From Temperature Control to Sensation Control: a new Humans-in-the-Building paradigm using Personal Comfort Systems

This master thesis analyzes in detail the use of Personal Comfort Systems (PCS) and their integration with the air conditioning systems mostly used in residential buildings; it is a particularly cutting-edge topic that allows you to focus on maximizing the comfort of the individual, achieving an increase in productivity and the user's well-being and at the same time managing to set an important energy saving as an objective. In the work a dynamic model is developed that takes into account personal comfort systems by studying various hypotheses of buildings and using realistic data in the design phase, then control techniques based on the Human-in-the-loop are developed that allow to modify the air flow imposed on the room not only as a function of the temperature but also in relation to the thermal needs of the individual users: the person is therefore seen as an integral part of the control chain and not necessarily as a source of disturbance. The simulations (via Matlab and Simulink) were carried out using comfort profiles, suitably modified in relation to the use of the PCSs, based on the ASHRAE thermal comfort database.

In questa tesi magistrale viene analizzato nel dettaglio l'utilizzo dei Personal Comfort Systems (PCS) e la loro integrazione con i sistemi di condizionamento maggiormente usati negli edifici residenziali; si tratta di un argomento particolarmente all'avanguardia che permette di puntare sulla massimizzazione del comfort del singolo conseguendo un incremento della produttività e del benessere dell'utente e riuscendo allo stesso tempo a porsi come obiettivo un importante risparmio energetico. Nel lavoro viene sviluppato un modello dinamico che tiene conto dei sistemi di comfort personali studiando svariate ipotesi di edifici e utilizzando dati realistici nella fase di progetto, vengono poi sviluppate tecniche di controllo basate sull'Human-in-the-loop che permettono di modificare il flusso d'aria imposto alla stanza non solo in funzione della temperatura ma anche in relazione ai bisogni termici dei singoli utenti: la persona viene vista quindi come parte integrante della catena di controllo e non necessariamente come fonte di disturbo. Le simulazioni (via Matlab e Simulink) sono state effettuate tramite profili di comfort, opportunamente modificati in relazione all'utilizzo dei PCS, basati sul data base di comfort termico ASHRAE.