基于智能手环预测热感觉的室内热环境控制.pdfVIP

基于智能手环预测热感觉的室内热环境控制 清华大学建筑学院室内空气质量评价与控制北京市重点实验室 韩典杉1，王福林*，王睿婷 北方工业大学土木工程学院, 龚子阳, 郁文红 摘 要：目前，被广泛使用的室内热环境控制方法是基于设定值的控制。但这种控制方法在实 际应用中存在一些问题，例如不合理的温度设定值造成的室内热环境过冷或过热现象以及由此带来 的能源浪费现象。此外，现有的其他室内热环境控制方法（例如，基于PMV 的控制和基于热感觉表 达的控制）也具有其局限性。为了提供更舒适、更节能、更符合个性化需求的室内热环境，本文提出 了一种更加智能的室内热环境控制方法，即一种利用手环测温预测热感觉的室内热环境控制方法。 本文描述了该方法的基本理论、控制逻辑和算法。并搭建了试验台，于2018 年供暖季进行了群组实 验（3 人），研究了所提出的智能控制方法的可行性和用户满意度。 关键词：室内热环境控制；热感觉预测;智能手环；模糊控制；在线自学习 1 概述 1.1 研究背景 目前，基于温度设定值的室内热环境控制方法是应用最广泛的室内热环境控制方法。这种方法 是根据楼宇管理者通过建筑自动化系统（BAS ）给出的温度设定值，或根据室内居住者通过人机交 互界面 （例如温控器）给出的温度设定值进行控制。然而，对北京的一座办公楼内240 个房间的温 [1] [2] 控器设定值的调研结果显示 ，只有50%的温控器设定值设置在ASHRAE 标准 推荐的夏季室内 舒适温度范围23~26 ℃之内，有超过22% 的设定值不合理地过低。这种现象说明这种基于设定值的 控制方法存在一些问题。首先，基于温度设定值的控制不利于实现行为节能。其次，这种方法不能 充分满足个性化和动态热舒适的需求。第三，这种方法容易导致室内热环境的过冷或过热，从而导 [3] 致能源浪费 。 另一种室内热环境控制方法是基于PMV （The Predicted Mean Vote ）的控制。PMV 是 Fanger 教授在20 世纪70 年代提出的一种热环境控制指标。该指标在统计意义下预测机械控制条件下的稳 定热环境中的人体热感觉[4] 。然而，这种控制方法的局限性在于PMV 是一个统计指标，它反映了 基于统计得到的平均热感觉，因此难以满足实时热环境控制中的用户个性化需求。此外，PMV 对 人体热感解决的预测仅在稳态环境中具有一定准确性，但在处理人体的动态热感觉时这种基于 PMV 的控制效果不佳。第三，这种基于PMV=0 的热中性控制只针对最佳舒适性的目标，并没有考 虑到针对最小空调能耗的控制目标。  韩典杉，女，生于1996 年4 月，清华大学建筑学院在读本科生 * 王福林，男，生于1971 年10 月，博士，副教授，北京市海淀区清华园1 号清华大学建筑学院，邮编：100084，联 系电话E-mail ：flwang@tsinghua.edu.cn 国家自然科学基金资助（项目批准号，大金工业株式会社资助 （项目号：20173000047） [5][6] 基于热感觉表达的控制方法 是根据室内用户的热感觉（例如，“热”“冷” “干” “湿” 等）代替温度设定值进行室内热环境控制的一种方法。用户可以通过人机交互界面（HMI ）输入这 些热感觉，即进行热感觉表达。控制系统会将这些热感觉转化为最优的设定值，并据此调整室内环 境控制设备的运行状态。尽管基于热感觉表达的控制能够实现令用户满意的室内热环境，并且在能 耗方面较基于设定值的控制具有一定优势[6] ，但它仍然存在一些缺陷，例如图1 所示的冷/热区域 交叠问题。冷/热区域交叠问题是指随着时间的推移，个人的舒适范围会随着代谢率和服装水平的 变化而不断改变，因此在T-RH 图上就表现为有些区域既可能是冷感觉区域也可能是热感觉区域， 即冷热交叠区域。当环境参数处在这个交叠区域时，由于其服装水平和代谢率的变化引起的舒适区 变化，会使用户不能保持处在舒适区从而不断产生热感觉表达行为，这可能会频繁打扰用户工作的 专注度。 图1. T-RH 图中的冷感觉、热感觉和舒适感觉范围