Design of a comfort based smart metering system for sport and recreational buildings

This work summarizes the design and development of a comfort-based smart metering-system dedicated to sport facilities. Smart metering systems are usually designed only to monitor energy, while comfort is often neglected. This is on the contrary particularly im-portant in these facilities because of the intense activities carried out and the desire to maintain a sense of well-being. The different functionalities are developed in agreement with this approach, involving energy monitoring, comfort evaluation, sensors network op-timization, data analysis and display for the end user. Comfort indices (PMV, predicted mean vote, and PPD, predicted percentage of dissatisfied) are used instead of the only air temperature, accompanied by a calibration procedure and global sensitivity analysis. The calibration procedure is based on the comparison between subjective comfort through sur-veys and objective measurement with a microclimate station. This analysis, applied at two real cases (swimming pool and gym), reveals a drift of the thermal neutrality which is used as correction factor. The global sensitivity analysis is useful on one hand to apply some simplification hypothesis to avoid the measurement of the low-sensitive variables and, on the other hand, to identify which variables are more important in this field of application. The measurement system has to be deployed in very large spaces with a sufficiently cost-effective sensor network and with an accuracy suitable for feedback to the control systems. In order to reduce the impact of the uncertainty, due to the horizontal distribution and air stratification, a dedicated tool has been developed which provides the optimal number and position of temperature sensors in the space with a potential energy saving that has been assessed with a simulation model. The designed solution is part of the development of a dedicated BMS (Building Management System) for sport and recreational buildings in the framework of the European Project FP7 SportE2.

Il presente lavoro descrive il progetto e lo sviluppo di un sistema di Smart metering basato sul comfort per edifici di tipo sportivo. I sistemi di smart metering sono generalmente pro-gettati per il monitoraggio energetico, mentre il comfort è solitamente trascurato. Tuttavia questo è molto importante a causa del livello di attività e del desiderio di benessere tipico di tali ambienti. Le funzionalità sviluppate per implementare tale approccio riguardano il mo-nitoraggio energetico, la valutazione del comfort, l’ottimizzazione di reti di sensori, l’analisi e la visualizzazione dei dati. L’applicazione degli indici di comfort (PMV, predicted mean vote, e PPD, predicted percentage of dissatisfied) necessita di una procedura di calibrazione e una analisi globale di sensibilità per questo tipo di ambienti. La procedura di calibrazione è basata sul confronto tra il comfort soggettivo determinato con questionari e misure og-gettive con centralina microclimatica. Tale analisi, applicata a due casi reali (piscina e pale-stra), rivela una traslazione del punto di neutralità termica che viene usato come fattore cor-rettivo dell’indice PMV. Mentre l’analisi globale di sensibilità permette la riduzione del numero di variabili misurate identificando i parametri a bassa sensibilità e l’identificazione dei fattori critici in questa applicazione. Il sistema di misura deve essere sviluppato in gran-di ambienti con una rete di sensori efficace e con il giusto livello di accuratezza per il siste-ma di controllo. Per ridurre l’impatto dell’incertezza legata alla distribuzione orizzontale dell’aria è stato sviluppato un software di ottimizzazione in grado di ricavare il numero e la posizione ottimale di sensori di temperatura con un potenziale risparmio energetico che è stato valutato con l’ausilio di un modello simulativo. La soluzione presentata è parte dello sviluppo di un BMS (Building Management System) specifico per edifici sportivi nell’ambito del Progetto Europeo FP7 SportE2.