Taking into account the heat convection field in thermal control of indoor spaces
Prise en compte du champ thermo-convectif pour le contrôle thermique des espaces habitables
Résumé
Real-time control of air-conditioned indoor spaces needs models of temperature distribution and air velocity field in rooms. Models, based on CFD, give this information but they are improper for real-time applications. Therefore, a reduced model is needed. The purpose of this study is to reduce the size of a CFD model by first considering the velocity field fixed and solving only the energy balance equation, then putting this equation in the form of state-space and finally by reducing its order by Proper Orthogonal Decomposition (POD). This algorithm was applied to a room equipped with a fan coil. The state space form of the reduced order model allows to estimate the temperature in the occupancy zone, without a direct measurement, and to feedback it to a controller. Several controllers are compared, they are all designed with the internal model theory.
Le contrôle en temps réel des locaux climatisés requiert la connaissance de modèles de la distribution de température et du champ de vitesse. Des modèles complets, basés sur les codes CFD, donnent accès à ces informations, mais sont incompatibles avec des applications en temps réel. Ainsi, un modèle d'ordre réduit est nécessaire. Cette étude propose de réduire la taille d'un modèle CFD en adoptant, dans un premier temps, l'hypothèse d'un champ de vitesse fixé, ce qui permet de ne résoudre que l'équation de conservation de l'énergie. Puis, mis sous forme d'un système d'état, la décomposition orthogonale aux valeurs propres est utilisée pour réduire son ordre. Cette méthode est appliquée au cas d'un local équipé d'un ventilo-convecteur. La forme de système d'état du modèle réduit ainsi obtenu permet, par application de la théorie moderne du contrôle, d'estimer la température dans la zone d'occupation sans mesure directe, et ainsi de l'intégrer dans une boucle fermée de contrôle. Plusieurs contrôleurs sont comparés avec pour point commun d'être synthétisés sur le principe du modèle interne basé sur la connaissance d'un modèle d'ordre réduit de l'air du local.