Door slechte airconditioning gaat de kantoormens gebukt onder een verbazingwekkend groot aantal vage klachten. Een van de oorzaken is de grove modelvorming achter de regelsystemen.
Delen
Meer realistische modellen worden door hun complexiteit echter al snel onpraktisch. Xiudong Peng MSc. promoveert dinsdag op een tussenweg voor het eenkennige wereldbeeld van de thermostaatknop, en de rekenkundige overkill van de stromingsdynamica.
In sommige kantoorpanden moet de werknemer zich veel laten welgevallen. De strakke gevel ontbeert ook maar het kleinste schuifraam, terwijl de centraal geregelde airconditioning een eigen leven lijkt te leiden. Nauwelijks verwonderlijk, want klimaatbeheersingsystemen zuchten niet bepaald onder de informatiestress. Bij het regelen van het binnenklimaat moeten ze het doen met summiere meetgegevens van ongunstig geplaatste temperatuuropnemers, die worden verwerkt volgens zeer simpele modellen van de luchtbeweging en de verdeling van de luchttemperatuur. Kortom: garbage in, garbage out.
,,Het binnenklimaat is zeer belangrijk”, meent meet- en regeltechnicus Peng, werkzaam bij het laboratorium voor koeling en klimaatbeheersing van de faculteit Werktuigbouwkunde. ,,Gemiddeld brengen wij tachtig procent van onze tijd binnenshuis door, en de klimaatomstandigheden hangen sterk samen met het ervaren comfort. Voor verbetering van de klimaatbeheersing is echter een beter hanteerbaar model nodig.”
Bij het afregelen van airconditioningsystemen wordt veelal gewerkt met een model waarbij de temperatuur in een ruimte overal constant is. Dit gaat echter alleen op in het ideale geval dat de lucht homogeen gemengd is. Voor een ruwe schatting van de temperatuurverdeling is dit een bruikbare methode, maar binnen een ruimte kunnen van plek tot plek duidelijk voelbare verschillen van een graad of twee voorkomen. Bovendien varieert de kamertemperatuur onder invloed van zon en wind in bepaalde gevallen continu, een situatie waar het model slecht mee uit de voeten kan.
Met behulp van computational fluid dynamics (CFD) en botte rekenkracht is het wel mogelijk een realistische rekenmodel op te stellen waarin temperatuur en luchtstromingen dynamisch worden meegenomen. De tijd die nodig is om de duizenden vergelijkingen die hiermee gemoeid zijn op te lossen, bedraagt echter zelfs op een potig werkstation enige uren. Peng: ,,Voor het voorspellen van de temperatuurverdeling in een laboratoriumexperiment is CFD ongeëvenaard, maar vanwege die traagheid heb je er als regeleenheid niet zoveel aan.”
Rook
Op basis van dit complexe CFD model werkte Peng daarom een paar eenvoudigere modellen uit, die beter geschikt zijn alsbasis voor een regelsysteem. Door te veronderstellen dat de door de airconditioning voortgebrachte luchtstroom in een ruimte constant blijft, kon het nodige rekenwerk al sterk worden gereduceerd. ,,In een geconditioneerde testruimte hebben we met rook de luchtstroom gevisualiseerd”, verklaart Peng. ,,Daarmee kon worden aangetoond dat die aanname van een vaste luchtstroom opgaat.”
Met een denkbeeldige opdeling van de ruimte in een aantal zones met een zelfde temperatuur, werd de rekentijd verder teruggebracht. ,,Hoewel de exacte temperatuurverdeling belangrijk is, moet je wat de nauwkeurigheid betreft niet overdrijven: een temperatuurverschil van een halve graad voelen de meeste mensen toch niet”, weet Peng. Uit een computersimulatie bleek klimaatregeling aan de hand van een temperatuurschatting met het zone-model betere resultaten op te leveren dan de huidige methoden.
Peng meent echter dat zijn model uiteindelijk een compromis is. ,,Het is een oplossing voor het probleem. Mijn model is niet in de eerste plaats bedoeld voor het voorspellen van de temperatuur, maar voor de klimaatbeheersing. Het is snel genoeg om met een eenvoudige computer en een regelsysteem te kunnen gebruiken.”
(R.O)
Door slechte airconditioning gaat de kantoormens gebukt onder een verbazingwekkend groot aantal vage klachten. Een van de oorzaken is de grove modelvorming achter de regelsystemen. Meer realistische modellen worden door hun complexiteit echter al snel onpraktisch. Xiudong Peng MSc. promoveert dinsdag op een tussenweg voor het eenkennige wereldbeeld van de thermostaatknop, en de rekenkundige overkill van de stromingsdynamica.
In sommige kantoorpanden moet de werknemer zich veel laten welgevallen. De strakke gevel ontbeert ook maar het kleinste schuifraam, terwijl de centraal geregelde airconditioning een eigen leven lijkt te leiden. Nauwelijks verwonderlijk, want klimaatbeheersingsystemen zuchten niet bepaald onder de informatiestress. Bij het regelen van het binnenklimaat moeten ze het doen met summiere meetgegevens van ongunstig geplaatste temperatuuropnemers, die worden verwerkt volgens zeer simpele modellen van de luchtbeweging en de verdeling van de luchttemperatuur. Kortom: garbage in, garbage out.
,,Het binnenklimaat is zeer belangrijk”, meent meet- en regeltechnicus Peng, werkzaam bij het laboratorium voor koeling en klimaatbeheersing van de faculteit Werktuigbouwkunde. ,,Gemiddeld brengen wij tachtig procent van onze tijd binnenshuis door, en de klimaatomstandigheden hangen sterk samen met het ervaren comfort. Voor verbetering van de klimaatbeheersing is echter een beter hanteerbaar model nodig.”
Bij het afregelen van airconditioningsystemen wordt veelal gewerkt met een model waarbij de temperatuur in een ruimte overal constant is. Dit gaat echter alleen op in het ideale geval dat de lucht homogeen gemengd is. Voor een ruwe schatting van de temperatuurverdeling is dit een bruikbare methode, maar binnen een ruimte kunnen van plek tot plek duidelijk voelbare verschillen van een graad of twee voorkomen. Bovendien varieert de kamertemperatuur onder invloed van zon en wind in bepaalde gevallen continu, een situatie waar het model slecht mee uit de voeten kan.
Met behulp van computational fluid dynamics (CFD) en botte rekenkracht is het wel mogelijk een realistische rekenmodel op te stellen waarin temperatuur en luchtstromingen dynamisch worden meegenomen. De tijd die nodig is om de duizenden vergelijkingen die hiermee gemoeid zijn op te lossen, bedraagt echter zelfs op een potig werkstation enige uren. Peng: ,,Voor het voorspellen van de temperatuurverdeling in een laboratoriumexperiment is CFD ongeëvenaard, maar vanwege die traagheid heb je er als regeleenheid niet zoveel aan.”
Rook
Op basis van dit complexe CFD model werkte Peng daarom een paar eenvoudigere modellen uit, die beter geschikt zijn alsbasis voor een regelsysteem. Door te veronderstellen dat de door de airconditioning voortgebrachte luchtstroom in een ruimte constant blijft, kon het nodige rekenwerk al sterk worden gereduceerd. ,,In een geconditioneerde testruimte hebben we met rook de luchtstroom gevisualiseerd”, verklaart Peng. ,,Daarmee kon worden aangetoond dat die aanname van een vaste luchtstroom opgaat.”
Met een denkbeeldige opdeling van de ruimte in een aantal zones met een zelfde temperatuur, werd de rekentijd verder teruggebracht. ,,Hoewel de exacte temperatuurverdeling belangrijk is, moet je wat de nauwkeurigheid betreft niet overdrijven: een temperatuurverschil van een halve graad voelen de meeste mensen toch niet”, weet Peng. Uit een computersimulatie bleek klimaatregeling aan de hand van een temperatuurschatting met het zone-model betere resultaten op te leveren dan de huidige methoden.
Peng meent echter dat zijn model uiteindelijk een compromis is. ,,Het is een oplossing voor het probleem. Mijn model is niet in de eerste plaats bedoeld voor het voorspellen van de temperatuur, maar voor de klimaatbeheersing. Het is snel genoeg om met een eenvoudige computer en een regelsysteem te kunnen gebruiken.”
(R.O)
Comments are closed.