Thermal comfort-constrained nonlinear operational optimization of a solar-absorption-radiant cooling system
Notice bibliographique
Résumé
• A thermal comfort-constrained NLP-based optimal controller is developed. • The solar-absorption-radiant cooling system has a solar fraction of 0.8. • Stricter comfort constraints increase the cost and emissions by 30.96% and 37.5%. • Doubling the ventilation rate increases daily operating costs by 19%. • The solar-assisted system saves 45.9% on costs and reduces emissions by 52.5%. With the increasing demand for sustainable building solutions, especially under extreme weather conditions, there is a growing need for renewable-powered cooling systems that can minimize energy consumption and carbon emissions. Solar-absorption-radiant cooling systems offer a promising alternative to traditional air conditioning systems, but their effectiveness relies on efficient control strategies. This study investigates the optimal control of a solar-absorption-radiant cooling system for a single-story office building using non-linear programming (NLP) to minimize operating costs while maintaining thermal comfort. This is achieved by directly integrating the building model and thermal comfort calculations within the optimization procedure. By incorporating a solar collector, storage tank, assisting boiler, and absorption chiller, the system achieves a solar fraction of 0.8, minimizing daily operating costs to 2.11 USD and carbon emissions to ∼ 39.1 k g C O 2 . The system maintains an average PMV of 0.14, an operative temperature of 25.63 °C, and a coefficient of performance of 0.72. The study also explores the impact of varying thermal comfort constraints, ventilation rates, and inlet air temperatures on system performance. Stricter comfort constraints (PMV=-0.2 to 0.2) increase costs and emissions by 30.96 % and 37.5 % respectively, due to increased reliance on the natural gas boiler. Doubling the ventilation rate based on fresh outdoor air increases daily costs and emissions by 19 % and 22.6 % respectively. Conversely, utilizing a supplementary system to supply ventilation air at 25 °C significantly reduces costs and emissions by 26.2 % and 25.4 % respectively, and increases the solar fraction to 0.92. Compared to a conventional system powered solely by a natural gas boiler, the solar-powered system achieves substantial cost savings (45.9 %), reduced carbon emissions (52.5 %), and improved thermal comfort, highlighting the potential of this technology for sustainable building operations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».