Simultaneous Energy Optimization of Heating Systems by Multi-Zone Predictive Control-Application to a Residential Building - Archive ouverte HAL
Article Dans Une Revue Buildings Année : 2024

Simultaneous Energy Optimization of Heating Systems by Multi-Zone Predictive Control-Application to a Residential Building

Résumé

Climate change has made energy management a global priority. In France, the Grenelle Environment has set very ambitious progress targets for positive-energy buildings, particularly in terms of reducing and managing energy consumption. However, effective energy management in multi-zone buildings presents significant challenges, particularly when considering the inter-zone dynamics and heat transfer. This study examines multi-zone heating control, using a data-driven model for predictive indoor temperature modeling in intelligent buildings taking into account the influence of interconnected adjacent zones. The research methodology uses dynamic thermal simulation, parallel predictive models based on multiple linear regressions, and a multi-objective non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) for the optimization process, which evaluates various generated heating strategies. This research introduces an approach to improve building energy efficiency by considering inter-zone dynamics and reducing heating-related energy consumption compared to a conventional heating strategy. By applying this model predictive control on a simulated case, a reduction in energy consumption due to heating is observed while respecting thermal comfort. This work contributes by implementing a method that independently controls temperatures in different building zones simultaneously while applying distinct constraints to each zone. This approach empowers occupants to manage heating consumption based on their preferences, ensuring personalized comfort. In addition, a comparison was made using a model that did not account for inter-zone interactions. This comparison demonstrates that incorporating these interactions into the predictive model enhances the effectiveness of the model predictive control approach. The multi-zone approach was also validated experimentally by using real experimental data, demonstrating significant reductions in energy consumption.

Le changement climatique a fait de la maîtrise de l'énergie une priorité mondiale. En France, le Grenelle de l'environnement a fixé des objectifs de progrès très ambitieux pour les bâtiments à énergie positive, notamment en termes de réduction et de gestion de la consommation d'énergie. Cependant, la gestion efficace de l'énergie dans les bâtiments multizones présente des défis importants, en particulier si l'on tient compte de la dynamique entre les zones et du transfert de chaleur. Cette étude examine le contrôle du chauffage multizone, en utilisant un modèle basé sur des données pour la modélisation prédictive de la température intérieure dans les bâtiments intelligents, en tenant compte de l'influence des zones adjacentes interconnectées. La méthodologie de recherche utilise la simulation thermique dynamique, des modèles prédictifs parallèles basés sur des régressions linéaires multiples, et un algorithme génétique de tri non dominé II (NSGA-II) multi-objectif pour le processus d'optimisation, qui évalue les différentes stratégies de chauffage générées. Cette recherche présente une approche visant à améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments en tenant compte de la dynamique interzone et en réduisant la consommation d'énergie liée au chauffage par rapport à une stratégie de chauffage conventionnelle. En appliquant cette commande prédictive de modèle sur un cas simulé, une réduction de la consommation d'énergie due au chauffage est observée tout en respectant le confort thermique. Ce travail contribue à la mise en œuvre d'une méthode qui contrôle indépendamment les températures dans différentes zones du bâtiment simultanément tout en appliquant des contraintes distinctes à chaque zone. Cette approche permet aux occupants de gérer leur consommation de chauffage.
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Dates et versions

hal-04734040 , version 1 (13-10-2024)

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Citer

Rina Bitar, Nicolas Youssef, Julien Chamoin, Fadi Hage Chehade, Didier Defer. Simultaneous Energy Optimization of Heating Systems by Multi-Zone Predictive Control-Application to a Residential Building. Buildings, 2024, ⟨10.3390/buildings14103241⟩. ⟨hal-04734040⟩
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