Simuloinnit

Tässä luvussa esitetään edellä kuvatun oppivan algoritmin testiajot. Kyseinen algoritmi oppii käyttäjän lämpötilamieltymyksiä ja säästää lämpötilaenergiaa laskemalla huone-lämpötilaa talon ollessa tyhjillään, mutta pyrkii nostamaan huoneilman lämpötilan käyttäjän haluamaan arvoon ennen kuin käyttäjä saapuu kotiin.

Simuloitavat tapaukset

Simuloitu kohde on liitteessä A kuvattu asuinkerrostalon huoneisto, jonka lämmitys hoidetaan ilmalämmityskoneella. Näissä laskelmissa ilmavirta (47 l/s eli 0,85 1/h)

pi-detään vakiona. Huonelämpötila pyritään pitämään asetusarvossaan muuttamalla tuloil-man lämpötilaa, jonka sallitaan vaihdella 15–45 °C.

Simulointituloksissa tarkastellaan, kuinka algoritmi muuttaa huonelämpötilan asetusar-voa, kuinka hyvin huonelämpötila saavuttaa asetusarvonsa ja saavutetaanko säästöjä energiankulutuksessa. Simuloitu ajanjakso on neljän kuukauden (17 viikkoa) pituinen talvijakso. Energiankulutuksia vertaillaan 15 viimeiseltä laskentaviikolta. Lämpötiloista tärkeimmät esitetään käyrinä simulointijakson kolmannelta viikolta, jolloin ulkolämpö-tila vaihtelee -20 °C:sta 0 °C:seen (kuva 62).

-30 -25 -20

-15 -10 -5

0 5 10

ulkolämpötila (o C)

ma ti ke to pe la su

Kuva 62. Ulkolämpötila tarkasteluviikolla (laskennan kolmas viikko).

Simulointitapaukset:

A) Huonelämpötilan asetusarvo on jatkuvasti 21 °C (ns. vertailutapaus).

B) Huonelämpötilan asetusarvon profiili opitaan käyttäjältä. Aikarajoja ja huonelämpö-tilan asetusarvoa muutetaan laskelmissa seuraavasti:

· Simuloinnin alussa aikavälit ovat klo 8–16, 16–22 ja 22–8 kaikkina päivinä, mutta asetusarvo on vakio 21 °C koko ajan.

· Toisena päivänä (tiistai) klo 8 asetusarvoksi muutetaan 20 °C.

· Kolmantena päivänä klo 23 asetusarvoksi muutetaan 19 °C.

· Neljäntenä päivänä klo 9 asetusarvoksi muutetaan 18 °C.

· Seitsemäntenä (sunnuntai) päivänä klo 23 asetusarvoksi muutetaan 19 °C.

· 13. päivänä (lauantai) klo 23 asetusarvoksi muutetaan 19 °C.

C) Huonelämpötilan asetusarvo on yöllä 19 °C, arkipäivisin keskellä päivää 18 °C ja muulloin 21 °C. Tämä profiili ohjelmoidaan etukäteen tai opetetaan jokaiselle vii-konpäivälle erikseen.

D) Kuten edellinen (C), mutta ihmiset ovat poissa arkisin klo 8–16, minkä läsnäoloantu-ri aistii.

E) Kuten edellinen (D), mutta testataan, miten käy, kun kotiin tullaan yllättäen, nor-maalista käyttöprofiilista poiketen. Kotiin saavutaan testiviikon perjantaina klo 11, minkä läsnäoloanturi havaitsee.

Simulointitulokset

Eri simulointitapausten tulokset nähdään kuvissa 63–67. Tuloksissa esitetään kuva huo-neilman lämpötilasta eri simulointitapauksissa yhtenä simulointijakson viikoista.

Lisäksi esitetään taulukko 21, johon on koottu eri tapausten energiankulutukset. Simu-lointitapaukset kuvattiin edellä.

Simulointitapaus A

14 19 24 29 34 39 44

lämpötila (oC)

Huoneilman asetusarvo Huoneilma Tuloilman lämpötila

ma ti ke to pe la su

Kuva 63. Huoneilman lämpötilan asetusarvo, huoneilman lämpötila ja tuloilman läm-pötila laskennan kolmannella viikolla. Simulointitapaus A.

Huonelämpötila pysyy hyvin asetusarvossaan koko viikon ajan. Tuloilman lämpötila vaihtelee rakennuksen sisäisten lämpökuormien ja ulkolämpötilan mukaan. Tuloilman lämpötila on korkeimmillaan perjantaina, jolloin ulkolämpötila on viikon minimissään, noin -18 °C:ssa

Simulointitapaus B

14 19 24 29 34 39 44

lämpötila (oC)

Huoneilman asetusarvo Huoneilma Tuloilman lämpötila

ma ti ke to pe la su

Kuva 64. Huoneilman lämpötilan asetusarvo, huoneilman lämpötila ja tuloilman läm-pötila laskennan kolmannella viikolla. Simulointitapaus B.

Huonelämpötilan asetusarvo on suurimman osan ajasta 21 °C. Tämä johtuu siitä, että algoritmi käsittelee jokaista viikonpäivää erikseen (luku 5.2.1) eikä opi asetusarvopro-fiilia kaikille arkipäiville yhtäaikaisesti.

Huonelämpötila pysyy jatkuvasti lähellä asetusarvoaan tai on sen yläpuolella. Koska huonelämpötila laskee hitaasti, se ei aina saavuta asetusarvoaan.

Torstaina ihmisten poistuessa päiväksi kotoa huonelämpötilan asetusarvo laskee 18 °C:seen, mutta on 21 °C:ssa eli asetusarvossaan, kun ihmiset palaavat kotiin.

Simulointitapaus C

14 19 24 29 34 39 44

lämpötila (oC)

Huoneilman asetusarvo Huoneilma Tuloilman lämpötila

ma ti ke to pe la su

Kuva 65. Huoneilman lämpötilan asetusarvo, huoneilman lämpötila ja tuloilman läm-pötila laskennan kolmannella viikolla. Simulointitapaus C.

Huonelämpötilan asetusarvolla on selkeä viikkoprofiili. Öisin asetusarvo on 19 °C ja virka-aikaan se on 18 °C. Iltaisin sekä viikonloppuisin päivällä asetusarvo on 21 °C.

Huonelämpötila seuraa varsin hyvin asetusarvoaan, mutta asetusarvon alentuessa huo-nelämpötila seuraa asetusta hitaasti, näin varsinkin lämpiminä päivinä.

Huonelämpötila on asetusarvossaan ihmisten herätessä. Ihmisten saapuessa kotiin huo-nelämpötila on asetusarvossaan lukuun ottamatta viikon kylmintä päivää, perjantaita, jolloin huonelämpötila on 21 °C:n sijaan noin 20 °C. Poikkeama viittaa siihen, että algo-ritmin parametrit eivät ole parhaat mahdolliset, eikä oppimista ole tapahtunut riittävästi.

Poikkeaman merkitys viihtyisyydelle on kuitenkin pieni.

Simulointitapaus D

14 19 24 29 34 39 44

lämpötila (oC)

Huoneilman asetusarvo Huoneilma Tuloilman lämpötila

ma ti ke to pe la su

Kuva 66. Huoneilman lämpötilan asetusarvo, huoneilman lämpötila ja tuloilman läm-pötila laskennan kolmannella viikolla. Simulointitapaus D.

Huonelämpötilan asetusarvolla on selkeä viikkoprofiili, joka muistuttaa edellistä, mutta asetusarvo on päivällä pidemmän aikaa 18 °C:ssa. Huonelämpötila seuraa varsin hyvin asetusarvoaan, niin kuin edellisessä tapauksessa. Huonelämpötila on asetusarvossaan ihmisten herätessä ja myös, kun ihmiset tulevat takaisin kotiin lukuun ottamatta torstaita ja perjantaita, jolloin huonelämpötila on ihmisten saapuessa 0,5–1 °C alle asetusarvon.

Tällä ei ole olennaista merkitystä viihtyisyydelle.

Simulointitapaus E

14 19 24 29 34 39 44

lämpötila (oC)

Huoneilman asetusarvo Huoneilma Tuloilman lämpötila

ma ti ke to pe la su

Kuva 67. Huoneilman lämpötilan asetusarvo, huoneilman lämpötila ja tuloilman läm-pötila laskennan kolmannella viikolla. Simulointitapaus E.

Tapaus on siis muuten vastaava kuin edellinen, mutta kotiin saavutaan normaalista poi-keten perjantaina jo klo 11. Tällöin huonelämpötilan asetusarvo nousee nopeasti nor-maaliarvoonsa 21 °C, jolloin tuloilman lämpötila nousee maksimiinsa. Yhden kerran tapahtunut normaalista poikkeava käytös ei vaikuta seuraavan viikon asetusarvoihin.

Säädin toimii moitteettomasti, mutta huonelämpötila on kotiin saavuttaessa alle 19 °C.

Testipäivä on kylläkin hankalin mahdollinen, koska ulkolämpötila on tällöin alimmil-laan. Muina päivinä kotiin tullessa lämpötila ei olisi yhtä alhainen. Mikäli asetusarvoja voisi muuttaa esimerkiksi GSM-puhelimella (mm. kotimaisella Oumanilla on tällaisia markkinoilla), käyttäjä pystyisi nostamaan huonelämpötilaa ennalta.

Mikäli halutaan maksimoida viihtyvyyttä, ei asetusarvoa kannata laskea poissaoloaikana paljoakaan normaaliarvosta. Mikäli halutaan maksimoida säästöä energiankulutuksessa, asetusarvoa voidaan laskea useita asteita.

Energiankulutukset

Taulukko 21. IV-koneen lämmityspatterin tarvitsema energia (ilmalämmitys) 15 viikon tarkastelujaksolla. Kulutuslukeman alapuolella esitetään poikkeama vertailutapaukseen prosentteina.

(- 4 %) viihtyisyys ei heikkene

ver-tailutapaukseen verrattuna pienet säästöt energian-kulutuksessa

C 1750 kWh

(- 9 %) viihtyisyys ei heikkene ver-tailutapaukseen verrattuna

(- 12 %) viihtyisyys ei heikkene ver-tailutapaukseen verrattuna (paitsi muutamina tunteina torstaina ja perjantaina)

suurehko säästö ener-giankulutuksessa

E kuten ed. kuten ed. kuten ed.

Oppivalla algoritmilla voidaan saavuttaa yli 10 %:n säästö lämpöenergiassa ilman, että viihtyisyys heikkenee sanottavasti.

In document Rakennusten uudet säätö - ja energianhallintaratkaisut (sivua 110-117)