居住室內(nèi)健康環(huán)境監(jiān)測系統(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建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)《健康建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（T/ASC02-2016），并在即日起開始實施。健康建筑是綠色建筑深層次發(fā)展的需求，重在營造基本的健康建筑環(huán)境（聲、光、熱、空氣品質(zhì)）。本課題為驗收結(jié)題的國家“十二五”科技支撐計劃課題——《室內(nèi)健康環(huán)境表征參數(shù)及評價方法研究》的后續(xù)研究課題，主要針對“十二五”課題實測調(diào)查數(shù)據(jù)采集手段所存在的缺陷與亟待解決的問題開展研究，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)及評價方法為基礎(chǔ)，通過理論研究、學(xué)科交叉合作、實測調(diào)查研究等手段，以改進現(xiàn)有實測手段，實現(xiàn)構(gòu)建長期連續(xù)、多參數(shù)記錄、用戶友好的居住建筑物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)健康環(huán)境實時監(jiān)測及評價系統(tǒng)為目標(biāo)，主要開展了以下研究工作：
　　首先，針對目前既有居住建筑室內(nèi)環(huán)境參數(shù)實測過程中所存在的普遍性問題進行研究。作者在“十二五”課題實施期間參與了對東北地區(qū)6座城市（齊齊哈爾、錦州、沈陽、鞍山、長春、哈爾濱）51戶家庭所開展的居住建筑

3、室內(nèi)環(huán)境的入戶實測調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括對室內(nèi)四個功能房間（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)境進行連續(xù)24小時的數(shù)據(jù)采集與記錄以及住戶的問卷調(diào)查。通過對實測數(shù)據(jù)與調(diào)查問卷的綜合數(shù)據(jù)分析，針對目前入戶實測調(diào)查中所普遍存在的問題對調(diào)查結(jié)論的影響進行了剖析，主要影響來源包括住戶行為的隨機性、測試周期、建筑室外環(huán)境不一致等。分析結(jié)果表明，現(xiàn)有的實測手段難以滿足長期測試要求，而實現(xiàn)長期測試需要解決數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)闹悄芑?/p>

4、信息技術(shù)及住戶友好性等問題。因此，本研究認為構(gòu)建適用于長期、連續(xù)、自動記錄的室內(nèi)健康環(huán)境實時監(jiān)測平臺具有重要意義。
　　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題，設(shè)計構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測可視化平臺。該平臺選擇了具有低功耗、低成本、適用于短距離通信的無線數(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)國家“十二五”科技支撐計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，綜合考慮測試精度、功耗、體積、運行條件、噪音、成本等方面要求，通過反復(fù)優(yōu)化篩選確定了參數(shù)傳感器。將各個功能房間的表征參數(shù)傳感器集成設(shè)計形成子節(jié)點模塊，進而通過無線傳輸?shù)姆绞綄⒆庸?jié)點模塊采集的各項環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)上傳至戶用主節(jié)點模塊，最后通過互聯(lián)網(wǎng)將主節(jié)點模塊接受數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器，從而實現(xiàn)了遠程數(shù)據(jù)采集、分析的可視化平臺構(gòu)筑，為同時開展不同氣候區(qū)居住室內(nèi)環(huán)境實時監(jiān)測及大樣本數(shù)據(jù)庫的建立提供了技術(shù)保

6、證。
　　第三，為了驗證搭建的物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，進行了數(shù)據(jù)監(jiān)測精度、布置方式等方面的系統(tǒng)可靠性實驗研究。在測試精度的可靠性實驗中，在相同的、保證一定的溫度波動范圍的實驗條件下，通過將物聯(lián)網(wǎng)測試系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)與經(jīng)過標(biāo)定或高精度的相關(guān)環(huán)境參數(shù)測試儀器測試結(jié)果進行誤差分析，尋找出存在的系統(tǒng)誤差并進行修正，使各個傳感器采集數(shù)據(jù)符合真實情況。對參數(shù)傳感器進行修正后，溫度參數(shù)傳感器測試精度不低于±0.5℃、相對濕度不低于±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，鑒于在實際測試過程中，子節(jié)點模塊的布置位置局限性所帶來的影響，針對不同功能房間人員活動區(qū)布置的理想位置與實際測試可能的布置位置測試結(jié)果進行了實驗研究，研究結(jié)果表明，測點布置位置是否處于人員活動區(qū)、通風(fēng)路徑、污染源附近、門窗處等都會產(chǎn)生影響，實際測試時應(yīng)優(yōu)先布置于人員活動高頻區(qū)域，以及有一定高度（≥0.8m）的家具處，

8、既可對人員行為帶來的影響進行記錄又不對住戶生活產(chǎn)生較大影響。
　　最后，采用物聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)分別對不同氣候區(qū)13座城市21戶家庭進行了冬季和夏季的長期實測調(diào)查研究。重點針對不同氣候區(qū)域住戶調(diào)控方式地域差異性對室內(nèi)環(huán)境影響以及測試周期對室內(nèi)環(huán)境健康性能評價影響進行了研究與分析。結(jié)果表明，利用ZigBee無線傳感器數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)能較好實現(xiàn)對居住室內(nèi)環(huán)境的實時長期監(jiān)測，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