建筑室内热环境个性化控制的作用与实施

建筑室内热环境个性化控制的作用与实施

张峰

沈阳建筑大学 辽宁 沈阳市 110000

摘要：在我国快速发展过程中，经济在迅猛发展，社会在不断进步，建筑室内热环境是影响人体健康和舒适的重要因素，研究表明，不同地域、建筑功能、空间大小、人群等对室内热环境的需求具有明显的个性化差异。室内舒适热环境的营造应充分考虑气候、自然环境、建筑条件、空间尺度、建筑用户等各种因素，进行动态化的控制调节。调节手段应以建筑技术优先，设备调节为辅，建筑的装修应尽量轻质化，以便能够实现热环境快速调控。

关键词：室内热环境；个性化控制；作用；实施；建筑空间尺度

引言

在建筑方案设计中存在繁多的设计变量，例如，围护结构的热工特性、窗墙比、朝向等。大量设计变量与室内热舒适及建筑能耗之间存在着非线性复杂耦合关系，导致设计师在优化时，一方面有许多可供选择的优化组合，另一方面无法直观地判断各设计组合是否产生了理想的效果，最终导致设计方案减少了能耗也减少了室内热舒适或者既减少了室内热舒适又增加了能耗，搜索不到最佳的设计方案。

1研究意义

高大空间建筑空调系统能否达到较好的舒适效果和节能目的，很大程度上取决于空调形式及其气流组织设计是否合理。由于高大空间建筑的种类繁多，功能各异，空调系统所要求达到的室内环境参数也不同，在无法预知各种气流组织方式下室内空气温度、速度分布以及运行能耗的情况下，也就无法确定最佳气流组织方案。因此，本文以某商业建筑中庭室为例子，采用数值模拟计算的方式分析其室内热环境情况，尽可能以实际工程运用的角度来简化完善其中操作过程，最后使负荷与空调系统之间达成匹配，以期对今后的工程设计提供指导。

2建筑室内热环境个性化控制的作用与实施

2.1实验参数的确定

1）输入层数的确定输入层是系统外界的输入，是信号的接收端，一般情况下，输入层的节点数，可由输入的向量维数来确定。实验中影响PMV值预测的因素主要有六个，分别为室内温度、室内湿度、平均辐射温度、室内风速、服装热阻和人体新陈代谢率;冬季工况下，人体服装热阻取1.5Clo，为一个固定值;人静坐和轻劳动时人体新陈代谢率M为69.8W/m2a因此，根据实际情况，本实验选择室内温度、平均辐射温度、室内湿度、室内风速作为系统的输入。2）输出层数的确定系统的输出是我们要预测的目标，本次实验是对PMV值进行预测，由PMV值作为系统输出的节点。3）隐含层数的确定隐含层节点数选取对构建BP神经网络有一定影响，假设选择的隐含层节点数过少，该模型会找不到合适的函数关系，系统预测的误差会随之增大，倘若选取的节点比较多，可能会出现过度拟合的情况，表示为训练的样本数据比较准确，在预测时误差比较大。隐含层节点数一般就是根据人为的经验来设定，通常确定隐含层点数的有几种方法:(1)如果要求选的权函数波动大一点，变化大一点可以适当的增加一些权函数和隐含层的节点数。(2)要想预测的精度高一点，也可以增加隐含层的节点数。(3)可以事先设定比较少的隐含层单元，然后根据训练的误差，调整需要的节点数和隐含层数。

2.2超大空间

超大空间一般指建筑面积很大，层高较高的空间，如大型交通枢纽建筑（机场航站楼、客运站候车室）、会展建筑、体育场馆等。超大空间的末端空调设备布置常受局限，室内热环境的控制难以做到均匀。由于这类空间的人员停留时间短，因此热环境个性化控制要求不宜过高，热环境的控制应以人的活动高度范围为主，对于人员活动范围之外的区域，应尽量减少其对人员活动区热环境的负面影响，比如夏季避免辐射热过大、冬季避免上热下冷等现象。超大空间应做好自然通风；合理采用分层空调或局部空调；做好空调气流组织设计，避免人员区域空调风速过大；做好透光围护结构的可调节的遮阳设计，避免局部过热；做好防冷风设计，避免局部过冷。

2.3优化目标

主要研究寻求保证室内热舒适同时减少建筑能耗的设计方法，因此，将建筑能耗及室内热舒适做作为目标函数。考虑到居住建筑的空调系统形式较为单一，多为单元式空调，因此，选择使用建筑全年冷热负荷取代建筑能耗作为优化目标。而室内热舒适的衡量标准取建筑在非采暖空调的状况下，全年逐时室内温湿度处于可接受热舒适范围内的小时数占全年总小时数的比例。如图３所示，重庆地区非采暖空调情况下，可接受范围为图中虚线包围区域。同理，也可将建筑设计者的其他需求作为目标函数，如通风，采光效果等。

2.4室内热环境的调节应做好末端控制

室内热环境的末端控制，主要指采用设备控制。不同功能、不同朝向的房间应考虑不同的控制策略，因此设备控制系统的配置应便于按房间功能、朝向以及人员需求进行调节，这涉及到设备形式及其控制系统。设备的控制可以完全按照使用者的意志，也可以根据运行积累的环境数据预先设定，还可以采用人机交互控制、人工智能控制等方式。当采用多种设备对室内热环境进行调节时，可采用交替进行的混合控制，也可以采用同时运行的联合控制方式。联合控制的方式最能够体现个性化调节策略。例如集中空调风系统+小型分散式末端设备的联合控制调节系统，利用集中空调风系统实现空间内背景热环境的控制，满足基本需求，而采用小型分散式末端设备，如风机盘管机组、空调室内、风扇、局部区域的机械通风设备等，实现局部区域的个性化精细化热环境调节，尽可能独立控制每个小型末端设备，可获得更宽的热舒适范围，达到热环境的精准控制。需要注意的是，装修设计必须与空调末端设计一体化，才能根据每个人的空间合理配置设备及风口，并考虑温湿度、风速的可调性以及设备噪声对人员的影响。

2.5中庭的常见空调形式

作为典型的高大空间建筑，中庭在垂直方向上往往存在明显的温度梯度，而其顶部通常采用的玻璃屋顶则又容易造成温室效应。中庭热环境的特点使得中庭空调设计不同于一般建筑，通常采用的是分层空调方式，以全空气系统沿中庭四周设送风口，下部集中回风，上送下回的气流组织。相比于全空间空调系统，分层空调系统能有效控制人员区环境、布局合理、管道少，故可节约投资和运行费用，国内研究表明其节能量大约在30%左右。对于中庭夏季上部空间过热的现象，可以通过在上部走道与中庭交界处设置送风口、保持走道微正压等方式来削弱中庭对相邻走道等使用空间热环境的影响。而尽量减少屋顶透光面积，加设遮阳则能有效减小温室效应。在冬季，地板辐射供暖是一种舒适的供暖方式，室内地表温度均匀，室温由下而上逐渐递减，给人以脚温头凉的良好感觉。地板辐射供暖使热量集中在人体受益的高度内，能有效缓解因大空间烟囱效应导致的底部过冷现象，使得人员活动区舒适度得到有效的保障，所以中庭大空间冬季常见的空调系统形式为全空气系统，辅助地板辐射供暖。

结语

室内热环境的个性化，既包括不同功能、不同大小空间热环境的个性化，也包括同一空间不同人员个体需求的个性化，还包括不同地域人群因气候适应性产生的特殊需求的个性化。室内舒适热环境的营造应充分考虑各种因素，采用自然环境与空调环境相结合，建筑技术与设备系统相结合，手动控制与智能控制相结合的联合控制方式，实现因人而异、因使用需求而异的精准控制。

参考文献

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