FF_Diss_dec_2008

Felgner, F.:
Design of Virtual Airflow Sensors for Thermal Comfort Control.
ISBN 978-3-8322-7774-1, Dissertation, University of Kaiserslautern, Shaker Verlag, Aachen, December 2008.

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    This work shall lay the foundations for improved thermal comfort in climate-controlled rooms. A methodology is developed which makes it possible to estimate the airflow process in real-time. Based on mathematical modeling, the air temperature and velocity are calculated by virtual sensors at given positions in the room. Therefore, a computationally efficient, data-based airflow model is developed. When applying the virtual airflow sensors, a particular focus is set on cooling with mechanical ventilation, which can produce space-dependent temperature and velocity profiles. These critical thermal conditions in the occupied zone cannot be captured sufficiently by standard room sensors which are typically located on the boundaries. The benefit of the new virtual airflow sensors is demonstrated by controlling the Predicted Mean Vote (PMV according to ISO 7730 standard) in a real conference room. The results are compared with those of a standard state-of-the-art temperature control. The evaluation illustrates that the PMV control via virtual sensors can establish comfortable conditions much more reliably.

Entwicklung virtueller Raumluftströmungssensoren zur Regelung der thermischen Behaglichkeit

    Diese Arbeit soll die Grundlage für eine bessere thermische Behaglichkeit in klimatisierten Räumen legen. Es wird eine Methodik entwickelt, mit der die Raumluftströmung in Echtzeit geschätzt werden kann. Basierend auf mathematischen Modellen berechnen virtuelle Sensoren die Lufttemperatur und -geschwindigkeit an beliebigen Orten im Raum. Zu diesem Zweck wird ein rechentechnisch effizientes, datenbasiertes Raumluftströmungsmodell entwickelt. Bei der Anwendung der virtuellen Sensoren konzentriert sich die Arbeit besonders auf die Kühlung in Verbindung mit mechanischer Ventilation. Dabei können sich stark ortsabhängige Temperatur- und Geschwindigkeitsprofile ausbilden. Solche kritischen Bedingungen in der Aufenthaltszone werden von Standard-Raumfühlern, die üblicherweise an den Wänden angebracht sind, nicht korrekt erkannt. Um den Komfortgewinn zu demonstrieren, der mit Hilfe der neuen virtuellen Sensoren erreichbar ist, zeigt die Arbeit eine Regelung des Predicted Mean Vote (PMV gemäß Standard ISO 7730) in einem realen Konferenzraum. Die Ergebnisse werden mit denen einer Standard-Temperaturregelung verglichen. Bei der Auswertung wird deutlich, dass die PMV-Regelung über virtuelle Sensoren viel zuverlässiger für thermische Behaglichkeit sorgt.