Control algorithm for dynamic solar shadings : a simulation study for the extension of ISO/DIS 52016-3 to office buildings

In 2019, the building sector was responsible for the emission of 12GtCO2, equivalent to 21% of global GHG emissions. The building sector must change pace to achieve European carbon neutrality by 2050. One of the possible solutions to reach this goal is the adoption of dynamic solar shadings in buildings. This study focuses on a single office in two locations characterised by a temperate climate: Liège (Belgium) and Milan (Italy). The work aims to implement an optimal control strategy for external Venetian and Roller blinds. A multi-criteria approach based on ISO/DIS 52016-3 is adopted to balance visual comfort, heating, artificial lighting and cooling energy needs, and users’ satisfaction. Two control strategies have been designed: one with and one without glare evaluation. They both integrate horizontal illuminance, room occupancy, indoor operative temperature and vertical irradiance. The control algorithms are applied and validated on a DesignBuilder model. With the control strategy including glare control, the main advantage is the improvement of the user’s visual comfort in terms of light quantity and discomfort glare. However, a total yearly energy needs increase is registered independently from the considered shading. Instead, if glare is not included in the control strategy, we can observe the importance of the control of thermal loads. A more significant result is obtained for Milan, where cooling energy needs are higher.

Nel 2019 il settore edilizio si è rivelato responsabile dell’emissione di 12GtCO2, il 21% delle emissioni totali di gas serra. Per raggiungere la carbon neutrality entro il 2050, il parco edilizio europeo deve essere rinnovato ad un ritmo più sostenuto. Una delle possibili soluzioni da adottare per raggiungere questo obiettivo è l’installazione di schermature solari adattive. Questo studio si concentra sull’impatto delle schermature solari su un ufficio singolo ubicato in due località caratterizzate da un clima temperato: Liegi (Belgio) e Milano (Italia). Il lavoro si pone come obiettivo l’implementazione di una strategia di controllo ottimale per delle Veneziane e delle tende esterne. Sulla base dell’ISO/DIS 52016-3, è stato studiato un algoritmo multicriterio che consentisse di bilanciare comfort visivo, fabbisogno energetico per riscaldamento, raffrescamento e illuminazione artificiale, e soddisfazione dell’utente. Due strategie di controllo sono state progettate: una comprensiva e una priva della valutazione del rischio abbagliamento. Entrambe integrano illuminamento orizzontale sul piano di lavoro, occupazione, temperature operante interna e irradianza verticale sulla finestra. Gli algoritmi sono stati applicati e validati attraverso un modello realizzato in DesignBuilder. Con il controllo dell’abbagliamento, il vantaggio maggiore dell’installazione delle schermature adattive consiste nel miglioramento del comfort visivo, in termini di rischio abbagliamento e di controllo della quantità di luce entrante nell’ufficio. Tuttavia, si registra un aumento del fabbisogno energetico totale annuale, indipendentemente dalla schermatura considerata. Nel caso invece della strategia di controllo priva di valutazione dell’abbagliamento, si osserva l’importanza del controllo dei carichi termici. Un risultato più apprezzabile si registra a Milano, dove vi è un fabbisogno di raffrescamento maggiore.