A NOVEL OCCUPANT DETECTION-BASED VENTILATION CONTROL STRATEGY FOR SMART BUILDING APPLICATIONS

AKILLI BİNA UYGULAMALARINDAKİ HAVALANDIRMA SISTEMI KONTROL STRATEJILERINDE KULLANICI SAYISI TESPITI TEMELLI YENI BIR YAKLAŞIM

Abstract

Traditional ventilation systems supply fresh air to the building on a consistent basis, however, do not ensure adequate comfortable areas in indoor environments. On the other hand, smart ventilation systems adjust indoor environment parameters optionally by occupancy schedules to provide desired indoor air quality while minimizing energy consumption. ASHRAE Standard 62, which shows ventilation strategies for acceptable indoor air quality, uses steady-state occupancy detection algorithms, however, dynamic methods are required behind simulation studies. To this aim, this study presents a dynamic novel ventilation control strategy by detecting occupants in an office building in Ankara-Turkey.The novel control strategy includes deployment of several sensors which measure carbon dioxide concentration, indoor air temperature and position of the door.A prototype of the controller is manufactured and tested in a real environment with the help of regulation of air flow in HVAC system. The proposed control strategy is tested between January 1st, 2020 and August 15th, 2020 and compared with traditional controller in terms of thermal comfort and energy consumption. The results showed that proposed controller decreased energy consumption by 16% while satisfying thermal comfort for the 94% of total number of occupants.

Özet

Binalarda kullanılan geleneksel havalandırma sistemleri tutarlı bir şekilde işlevini yerine getirmesine karşın, iç ortamda yeterli konforu sağlamamaktadır. Akıllı havalandırma sistemleri ise enerji tüketimini en aza indirirken, istenilen iç hava kalitesini sağlamak için iç ortam parametrelerini isteğe bağlı olarak kullanıcı sayısı tespiti ile ayarlamaktadır. Kabul edilebilir iç hava kalitesi için havalandırma gereksinimlerini düzenleyen ASHRAE 62 standardı, zamandan bağımsız kullanıcı sayısı tespit algoritmaları kullanmaktadır. Ancak bu tip simülasyon çalışmalarında dinamik metot ve algoritmaların kullanılması gerekmektedir. Bu amaç doğrultusunda, Ankara ATILIM Üniversitesi Mühendislik Fakültesi’nde yer alan bir ofis alanında, kullanıcı sayısı tespiti ile yeni bir dinamik havalandırma sistemi kontrol stratejisi geliştirilmiştir. Bu algoritma, karbondioksit konsantrasyonu, iç hava sıcaklığı ve kapı konumunu tespit eden bir dizi sensör yardımı ile elde edilmiştir. Üretilen prototip, HVAC sistemin hava akışını düzenlemektedir ve gerçek koşullarda test edilmiştir. Geliştirilen yeni yöntemin testleri 1 Ocak 2020 – 15 Ağustos 2020 tarihleri arasında yapılmış olup, termal konfor ve enerji tüketimi bağlamında geleneksel HVAC yönetim sistemi ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre yeni kontrol stratejisi ve prototipin enerji tüketimini %16 azalttığını, aynı zamanda kişilerin %94’ünün ısıl konforu sağladığı tespit edilmiştir.