居住建筑室内环境质量多目标控制与其能耗的协同优化

Exploring the influence and coordination rules between indoor air quality control objectives and energy consumption of residential buildings in the actual working conditions is helpful to develop reasonable indoor air quality protection goals and to control a variety of indoor pollutant concentrations in protecting the indoor air quality on the basis of building energy efficiency. Considering the impact of the geographical features, architectural features on indoor air quality, the indoor air multi-objective systems are built at different levels. With the study on internal and external particle pollution interaction mechanism, the associated characteristics and the potential laws between particle pollution and chemical pollution is discovered through multi-factor analysis. In connection with different HVAC systems such as the new air system, return air system, secondary air system, and VAV system, indoor air quality control model and balance equations are established in accordance to different multi-objective systems. The control algorithm and scope is developed under steady and non-steady release of pollutants. Through in-depth study on the coordination and optimization mechanism between energy consumption and the indoor air quality considering particulate matter, formaldehyde, VOC, and other indoor pollutants, a comprehensive evaluation system is established based on the protection of indoor air quality and energy consumption of residential buildings. The thermal comfort and health of the indoor environment can be reached on the premise of energy use efficiency.

探索实际工况下的民用建筑室内空气品质控制目标与建筑能耗之间的关系、协同规律，有助于制定合理的室内空气品质保障目标，控制各种室内污染物浓度，在保障室内空气品质的基础上实现建筑节能。本项目拟从地域特征、建筑功能等对室内空气质量的影响入手，建立民用建筑室内空气质量分层次控制多目标体系。研究室内外颗粒物污染的相互影响机理，通过多因子分析阐明颗粒物污染与化学污染的关联特性及潜在规律。构建针对全新风系统、一次回风系统、二次回风系统、变风量系统等不同暖通空调系统的室内空气质量多目标控制模型和平衡方程，研究稳态和非稳态污染物释放情况下的控制算法并确定其适用范围。通过深入研究集颗粒物、甲醛、VOC等室内污染物监控于一体的室内空气质量保障与建筑运行能耗协调优化机理，建立民用建筑室内空气质量保障与建筑运行能耗相结合的综合评价体系，力求在有效利用能源的前提下保证室内环境的热舒适性和健康舒适性。

通过研究我国以及欧美/日本/澳大利亚等国家现行的室内空气质量标准，结合南京、上海、重庆、武汉等夏热冬冷地区典型居住建筑室内空气质量现状的调查，推荐选取六种污染物作为室内空气质量控制目标污染物——甲醛、苯、TVOC、臭氧、可吸入颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5，对民用建筑室内空气质量指标作了三级标准划分，为中国室内空气质量标准的进一步完善提供建设性参考。通过对南京、长兴等地区典型建筑室内外颗粒物的实时监测以及采样分析结果表明，不同建筑气密性、不同供暖空调系统、不同净化方式等条件对室内外颗粒物尤其是PM2.5的浓度水平和时空分布特点影响显著。建筑的高气密性等级可显著降低室内PM2.5质量浓度，单纯采用带净化功能的新风系统对住宅室内PM2.5的降低作用不明显，推荐采用室内循环风净化器+带净化功能的有组织新风的组合净化方式。以室内外PM2.5中重金属元素（Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb）、水溶性离子（NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、Na+、Zn2+、Fe2+、F-、Cl-、NO2-、NO3-、SO42-）等组分的浓度检测数据为基础，运用富集参数EF法、正交因子矩阵分解PMF方法等进一步解析了室内外PM2.5的来源及其差异性。在综合考虑污染物浓度、新风量、通风效率、净化效率等参数基础上，建立了稳态状态下不同暖通空调系统的室内PM2.5平衡方程，并利用实验结果进行了验证。通过对非稳态状态下甲醛和PM2.5浓度的综合模拟计算，形成了存在多种污染物时室内空气质量优化策略。为有效控制建筑环境质量，同时有效管理建筑运行能耗，实现环境与能源优化管理与控制，实现建筑运营阶段环境质量保障，以布鲁克实验保障房为示范，研究开发了室内环境与能源监控平台，实现了能源与环境实时数据监控、外围护结构保温体系实时监测、新风与CO2联动控制等功能，从而满足室内环境质量与能耗兼备的运营需求。