Airflow Simulation Tool for Intelligent Air Quality Monitoring System
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2016-08-24
Department
Major/Subject
Älykkäät tuotteet
Mcode
ETA3006
Degree programme
AUT - Automaatio- ja systeemitekniikka (TS2005)
Language
en
Pages
73
Series
Abstract
Developing an intelligent ventilation system for a passenger ship is an enormous task. Because of the safety critical nature of the product, it is encouraged to use a simulated environment for testing before moving to a real-world pilot phase. This work concerns itself with the specification, design and implementation of a simulation tool that can be used to assist the development process. The requirements were gathered from the client and based on a literature survey regarding general building airflow simulation. An architectural design was made based on the requirements. Finally, the tool was implemented based on the design, and experimented with, to demonstrate its functionality. The requirements analysis indicated the need for simulating contaminants and airflow within a single deck's area. Performance at both real-time and expedited simulation speeds was required. The tool needed to be configurable and provide a connection to a CAN bus. An existing, scientifically proven multi-zone simulation engine CONTAM was chosen for executing simulations. A software module was implemented to govern the simulation process and keep track of the internal state of individual air ventilation devices. The tool was found to work as required even for simulations expedited 2852 times on complex floorplan models. The modeling process was found to require experience in ventilation systems and modeling. In order to verify the simulation models and construct a valid error model for the control subsystem, real world measurements on a pilot environment are needed.Matkustajalaivan älykkään ilmanvaihtojärjestelmän kehittäminen alusta pitäen on työläs prosessi. Tuotteen turvallisuuskriittisyys asettaa haasteita etenkin kehityksen alkuvaiheissa, kun testaukseen tarvittavaa pilottiympäristöä ei ole vielä rakennettu. Tässä työssä kuvataan matkustajalaivan ilmanvaihtojärjestelmän kehitystyötä tukevan simulaatiotyökalun kehitysprosessi vaatimusmäärittelystä alkaen. Vaatimusten pohjalta luodaan suunnitelma ja toteutus. Vaatimusmäärittely koottiin rakennuksen ilmanvaihdon simulointiin liittyvän kirjallisuustutkielman ja asiakkaan toivomusten perusteella. Vaatimusmäärittelyn pohjalta suunniteltiin arkkitehtuuri, joka oli pohjana työkalun toteutukselle. Työkalu implementoitiin arkkitehtuurikuvausten mukaisesti. Työkalun toiminta testattiin kehitteillä olevaa järjestelmää vasten. Määrittelyssä tärkeimmäksi vaatimukseksi osoittautui kyky simuloida rakennusten sisäisiä ilmavirtauksia ja kontaminantteja yhden laivankannen alueella. Työkalulta vaadittiin kykyä suoritua sekä reaaliaikaisesta, että nopeutetusta simulaatioista. Lisäksi edellytettiin konfiguroitavuutta ja rajapintaa CAN-väylään. Tieteellisesti tarkaksi todistettu ohjelmisto CONTAM valittiin simulaatiomoottoriksi työkaluun. Erillinen ohjelmistokomponentti toteutettiin ohjaamaan simulaation tilaa ja ylläpitämään CAN-viestintää. Työkalun todettiin vastaavan sille asetettuja vaatimuksia. Se kykeni jopa 2852-kertaiseen simulaatioon 80 ilmanvaihtolaitteen simulaatiomallilla. Mallinnusprosessin havaittiin vaativan kokemusta niin ilmanvaihtojärjestelmistä kuin mallinnuksestakin. Valmiin simulaatiomallin todentamiseksi ja virhemallin luomiseksi tarvitaan oikeaa mittausdataa pilottiympäristöstä.Description
Supervisor
Kyrki, VilleThesis advisor
Pentikäinen, JuhoKeywords
HVAC, ventilation, simulation, multi-zone, CONTAM