居住室內(nèi)健康環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用研究.pdf

1、隨著健康建筑的發(fā)展需要，2017年1月6日已正式頒布了中國(guó)建筑學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《健康建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（T/ASC02-2016），并在即日起開(kāi)始實(shí)施。健康建筑是綠色建筑深層次發(fā)展的需求，重在營(yíng)造基本的健康建筑環(huán)境（聲、光、熱、空氣品質(zhì)）。本課題為驗(yàn)收結(jié)題的國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題——《室內(nèi)健康環(huán)境表征參數(shù)及評(píng)價(jià)方法研究》的后續(xù)研究課題，主要針對(duì)“十二五”課題實(shí)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)采集手段所存在的缺陷與亟待解決的問(wèn)題開(kāi)展研究，以“十二五”課題研究得到的

2、居住建筑室內(nèi)健康環(huán)境表征參數(shù)及評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，通過(guò)理論研究、學(xué)科交叉合作、實(shí)測(cè)調(diào)查研究等手段，以改進(jìn)現(xiàn)有實(shí)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建長(zhǎng)期連續(xù)、多參數(shù)記錄、用戶(hù)友好的居住建筑物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)健康環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)系統(tǒng)為目標(biāo)，主要開(kāi)展了以下研究工作：
　　首先，針對(duì)目前既有居住建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)實(shí)測(cè)過(guò)程中所存在的普遍性問(wèn)題進(jìn)行研究。作者在“十二五”課題實(shí)施期間參與了對(duì)東北地區(qū)6座城市（齊齊哈爾、錦州、沈陽(yáng)、鞍山、長(zhǎng)春、哈爾濱）51戶(hù)家庭所開(kāi)展的居住建筑

3、室內(nèi)環(huán)境的入戶(hù)實(shí)測(cè)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括對(duì)室內(nèi)四個(gè)功能房間（起居室、臥室、廚房、衛(wèi)生間）的熱濕環(huán)境、空氣品質(zhì)、光環(huán)境以及聲環(huán)境進(jìn)行連續(xù)24小時(shí)的數(shù)據(jù)采集與記錄以及住戶(hù)的問(wèn)卷調(diào)查。通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與調(diào)查問(wèn)卷的綜合數(shù)據(jù)分析，針對(duì)目前入戶(hù)實(shí)測(cè)調(diào)查中所普遍存在的問(wèn)題對(duì)調(diào)查結(jié)論的影響進(jìn)行了剖析，主要影響來(lái)源包括住戶(hù)行為的隨機(jī)性、測(cè)試周期、建筑室外環(huán)境不一致等。分析結(jié)果表明，現(xiàn)有的實(shí)測(cè)手段難以滿(mǎn)足長(zhǎng)期測(cè)試要求，而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期測(cè)試需要解決數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)闹悄芑?/p>

4、信息技術(shù)及住戶(hù)友好性等問(wèn)題。因此，本研究認(rèn)為構(gòu)建適用于長(zhǎng)期、連續(xù)、自動(dòng)記錄的室內(nèi)健康環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)具有重要意義。
　　其次，為了解決上述分析得到的數(shù)據(jù)采集手段所存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可視化平臺(tái)。該平臺(tái)選擇了具有低功耗、低成本、適用于短距離通信的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用ZigBee協(xié)議作為通信協(xié)議。采集參數(shù)依據(jù)國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題所得到的研究成果——室內(nèi)健康環(huán)境表征參數(shù)（溫度、相對(duì)濕度、CO2濃度

5、、PM2.5濃度、噪聲、照度），在此基礎(chǔ)上，綜合考慮測(cè)試精度、功耗、體積、運(yùn)行條件、噪音、成本等方面要求，通過(guò)反復(fù)優(yōu)化篩選確定了參數(shù)傳感器。將各個(gè)功能房間的表征參數(shù)傳感器集成設(shè)計(jì)形成子節(jié)點(diǎn)模塊，進(jìn)而通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)姆绞綄⒆庸?jié)點(diǎn)模塊采集的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)上傳至戶(hù)用主節(jié)點(diǎn)模塊，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將主節(jié)點(diǎn)模塊接受數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、分析的可視化平臺(tái)構(gòu)筑，為同時(shí)開(kāi)展不同氣候區(qū)居住室內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及大樣本數(shù)據(jù)庫(kù)的建立提供了技術(shù)保

6、證。
　　第三，為了驗(yàn)證搭建的物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)行了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)精度、布置方式等方面的系統(tǒng)可靠性實(shí)驗(yàn)研究。在測(cè)試精度的可靠性實(shí)驗(yàn)中，在相同的、保證一定的溫度波動(dòng)范圍的實(shí)驗(yàn)條件下，通過(guò)將物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)與經(jīng)過(guò)標(biāo)定或高精度的相關(guān)環(huán)境參數(shù)測(cè)試儀器測(cè)試結(jié)果進(jìn)行誤差分析，尋找出存在的系統(tǒng)誤差并進(jìn)行修正，使各個(gè)傳感器采集數(shù)據(jù)符合真實(shí)情況。對(duì)參數(shù)傳感器進(jìn)行修正后，溫度參數(shù)傳感器測(cè)試精度不低于±0.5℃、相對(duì)濕度不低于±5

7、%、CO2濃度不低于±150ppm、PM2.5濃度不低于10μg/m3、噪聲不低于±1dB、照度不低于10lx。另一方面，鑒于在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，子節(jié)點(diǎn)模塊的布置位置局限性所帶來(lái)的影響，針對(duì)不同功能房間人員活動(dòng)區(qū)布置的理想位置與實(shí)際測(cè)試可能的布置位置測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，測(cè)點(diǎn)布置位置是否處于人員活動(dòng)區(qū)、通風(fēng)路徑、污染源附近、門(mén)窗處等都會(huì)產(chǎn)生影響，實(shí)際測(cè)試時(shí)應(yīng)優(yōu)先布置于人員活動(dòng)高頻區(qū)域，以及有一定高度（≥0.8m）的家具處，

8、既可對(duì)人員行為帶來(lái)的影響進(jìn)行記錄又不對(duì)住戶(hù)生活產(chǎn)生較大影響。
　　最后，采用物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別對(duì)不同氣候區(qū)13座城市21戶(hù)家庭進(jìn)行了冬季和夏季的長(zhǎng)期實(shí)測(cè)調(diào)查研究。重點(diǎn)針對(duì)不同氣候區(qū)域住戶(hù)調(diào)控方式地域差異性對(duì)室內(nèi)環(huán)境影響以及測(cè)試周期對(duì)室內(nèi)環(huán)境健康性能評(píng)價(jià)影響進(jìn)行了研究與分析。結(jié)果表明，利用ZigBee無(wú)線傳感器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能較好實(shí)現(xiàn)對(duì)居住室內(nèi)環(huán)境的實(shí)時(shí)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，為了解不同氣候區(qū)室外環(huán)境變化、居住者生活方式、采暖降溫方式等