرف انـرژي در سـاختمان مـورد بررسـی قـرار
گرفته است که این روش ها شامل منطـق فـازي، الگـوریتم ژنتیـک و
شبکه عصبی مـی باشـد. در منبـع [3]از نـرم افـزار شـبیه سـاز انـرژي ساختمان (EnergyPlus) و روش هاي شناسایی سنتی براي کنترل پیشگویانه مدل (Model Predictiv Control) جهت رسیدن بـه
کنترل بهینه استفاده شده است.
به منظور شبیهسازي یک سـاختمان در محـیط مجـازي و همچنـین براي محاسبه میزان مصـرف انـرژي و تبـادل حرارتـی آن بـا محـیط
اطراف، از نرم افزار قدرتمند انـرژي پـلاس اسـتفاده شـده اسـت. ایـن نـرمافـزار بـر اسـاس ترکیبـی از برنامـههـاي BLAST و DOE-2
می باشد که توسط آژانس انرژي ایالات متحده آمریکا در سـال 1996
توسعه داده است. برنامه انرژي پلاس مدل سـازي را بـه صـورت ریـز و دقیق انجام می دهد و بر اسـاس یـک تعـادل حرارتـی از کـل ناحیـه شبیه سازي استوار است. تنها ضعف این نرم افزار عدم وجود یک واسط گرافیکی آسان جهت ارتباط با آن میباشد .[4]
کنترلر فازي (FLC) یکی از موفقیـتآمیزتـرین کاربردهـاي تئـوري منطق فازي می باشد که مهمترین ویژگی آن اسـتفاده از متغییرهـاي زبانی به جاي متغییرهاي عددي اسـت. ایـن نـوع کنتـرل کننـده هـا بهتدریجدرزمینـــــههـــــاي مختلفازجملهسیســـــتمهـــــایکنترل آسانسور،سیستم هایتهویـه مطبـوع و...مورداسـتفادهقرارگرفته انـد.[5]
سختترین کار در طراحی کنترل کننده فازي تشکیل پایگاه قوانین و تنظیم پارامترهاي توابع عضویت آن می باشد کـه مـی بایسـت توسـط افراد خبره انجام پذیرد.
در ایـن مقاله،ابتـدا محـیط تحـت تهویـه در نـرمافـزار انـرژيپـلاس
شبیهسازي می شود و سـپس توسـط نـرم افـزار بسـتر تسـت مجـازي کنترل ساختمان (Bcvtb) که به عنوان یک میانافزار عمل مینماید،
به نرمافزار متلب که در آن کنترلر فازي طراحـی شـده اسـت، کوپـل می شود. میانافزاز Bcvtb وظیفه تبـادل همزمـان اطلاعـات مـابـین
متلب و انرژي پلاس را دارا می باشد. درادامه مقالـه مدلسـازي محـیط تحت تهویه، طراحی کنترلر فازي، کوپلینگ و نتایج شبیه سـازي و در نتیجهگیري بیان میشود.
مدلسازي سیستم در EnergyPlus
١
نرم افزارهاي شبیه سازانرژي ساختمان، برنامه هاي کامپیوتري هسـتند که بـراي محاسـبه میـزان مصـرف انـرژي در سـاختمان هـا اسـتفاده می شوند. در حال حاضر تعداد این برنامه ها زیاد میباشد که هر کـدام از آنها داراي مدل و روش حل و فرضیات مخصوص به خـود هسـتند.
این برنامه ها به صورت مداوم در حال توسعه می باشند. از برنامـههـاي شبیهسازي مصرف انرژي در مرحله ساخت ساختمان میتوان استفاده نمود و میزان مصرف انرژي را برآوردکرد. همچنین می توان دیـد کـه تغییرات انجـام شـده در سـاختمان چـه تـأثیري بـر مصـرف انـرژي ساختمان داشته است. با استفاده از این برنامهها میتوان طراحیهاي مختلف و همچنین مواد مختلفی را براي جدارهاي ساختمان قبـل از ساخت مورد بررسـی قـرار داد تـا بهتـرین حالـت از لحـاظ ذخیـره و مصرف انرژي بدست آید.
انرژيپلاس یکی از بهترین ابزار هاي شبیهسازي طراحـی شـده بـراي آنالیز انرژي ساختمان است. این برنامه به زبان فرترن نوشـته شـده و به محاسبه انرژي لازم جهت سرمایش و گرمایش ساختمان از منـابع مختلف انرژي میپردازد. این کار به واسطه شـبیهسـازي سـاختمان و انرژيهاي مرتبط با آن در شـرایط محیطـی و کـاري متفـاوت انجـام میگیرد. اگرچه یک محدودیت از انرژي پلاس عدم وجود یـک واسـط گرافیکی سهلالاستفاده است.این نرم افزار ورودي را از فایـل داده کـه شامل همه اطلاعات شبیهسازي شدهي از پـیش تعریـف شـده ماننـد مدت زمان شبیه سازي، ابعاد ساختمان، سیستم گرمایشی، سرمایشـی و غیره است، را می خواند. این بدین معنی است زمانی که شبیه سازي شروع می شود، براي بروزرسانی سیگنالهاي کنترلی نمـیتوانـد صـبر کند و متوقف شود. این نرم افزار شبیهساز یکپارچهاي است که از سـه قسمت اصلی تشکیل شده است که عبارتنـد از: محـیط تحـت تهویـه
(ساختمان)، سیستم و تأسیسات. در این نرمافزار هر سه قسمت با هم تحلیل میشوند. در این نرم افزار، سیسـتم، یکپارچـه در نظـر گرفتـه میشود و عموماً روشهاي حل بر تکرارهاي متوالی متکی میباشند.
در این مقاله یک مدل نمونه توسط انرژيپلاس شبیهسازي شده است که نماي ایزومتریک آن در شکل 1 و مشخصات اصلی آن در جدول1
نشان داده شده است.
مساحت در 10/24 m^2
ضریب جذب حرارتی (سقف، دیوار، کف) 0/9
سیستم گرمایشی فنکویل
دادههاي آب و هواي تبریز
افزایش فشار فن 600Pa
بازده موتور فن 0/9
بازده کویل 1
ظرفیت نامی کویل 100Kw
ماکزیم سرعت جریان 0/5 m^3/s
کنترلر فازي Matlab/Simulink
یکی از عمدهترین موارد تلفات انرژي، مربوط به گرمایش، سرمایش و تهویه هواي محیطهاي بسته اعم از ساختمانهاي اداري، مسکونی و صنعتی میباشد. که میتوان با افزایش کارایی در نحوه کنترل سیستمهاي تهویه مطبوع، موجبات صرفهجویی در مصرف انرژي و تأمین شرایط آسایشی مطلوب ساکنین را فراهم نمود. که به این منظور در این مقاله از کنترل کننده فازي جهت کنترل سیستمهاي گرمایشی ساختمان استفاده شده است.
