Разработка системы управления микроклиматом в здании на базе нечеткой логики

Содержание

Введение 3

1.Анализ предметной области  5

1.1.Понятие о микроклимате помещений  5

1.2.Факторы, формирующие микроклимат  8

1.3.Комфортные значения температуры воздуха в помещении  9

1.4.Комфортные значения влажности воздуха в помещении  12

1.5.Комфортные значения подвижности воздуха в помещении  13

2.Анализ существующих решений на базе нечеткой логики  15

3.Модель подготовки и подачи воздуха  24

4.Описание системы управления микроклиматом в здании на базе нечёткой логики  28

5.Программно-аппаратная реализация системы управления микроклиматом помещения  45

5.1 Выбор программно-вычислительного модуля системы управления  45

5.2 Выбор датчика температуры воздуха  48

5.3. Выбор датчика анализатора содержания вредных примесей в воздухе  49

5.4. Функциональная схема и схема подключения  51

Заключение  53

Список литературы  56

ПРИЛОЖЕНИЕ А  60

Введение

Система отопления, вентиляции и кондиционирования является самым большим потребителем энергии в жилых и офисных зданиях. Следовательно, повышение эффективности этих систем оказывает большое влияние на экономию энергии. Эта экономия может быть достигнута либо за счёт конструктивных улучшений, таких как улучшенная изоляция, более эффективные по производительности и безопасности системы отопления / охлаждения, либо за счёт использования более интеллектуальных стратегий управления работой этих систем [1].Современные здания из бетона, стекла и стали с элементами пластика, дерева и иных отделочных материалов представляют собой отдельные с точки микроклимата объекта, управление которыми необходимо для обеспечения безопасной и комфортной работы человека.Микроклимат – это довольно ёмкое, но в то же время сложное понятие, характеризующееся совокупность многих факторов, таких как температура, влажность окружающей среды, наличие вредных газообразных примесей в воздухе и многое другое.Система управления микроклиматом – это сложная термодинамическая система, в которой необходимо тщательно контролировать перечисленные параметры [2].Управления микроклиматом может быть организовано с применением различных методов теории автоматического управления: классической теории управления, адаптивного управления, робастного управления, нечёткой логики, нейронного и нейро-нечёткого управления. Каждый из методов имеет свои достоинства и недостатки, а выбор определенного зависит от степени изученности объекта управления. Одним из наиболее перспективных методов на сегодняшний день является аппарат нечёткой логики.Нечёткая логика (англ. - Fuzzy Logic) – это инновационная технология, которая позволяет реализовать «интеллектуальные» функции во встроенных системах.Нечёткая логика позволяет сформулировать стратегию технического контроля за микроклиматом с использованием элементов повседневного языка. Используя среду разработки MATLAB / Simulink и входящий в неё инструмент Fuzzy Logic Toolbox, может быть создано программное обеспечение в виде кодов нечётких алгоритмов и визуализированная Simulink-модель с индикацией процесса контроля за температурой, влажностью и уровнем загазованности помещения. Использование нечёткой логики для решения обозначенной задачи является перспективной технологией, так как она позволяет с высокой степенью точности и хорошим быстродействием управлять плохо формализованными или стохастическими объектами в условиях априорной неопределённости (неполноты исходных данных), используя опыт эксперта, и при этом оставаясь логически понятной и прозрачной для разработчика, не требующей глубоких математических познаний [2]. Ещё одним важным преимуществом нечёткой логики является то, что даже сложные функции и адаптивные контуры управления могут быть реализованы с ограниченными ресурсами в недорогих 8-разрядных микроконтроллеров.

Список литературы

Методические указания по измерению и оценке микроклимата производственных помещений. МУК 4.3.2756-10 Инженерные системы современного здания, http://www.prite.ru.

Ярослав Е., Яковлев А. «Системы автоматизации зданий: комфорт плюс экономия», С. 32-38, http://www.cta.ru.Виктор Гутман. Климат-контроль в «умном доме» 2008 г, http://www.i-dom.ru.

Роман В.В. «Экономические обоснования автоматизации зданий», Автоматизация зданий, 2010.

Инженерные системы современного здания, http://www.prite.ru.

Сапожникова С.А. Микроклимат и местный климат. Учебное пособие.  Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1999  242 с.: ил

.Евстигнеева Н.А., Кузнецов Ю.М, Гогиберидзе О.Э. Микроклимат производственных помещений PDF. Методические указания к лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» – М.: МАДИ, 2005 – 85 с.

Кувшинов Ю.Я., Самарин О.Д. Основы обеспечения микроклимата зданий: учебник для вузов. Изд-во АСВ, 2012. - 200 с.

Бодров В.И., Бодров М.В. и др. Микроклимат зданий и сооружений. Бодров В.И., Бодров М.В., Трифонов Н.А., Чурмеева Т.Н. Под ред. В.И. Бодрова – Нижний Новгород: Арабеск, 2001. – 393 с. - ISBN 5-87941-033-1.

Мишуров Н.П., Кузьмина Т.Н. Энергосберегающее оборудование для обеспечения микроклимата в животноводческих комплексах. Научный аналитический обзор. Москва, 2004. – 94 с.

Sohair F. Rezeka. Management of air-conditioning systems in residential buildings by using fuzzy logic / Sohair F. Rezeka, Abdel-Hamid Attia, Ahmed M. Saleh // Alexandria Engineering Journal. - Vol. 54, Issue 2, 2015, p.p. 91-98. [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://doi.org/10.1016/j.aej.2015.03.014 (дата обращения: 01.01.2021).

Abdel-Hamid Attia. Fuzzy logic control of air-conditioning system in residential buildings / Abdel-Hamid Attia, Sohair F. Rezeka, Ahmed M. Saleh // Alexandria Engineering Journal. - Vol. 54, Issue 3, 2015, p.p. 395-403. [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://doi.org/10.1016/j.aej.2015.03.023 (дата обращения: 01.01.2021).

Нормы и стандарты HVAC: охлаждение и энергоэффективность [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://www.csemag.com/articles/hvac-codes-and-standards-cooling-and-energy-efficiency/#:~:text=IECC%20and%20ASHRAE%20Standard%2090.1,efficiency%20and%20system%20design%20requirements (дата обращения: 01.01.2021).

Gouda M.M. Thermal comfort based fuzzy logic controller / M.M. Gouda, Sean L. Danaher // Building Service Engineering. - Vol. 22(4), 2001, p.p. 237-253. DOI: 10.1177/014362440102200403 [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://www.researchgate.net/publication/238185867 (дата обращения: 01.01.2021)

.M. Azaza. Smart greenhouse fuzzy logic based control system enhanced with wireless data monitoring / M. Azaza, C. Tanougast, E. Fabrizio, A. Mami // ISA Trans. – Vol. 61, 2016, p.p. 297-307. DOI: 10.1016/j.isatra.2015.12.006 [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019057815003109 (дата обращения: 01.01.2021).

Ali I.M. Developing of a Fuzzy Logic Controller for Air Conditioning System / Anbar Journal for Engineering Sciences. - Vol. 5, No. 2, 2012, p.p. 180-187. [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://iasj.net/iasj/download/9ddcd261318c9c3b (дата обращения: 01.01.2021).

Автоматическое регулирование микроклимата в зданиях и сооружениях на базе нечеткой логики [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://works.doklad.ru/view/rcLut7XNNHk.html (дата обращения: 01.01.2021).Ghiaus C. Fuzzy model and control of a fan-coil / Energy and Buildings, Elsevier. - Vol. 33 (6), 2001, pp. 545-551. ff10.1016/S0378-7788(00)00097-9ff. ffhal-01815779f [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01815779/document, https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01815779 (дата обращения: 01.01.2021).

Fuzzy Application Library. Technical Applications. Fuzzy in Appliances. [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://www.fuzzytech.com/e/e_a_esa.html (дата обращения: 01.01.2021).

Singhala P. Temperature Control using Fuzzy Logic / P. Singhala, D. N. Shah, B. Patel // International Journal of Instrumentation and Control Systems (IJICS). - Vol. 4, No. 1, 2014, p.p. 1-10. DOI : 10.5121/ijics.2014.4101 [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1402/1402.3654.pdf (дата обращения: 01.01.2021).

Бушер В.В. Применение систем управления на базе нечёткой логики в климатических условиях / В. В. Бушер, Л. В. Мельникова // Электротехнические и компьютерные системы. – № 07(83), 2012, с. 68 - 73. [Электронный ресурс]. Адрес обращения: http://storage.library.opu.ua/online/periodic/ee_83/68-73.pdf (дата обращения: 01.01.2021).

Приточно-вытяжные установки [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://www.ads-vent.ru/blog/mehanicheskaya-sistema-ventilyacii (дата обращения: 01.01.2021).Приточно-вытяжная вентиляция [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://www.ads-vent.ru/blog/pritochno-vytyazhnaya-sistema-ventilyacii (дата обращения: 01.01.2021).

Компрессорно-конденсаторные блоки [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://www.ads-vent.ru/blog/kompressorno-kondensatornye-bloki (дата обращения: 01.01.2021).Какая должна быть температура в квартире? Требования законодательства [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://energovopros.ru/issledovania/2337/2384/19541/#:~:text=В%20«Правилах%20предоставления%20коммунальных%20услуг,—%20%2B22%20°C). (дата обращения: 01.01.2021).

Углекислый газ в вашем доме [Электронный ресурс]. Адрес обращения: http://ihe.ru/articles/ventilyacia/uglekisliy_gaz_v_vashem_dome (дата обращения: 01.01.2021).Бураков М.В. Нечёткие регуляторы: учеб. пособие. [Электронный ресурс] / М.В. Бураков – СПб.: ГУАП, 2010. – 252 с. Адрес обращения: https://www.studmed.ru/burakov-m-v-nechetkie-regulyatory_4bfb732a1da.html (дата обращения: 01.01.2021).

ПЛК100/150/154 контроллеры для малых систем с AI/DI/DO/AO [Электронный ресурс]. Адрес обращения: https://owen.ru/product/plk100_150_154 (дата обращения: 01.01.2021).