Continuous commissioning of a hospital building using smart solutions

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Insinööritieteiden korkeakoulu | Master's thesis

Authors

Date

2021-12-13

Department

Major/Subject

Sustainable Energy in Buildings and Built Environment

Mcode

ENG3068

Degree programme

Master's Programme in Advanced Energy Solutions (AAE)

Language

en

Pages

100

Series

Abstract

A hospital building is a demanding operating environment, where many spaces require high ventilation rates in order to ensure a high-quality indoor climate. The demand-controlled ventilation enables combining high-class air quality and energy efficiency by being able to provide high airflow rate to a space when demand is high and lowering the airflow rate when demand is lower. These qualities make the demand-controlled ventilation system well suited to hospital buildings. The downsides of the demand-controlled ventilation systems include high failure rate and the high prevalence of problems related to lacking system knowledge of system users and maintenance. The high failure rate of DCV systems demands effective means for ensuring the correct operation. The goal of this thesis was to study how the correct operation of a DCV system can be ensured by using smart solutions and by utilizing continuous commissioning methodology. The thesis aimed to find faults in the DCV systems installed to the studied hospital building and to investigate what are the typical problems related to the DCV systems and how they can be detected. The measurements were conducted in three rooms in a hospital building located in Western Finland utilizing a smart solutions-based measurement setup. Real-time data collected from the BMS system and standalone IoT sensors was merged in a single database. Analysis of the data revealed several faults in the DCV systems. Shortcomings were detected in the ventilations system associated with all the studied rooms. Problems were found among other things from the operation of the sensors and dampers, incorrectly defined setpoints and control curves, and manually overriding the control system. Detected problems lead to deteriorated indoor climate quality and increased ventilation energy consumption. The causes of the detected problems were analyzed and measured for repairing the systems were proposed. Based on the conducted study a process diagram and description were composed, which can be used for implementing continuous verification of correct operation of the hospital building DCV systems using smart solutions and continuous commissioning method. The process can be utilized for detecting potential faults before they have time to significantly affect the comfort and health of the occupants, and the energy efficiency of the building.

Sairaalarakennus on vaativa toimintaympäristö, jossa monet tilat tarvitsevat suuria ilmamääriä laadukkaan sisäilmaston takaamiseksi. Tarpeenmukainen ilmanvaihto mahdollistaa korkeatasoisen sisäilmaston yhdistämisen energiatehokkuuteen pystyen tuomaan tilaan korkean ilmavirran tarpeen ollessa suurta ja pienentämään ilmamäärää tarpeen ollessa vähäisempää. Nämä ominaisuudet tekevät tarpeenmukaisesta ilmanvaihtojärjestelmästä hyvin soveltuvan sairaalakohteisiin. Tarpeenmukaisten ilmanvaihtojärjestelmien heikkoutena ovat kuitenkin herkkä vikaantuminen sekä käyttäjien puutteelliseen järjestelmän tuntemiseen ja huoltoon liittyvien ongelmien yleisyys. Järjestelmän vikaherkkyys vaatii tehokkaita keinoja järjestelmän oikean toiminnan varmentamiseksi. Tämän työn tavoitteena oli selvittää, kuinka sairaalan ilmanvaihdon jatkuva toiminnanvarmentaminen voidaan toteuttaa älykkäitä ratkaisuja hyödyntäen jatkuvan käyttöönoton menetelmän avulla. Työ pyrki löytämään vikoja tutkimuksen kohteena olleen sairaalarakennuksen tarpeenmukaisista ilmanvaihtojärjestelmistä ja selvittämään millaisia järjestelmän tyypilliset viat ovat ja kuinka ne voidaan havaita. Tutkimuksen mittaukset älykkäiden ratkaisuja hyödyntäen suoritettiin länsisuomalaisen sairaalassa kolmessa huonetilassa. Rakennusautomaatiojärjestelmään sekä erillisistä IoT (esineiden internet) sensoreista kerätty reaaliaikainen data yhdistettiin yhteen tietokantaan, jota analysoimalla löydettiin ilmanvaihtojärjestelmistä useita vikoja. Kaikissa tutkituissa tiloissa havaittiin puutteita tarpeenmukaisen ilmanvaihtojärjestelmän toiminnassa. Ongelmia havaittiin muun muassa järjestelmän sensoreiden ja säätöpeltien toiminnassa, asetusarvoissa ja säätökäyrissä sekä järjestelmän pakottamisessa käsiohjaukselle. Havaitut ongelmat johtavat heikentyneeseen sisäilmaston laatuun sekä kasvaneeseen ilmanvaihdon energiankulutukseen. Havaittujen ongelmien aiheuttajat analysoitiin ja tämän pohjalta laadittiin korjausehdotuksia järjestelmien toiminnan parantamiseksi. Tehdyn tutkimuksen perusteella laadittiin prosessikaavio ja -kuvaus, jonka avulla voidaan toteuttaa sairaalan tarpeenmukaisen ilmanvaihdon jatkuva toiminnan varmentaminen hyödyntäen älykkäitä ratkaisuja ja jatkuvan käyttöönoton menetelmää. Prosessia voidaan hyödyntää mahdollisten vikojen havaitsemiseen ennen kuin ne ehtivät vaikuttaa merkittävästi rakennuksen käyttäjien mukavuuteen ja terveyteen sekä rakennuksen energiatehokkuuteen.

Description

Supervisor

Kosonen, Risto

Thesis advisor

Stjelja, Davor

Keywords

continuous commissioning, hospital building, demand-controlled ventilation, smart solutions, IoT

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2021121910897

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG