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DeepValve: Development and experimental testing of a Reinforcement Learning control framework for occupant-centric heating in offices

Résumé

Space heating controls in offices usually follow static schedules detached from actual occupancy, which results in energy waste by unnecessarily heating vacant offices. The uniqueness of stochastic occupancy profile and thermal response time of each office are two main challenges in hard-programming a transferrable control logic that can adapt space heating schedule to the occupancy profile. This study proposes a Reinforcement Learning-based control framework (called DeepValve) that learns by itself how to adapt the space heating schedule to the occupancy profile in each office to save energy while maintaining comfort. All the aspects of the proposed framework (design, training, hardware setup, etc.) are centered on ensuring that it can be implemented on many offices in practice. The methodology includes three main steps: training on a wide variety of simulated offices with real-world occupancy data, month-long tests on three simulated offices, and day-long experimental tests in an environmental chamber. Results indicate that the agent can quickly adapt to new offices and save energy (40% reduction in total temperature increment) while maintaining occupant comfort. The results highlight the importance of occupant-centric control in offices.

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Confort thermique
thumb|Bivouac dans un sac de couchage très isolant. Malgré le froid, le dormeur dort confortablement. La notion de confort thermique est le plus souvent appliquée à l'être humain, bien qu'elle puisse s'appliquer à tout être vivant. En effet, la vie - et spécialement l'activité métabolique assurant les fonctions vitales - n'est possible que dans une certaine plage de température, qui varie d'une espèce à l'autre. Il existe cependant des conditions d'ambiance optimales qui seront ressenties par l'individu comme celle d'un état de confort thermique.
Apprentissage par renforcement
En intelligence artificielle, plus précisément en apprentissage automatique, l'apprentissage par renforcement consiste, pour un agent autonome ( robot, agent conversationnel, personnage dans un jeu vidéo), à apprendre les actions à prendre, à partir d'expériences, de façon à optimiser une récompense quantitative au cours du temps. L'agent est plongé au sein d'un environnement et prend ses décisions en fonction de son état courant. En retour, l'environnement procure à l'agent une récompense, qui peut être positive ou négative.
Chauffage central
Le chauffage central désigne un mode de chauffage avec lequel on peut chauffer les différentes pièces d'une maison, d'un immeuble, ou d'une ville, à partir d'un seul générateur de chaleur communément nommé chaudière, ou chauffage urbain. La chaleur est acheminée au moyen d'un fluide caloporteur, dans des tuyaux, vers les radiateurs, ou directement au moyen d'air chaud, dans des gaines, vers les différentes pièces, comme c'est le cas pour les calorifères.
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