Development of a low-cost system for thermal comfort measurement and control

This PhD dissertation summarizes the development and validation of innovative low cost systems for monitoring and controlling indoor environments. The systems explained in this document have their roots in the first version of Comfort Eye, an innovative thermal comfort measurement system, which is already documented in literature. This device can measure several environmental parameters in the room to obtain a real-time comfort assessment in multiple points of the space, according to ISO 7726 standard. Starting at this point, in the first part a new prototype of the monitoring system has been developed and tested highlighting improved features and measurement performances. Through single sensors calibration and uncertainty models from the GUM (Guide to the expression of Uncertainty in Measurement), the rated accuracy of the prototype in PMV measurement is ±0.1. The second part of the thesis is regarding an innovative subzonal HVAC control system, using the comfort data provided by Comfort Eye as controlled variable. That system has been designed and validated through some tests in an office-type environment, achieving an energy saving of 20%. The third and last part of this document finally shows another potential application of the Comfort Eye sensor: a people detection system for indoor ambient, with advanced counting and locating capabilities, has been tested inside office environment. The first attempt of validation shows an accuracy of 70% in detecting people.

Questa tesi di dottorato presenta lo sviluppo e la validazione di alcuni sistemi innovativi ed a basso costo per il monitoraggio ed il controllo di ambienti interni. I sistemi presentati in questo documento trovano le loro origini nel Comfort Eye, un sistema di misura del comfort termoigrometrico già presentato in letteratura. Questo dispositivo è in grado di misurare in maniera innovativa alcune tra le più rilevanti grandezze ambientali, riuscendo ad ottenere dei valori in real-time del comfort per più punti dell’ambiente in esame, secondo la norma ISO 7726. Partendo da questo punto, è stato progettato e testato un nuovo prototipo di Comfort Eye, cercando di migliorare le prestazioni di misura e le funzionalità. Attraverso l’analisi delle prestazioni dei singoli sensori adottati e seguendo le linee guida della GUM (Guide to the expression of Uncertainty in Measurement), si è calcolata un’accuratezza del sistema nella misura del PMV pari a ±0.1. La seconda parte della tesi riguarda un nuovo sistema di controllo del riscaldamento ambienti utilizzando come variabile controllata le misure di comfort provenienti dal Comfort Eye. Questo sistema è stato progettato e validato con dei test in un ambiente reale di tipo ufficio, raggiungendo un risparmio energetico del 20%. La terza ed ultima parte di questo documento mostra un’altra potenziale applicazione del Comfort Eye e cioè un sistema di rilevazione di persone e sorgenti calde per ambienti interni, con avanzate potenzialità di localizzazione. Il sistema è stato sviluppato e testato in un ambiente di tipo ufficio, mostrando un’accuratezza per la detection di persone del 70%.