[01369674]多维动态建筑节能综合智能控制系统研究

1、课题来源与背景 本课题源于甘肃省国际科技合作专项。 在社会各行各业的能源使用中,建筑业、工业和交通业能源需求最大,耗能也最多。特别是建筑行业,不仅在过去的十几年里能源消耗量巨大,而且,据有关调查显示,在未来的几十年,其需求量依旧有不减的趋势,用量还会继续增涨。通过信息自动化系统来管理建筑,是建筑节能不得不关注的一个重点方向。建筑能耗,指从建筑材料的生产加工、建筑施工、建筑正常使用,一直到建筑拆除的全过程能耗,其中占比最多的是建筑在日常运转中的能耗,约占 80%以上;空调耗能约占40%～50%;水泵电梯等设备占 10%～15%;照明设备占 15%～25%;其他设备占 10%～15%。大型商场、写字楼、酒店等占比更大,办公楼空调耗能占建筑总能耗的比重高达 50%～70%,照明耗能比重达26%。另一方面,随着生活水平的不断提高,人们对生活品质的要求愈来愈高。居住或工作环境的舒适性也是人们非常关注的一个问题。影响室内热舒适度的因素有很多,例如空气温度、相对湿度、风速、环境辐射温度等物理参量,还包括个人主观的感受,因此对室内舒适度做出快速准确的评价是一个非常复杂的系统过程。 2、研究目的与意义 基于以上背景,本项目研发了一种基于机器学习的个性化动态建筑节能综合智能控制系统,建立了集光、热、空气品质等指标于一体的综合评价体系,将小环境与大环境结合,再根据居住者对环境的要求范围,动态生成当前最优的控制策略。为用户开发了简单易用的手机客户端,用户既可以通过客户端强行改变所处的环境参数,同时,用户的这种操作行为,以及当时的室内外的环境参数,包括季节、时间、天气状况等参数都将自动被服务器收集进系统的综合训练学习集当中,并逐渐学习形成用户行为规则集,随着时间的推移,用户对系统的干预行为将越来越少,甚至完全消失。另一方面,从用能的角度,系统在用户可接受的范围内,尽可能地降低能耗。特别是在房间没有人的时候,将相关设备自动置于“休眠”状态。同时,充分利用清洁的自然能源,如,取暖要充分利用太阳能。换气尽可能的利用自然风等。项目设计的用户手机客户端和服务器端（电脑）,能够通过客户端实现对室内灯光,空调,加湿器,百叶窗（光、热、空气品质）等的调节,同时,可以通过手机客户端收集用户的反馈,实现对系统的进一步个性化优化与控制,在不降低原有舒适度的情况下,实现了节能30 %,达到了预期的目的。本研究项目符合当前国家和甘肃省节能减排的战略需求,具有较高的经济价值和现实意义。 3、主要论点与论据 通过考察国内外关于室内环境控制方面研究的现状,针对其不足,提出了有用户反馈的室内环境集成控制设计理念,优化了环境集成控制的设计模式,采用了一种有别于传统控制方式的人机交互界面开发了一种有别于传统控制方式的人机交互系统。课题研究了如何根据用户的反馈对室内环境进行智能控制,力求在不降低用户舒适度的同时降低能源消耗。最后,基于以上设计理念,实现了一种基于人体热舒适的室内环境智能控制系统设计实现了一种基于人体热舒适的室内环境智能控制系统,为进一步的研究提供了实验平台。 4、创见与创新 第一,本课题将“人”引入到了整个闭环控制系统中,通过人的直观感受,将自己对环境的抱怨反馈给系统,系统通过不断地学习用户对环境的偏好习惯,修正相关控制参数,适应人的需求,体现了“以人为本”的理念; 第二,系统综合考虑了光照、温度、湿度、二氧化碳浓度、噪声等多个因素,对“舒适”的定义更加全面客观; 第三,系统兼顾节能与舒适,同时,为适应多人环境里,不同人员对环境的不同偏好,引入了群体决策机制,使环境能够最大程度地满足更多人的需求前提下实现节能。 5、社会经济效益,存在的问题 随着居民对建筑条件和室内舒适度要求的不断提高,建筑能耗占社会商品总能耗的比例也逐渐增大。据调查统计,欧盟建筑能耗大约占社会商品总能耗的37%,英国大约占社会商品总能耗的39%,美国甚至高达40%。据估计,国际范围内建筑能耗将以每年1.5% 的比率继续增长,因此很多国家都把建筑节能作为节能工作的重点。目前,我国正处于城镇化高速发展阶段,城镇建设促进建筑材料生产行业和建筑业的迅速发展,由此导致的能源消耗也已经占到我国商品总能耗的30%,但是我国城镇住宅单位面积能耗（除采暖外）却远远低于发达国家水平,我国的能源使用范围和深度也不及发达国家。因此,无论是国际还是国内,本项目的研究成果不仅具有较显著的经济效益,而且社会效益也是否显著。目前,存在的主要问题使普通民众对建筑节能的认识还不足,但随着时间的推移必定会有越来越多的人们重视这一问题。 6、历年获奖情况 本项目尚未获奖。