多模态信息融合建筑综合节能建模研究

Building energy-saving should not reduce the quality of living, so it must take into the full consideration of regional climate，human comfort and environmental health. Using wireless sensor network and thermal infrared imager to acquire multimodal information of regional climate, human comfort feature and building indoor environment, then, feature extraction，optimization and fusion are adopted to solve the problem of information redundancy, coupling and complementary. Firstly, ignoring the spatial and temporal inhomogeneity in the static micro scale condition, build a linearization micro scale comprehensive energy-saving model. Secondly，considering the boundary conditions, transfer the energy-saving model from micro scale to big space-time. Finally，the precision of the energy-saving model is promoted by data feedback from real-time acquisition. Considering the hot summer and cold winter area unique climate characteristics and building energy-saving conditions, a more accurate, reasonable and effective control method of human comfort, environmental health and building energy consumption will be studied in this project. Moreover, the method will provide theoretical basis and technical support for building energy-saving.

建筑节能不应以降低居住品质为代价，综合考虑本地气候特征、人体舒适度与环境健康度，这样的建筑节能才是合理的、有意义的。项目利用无线传感器网络、红外热像仪实时获取微气候环境参数、人体舒适度参数、建筑室内环境参数等多模态信息，进行特征提取、优化、融合，解决信息的冗余、耦合、互补问题，在可忽略时空非均质性的静态微尺度下，建立线性化微尺度建筑综合节能模型；考虑边界环境条件，将模型从微尺度向大时空进行转换，利用实时采集的海量数据形成反馈，建立高精度建筑综合节能模型。项目结合夏热冬冷地区特有气候特征与建筑节能现状，对人体舒适度、环境健康度和建筑能耗进行综合分析，研究更准确、合理、有效的评估该地区建筑综合节能效果的方法，为"十二五"期间建筑节能工作的开展提供理论依据和技术支持。

项目研究以建筑节能为背景，综合考虑了夏热冬冷地区特有的气候特征、环境健康度、人体热舒适度，在保证人居品质的前提下探索最优的建筑节能方案。项目利用无线传感器网络采集建筑外微环境的温度、湿度、风速等数据，与本地气象数据结合，获取微环境气候特征，开展了上万份调查，以期了解气候特征对不同个体的差异性影响；采集室内温度、湿度、风速、氧气、一氧化碳、PM2.5、TVOC、照度等数据，结合相关标准对建筑室内环境健康度进行评价；选择十种实验工况，利用多导生理仪、无线生理信号采集装置采集被试者的皮电、心率、体温、血压、心电等生理信号，使用小波包方法提取生理信号的能量特征，将获取的多模态数据进行特征层融合，从生理的角度构建人体动态热舒适度评价模型。空调能耗约占建筑使用能耗的60%，空调设备温湿度控制系统存在滞后现象且控制回路之间耦合严重，改进空调控制算法，提高控制器控制效率，能有效降低建筑使用能耗。项目研究在对室内各物理模型机理分析的基础上，利用最小二乘法进行系统辨识，获取室内空调温湿度模型的特征参数，利用Smith预估与前馈解耦相结合的方法解决系统的滞后问题，构建基于模糊PID的热舒适控制器，实现对空调参数的动态调整。同时，将本地气候特征、环境健康度、人体热舒适度作为控制优化目标，构建建筑综合节能模型，动态控制空调在节能区和舒适区交替运行，既提高了空调运行效率，又降低了恒温恒湿环境给人带来的不舒适感。项目研究成果能更准确、合理、有效的评估该地区建筑综合节能效果，为我国建筑节能工作的开展提供理论依据和技术支持。