Thermal room modelling adapted to the test of hvac control systems - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2002

Thermal room modelling adapted to the test of hvac control systems

Modèle de zone adapté aux essais de régulateurs de systèmes de chauffage et de climatisation

Peter Riederer
  • Function : Author

Abstract

Room models, currently used for controller tests, assume the room air to be perfectly mixed. A new room model is developed, assuming non-homogeneous room conditions and distinguishing between different sensor positions. From measurement in real test rooms and detailed CFD simulations, a list of convective phenomena is obtained that has to be considered in the development of a model for a room equipped with different HVAC systems. The zonal modelling approach that divides the room air into several sub-volumes is chosen, since it is able to represent the important convective phenomena imposed on the HVAC system. The convective room model is divided into two parts: a zonal model, representing the air at the occupant zone and a second model, providing the conditions at typical sensor positions. Using this approach, the comfort conditions at the occupant zone can be evaluated as well as the impact of different sensor positions. The model is validated for a test room equipped with different HVAC systems. Sensitivity analysis is carried out on the main parameters of the model. Performance assessment and energy consumption are then compared for different sensor positions in a room equipped with different HVAC systems. The results are also compared with those obtained when a well-mixed model is used. A main conclusion of these tests is, that the differences obtained, when changing the position of the controller's sensor, is a function of the HVAC system and controller type. The differences are generally small in terms of thermal comfort but significant in terms of overall energy consumption. For different HVAC systems the cases are listed, in which the use of a simplified model is not recommended.
L'étude des régulateurs utilise à ce jour des modèles de zone à un seul nœud d'air. Un nouveau modèle de zone, distinguant les différentes positions possibles du capteur est développé dans cette thèse. A partir d'une étude expérimentale en chambre climatique et de simulations sur code CFD, on établit la liste des phénomènes thermiques et aérauliques, à prendre en compte lors du développement du modèle pour différents systèmes de chauffage et de climatisation. L'approche zonale, divisant l'air d'une pièce en plusieurs sous-volumes, est choisie car elle est bien adaptée pour tenir compte des phénomènes convectifs caractérisant les différents systèmes de chauffage et de climatisation. Le modèle de zone est divisé en deux parties: un modèle zonal représentant l'ambiance occupée et un modèle supplémentaire relatif aux emplacements du capteur. Ainsi on peut évaluer les conditions de confort dans la zone d'occupation et l'impact des différentes positions du capteur. Le modèle est validé pour une cellule test équipée de différents systèmes de chauffage et de climatisation. Une analyse de sensibilité est ensuite menée afin de tester la sensibilité aux paramètres principaux du modèle. La qualité de la régulation et la consommation d'énergie sont ensuite comparées pour différentes positions du capteur dans une pièce équipée de différents émetteurs et systèmes de climatisation. Les résultats sont comparés à ceux obtenus par un modèle à un nœud d'air. La principale conclusion de cette thèse est que l'influence de la position du capteur est fortement fonction du système de chauffage et de climatisation et du type de régulateur. Les différences, en général négligeables en terme de confort de l'occupant, peuvent devenir importantes au niveau de la consommation d'énergie. De ce fait, on peut définir pour quels systèmes de climatisation le modèle à un nœud d'air doit être remplacé par le modèle développé.
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Dates and versions

pastel-00000632 , version 1 (31-03-2004)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00000632 , version 1

Cite

Peter Riederer. Thermal room modelling adapted to the test of hvac control systems. Engineering Sciences [physics]. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2002. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00000632⟩
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