Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen

Translated title of the contribution: Applying optimal control theory in space heating

Ilari Aho, Mingzhe Xu

Research output: Book/ReportReportProfessional

Abstract

Raportissa luodaan yleiskatsaus optimisäätöteorian perusteisiin ja yleisiin matemaattisiin menetelmiin sekä esitetään esimerkkejä teorian soveltamisesta rakennusten lämmityksen ohjaukseen. Optimisäätöongelmiin sovellettavista matemaattisista menetelmistä tärkeimpiä ovat dynaaminen ohjelmointi ja Pontryaginin minimiperiaate. Dynaamisen ohjelmoinnin etuina ovat sen numeerinen luonne, joka tekee sen luonnostaan mikroprosessorisäätöön soveltuvaksi menetelmäksi, sekä se, että järjestelmälle asetetut fysikaaliset rajoitukset itse asiassa helpottavat menetelmän soveltamista. Minimiperiaate puolestaan soveltuu suuridimensioistenkin ongelmien matemaattisesti kompaktiin, osittain analyyttiseen käsittelyyn. Lupaavimmat optimisäätöteorian lämmitystekniset sovelluskohteet löytyvät tapauksista, joissa rakennuksen inertiaa ja lämmön varastointia pyritään hyödyntämään energiankulutuksen ja - kustannusten pienentämiseksi. Mahdollisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi jaksottaisen lämmityksen ohjaus ja yösähkön käytön optimointi. Lisäksi mielenkiintoisia sovellusmahdollisuuksia tuovat matalaenergiarakennukset, joiden lämpötaseesta merkittävän osan muodostavat auringonsäteily ja muut ilmaisenergiat. Optimisäätöteorian käytäntöön soveltamisen kannalta tärkeitä tutkimuskohteita ovat itse teorian lisäksi stokastisten menetelmien soveltaminen kuormitusparametrien ennustamiseen sekä online- identifiointialgoritmien soveltaminen yksinkertaisten rakennuksen lämpödynamiikkaa kuvaavien mallien yhteydessä.
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages70
ISBN (Print)951-38-4337-8
Publication statusPublished - 1993
MoE publication typeNot Eligible

Publication series

NameVTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes
PublisherVTT
No.1443
ISSN (Print)1235-0605
ISSN (Electronic)1455-0865

Fingerprint

heat

Keywords

  • HVAC
  • buildings
  • space heating
  • applications of mathematics
  • mathematical models
  • utilization methods
  • mathematical programming
  • dynamic programming
  • optimization
  • automatic control
  • numerical control
  • heat storage
  • energy consumption
  • solar radiation
  • predictions

Cite this

Aho, I., & Xu, M. (1993). Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, No. 1443
Aho, Ilari ; Xu, Mingzhe. / Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 70 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1443).
@book{94a1859eea5142fe837aa8484b253181,
title = "Optimis{\"a}{\"a}t{\"o}teorian soveltaminen rakennusten l{\"a}mmitykseen",
abstract = "Raportissa luodaan yleiskatsaus optimis{\"a}{\"a}t{\"o}teorian perusteisiin ja yleisiin matemaattisiin menetelmiin sek{\"a} esitet{\"a}{\"a}n esimerkkej{\"a} teorian soveltamisesta rakennusten l{\"a}mmityksen ohjaukseen. Optimis{\"a}{\"a}t{\"o}ongelmiin sovellettavista matemaattisista menetelmist{\"a} t{\"a}rkeimpi{\"a} ovat dynaaminen ohjelmointi ja Pontryaginin minimiperiaate. Dynaamisen ohjelmoinnin etuina ovat sen numeerinen luonne, joka tekee sen luonnostaan mikroprosessoris{\"a}{\"a}t{\"o}{\"o}n soveltuvaksi menetelm{\"a}ksi, sek{\"a} se, ett{\"a} j{\"a}rjestelm{\"a}lle asetetut fysikaaliset rajoitukset itse asiassa helpottavat menetelm{\"a}n soveltamista. Minimiperiaate puolestaan soveltuu suuridimensioistenkin ongelmien matemaattisesti kompaktiin, osittain analyyttiseen k{\"a}sittelyyn. Lupaavimmat optimis{\"a}{\"a}t{\"o}teorian l{\"a}mmitystekniset sovelluskohteet l{\"o}ytyv{\"a}t tapauksista, joissa rakennuksen inertiaa ja l{\"a}mm{\"o}n varastointia pyrit{\"a}{\"a}n hy{\"o}dynt{\"a}m{\"a}{\"a}n energiankulutuksen ja - kustannusten pienent{\"a}miseksi. Mahdollisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi jaksottaisen l{\"a}mmityksen ohjaus ja y{\"o}s{\"a}hk{\"o}n k{\"a}yt{\"o}n optimointi. Lis{\"a}ksi mielenkiintoisia sovellusmahdollisuuksia tuovat matalaenergiarakennukset, joiden l{\"a}mp{\"o}taseesta merkitt{\"a}v{\"a}n osan muodostavat auringons{\"a}teily ja muut ilmaisenergiat. Optimis{\"a}{\"a}t{\"o}teorian k{\"a}yt{\"a}nt{\"o}{\"o}n soveltamisen kannalta t{\"a}rkeit{\"a} tutkimuskohteita ovat itse teorian lis{\"a}ksi stokastisten menetelmien soveltaminen kuormitusparametrien ennustamiseen sek{\"a} online- identifiointialgoritmien soveltaminen yksinkertaisten rakennuksen l{\"a}mp{\"o}dynamiikkaa kuvaavien mallien yhteydess{\"a}.",
keywords = "HVAC, buildings, space heating, applications of mathematics, mathematical models, utilization methods, mathematical programming, dynamic programming, optimization, automatic control, numerical control, heat storage, energy consumption, solar radiation, predictions",
author = "Ilari Aho and Mingzhe Xu",
year = "1993",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-4337-8",
series = "VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "1443",
address = "Finland",

}

Aho, I & Xu, M 1993, Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen. VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes, no. 1443, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen. / Aho, Ilari; Xu, Mingzhe.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 70 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1443).

Research output: Book/ReportReportProfessional

TY - BOOK

T1 - Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen

AU - Aho, Ilari

AU - Xu, Mingzhe

PY - 1993

Y1 - 1993

N2 - Raportissa luodaan yleiskatsaus optimisäätöteorian perusteisiin ja yleisiin matemaattisiin menetelmiin sekä esitetään esimerkkejä teorian soveltamisesta rakennusten lämmityksen ohjaukseen. Optimisäätöongelmiin sovellettavista matemaattisista menetelmistä tärkeimpiä ovat dynaaminen ohjelmointi ja Pontryaginin minimiperiaate. Dynaamisen ohjelmoinnin etuina ovat sen numeerinen luonne, joka tekee sen luonnostaan mikroprosessorisäätöön soveltuvaksi menetelmäksi, sekä se, että järjestelmälle asetetut fysikaaliset rajoitukset itse asiassa helpottavat menetelmän soveltamista. Minimiperiaate puolestaan soveltuu suuridimensioistenkin ongelmien matemaattisesti kompaktiin, osittain analyyttiseen käsittelyyn. Lupaavimmat optimisäätöteorian lämmitystekniset sovelluskohteet löytyvät tapauksista, joissa rakennuksen inertiaa ja lämmön varastointia pyritään hyödyntämään energiankulutuksen ja - kustannusten pienentämiseksi. Mahdollisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi jaksottaisen lämmityksen ohjaus ja yösähkön käytön optimointi. Lisäksi mielenkiintoisia sovellusmahdollisuuksia tuovat matalaenergiarakennukset, joiden lämpötaseesta merkittävän osan muodostavat auringonsäteily ja muut ilmaisenergiat. Optimisäätöteorian käytäntöön soveltamisen kannalta tärkeitä tutkimuskohteita ovat itse teorian lisäksi stokastisten menetelmien soveltaminen kuormitusparametrien ennustamiseen sekä online- identifiointialgoritmien soveltaminen yksinkertaisten rakennuksen lämpödynamiikkaa kuvaavien mallien yhteydessä.

AB - Raportissa luodaan yleiskatsaus optimisäätöteorian perusteisiin ja yleisiin matemaattisiin menetelmiin sekä esitetään esimerkkejä teorian soveltamisesta rakennusten lämmityksen ohjaukseen. Optimisäätöongelmiin sovellettavista matemaattisista menetelmistä tärkeimpiä ovat dynaaminen ohjelmointi ja Pontryaginin minimiperiaate. Dynaamisen ohjelmoinnin etuina ovat sen numeerinen luonne, joka tekee sen luonnostaan mikroprosessorisäätöön soveltuvaksi menetelmäksi, sekä se, että järjestelmälle asetetut fysikaaliset rajoitukset itse asiassa helpottavat menetelmän soveltamista. Minimiperiaate puolestaan soveltuu suuridimensioistenkin ongelmien matemaattisesti kompaktiin, osittain analyyttiseen käsittelyyn. Lupaavimmat optimisäätöteorian lämmitystekniset sovelluskohteet löytyvät tapauksista, joissa rakennuksen inertiaa ja lämmön varastointia pyritään hyödyntämään energiankulutuksen ja - kustannusten pienentämiseksi. Mahdollisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi jaksottaisen lämmityksen ohjaus ja yösähkön käytön optimointi. Lisäksi mielenkiintoisia sovellusmahdollisuuksia tuovat matalaenergiarakennukset, joiden lämpötaseesta merkittävän osan muodostavat auringonsäteily ja muut ilmaisenergiat. Optimisäätöteorian käytäntöön soveltamisen kannalta tärkeitä tutkimuskohteita ovat itse teorian lisäksi stokastisten menetelmien soveltaminen kuormitusparametrien ennustamiseen sekä online- identifiointialgoritmien soveltaminen yksinkertaisten rakennuksen lämpödynamiikkaa kuvaavien mallien yhteydessä.

KW - HVAC

KW - buildings

KW - space heating

KW - applications of mathematics

KW - mathematical models

KW - utilization methods

KW - mathematical programming

KW - dynamic programming

KW - optimization

KW - automatic control

KW - numerical control

KW - heat storage

KW - energy consumption

KW - solar radiation

KW - predictions

M3 - Report

SN - 951-38-4337-8

T3 - VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes

BT - Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Aho I, Xu M. Optimisäätöteorian soveltaminen rakennusten lämmitykseen. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1993. 70 p. (VTT Tiedotteita - Meddelanden - Research Notes; No. 1443).