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李先庭:健康、高效的面向需求通风, 未来建筑突破点

来源:2020-03-25

 

清华大学建筑学院建筑技术科学系教授 李先庭

 

2019年尾延续至今的新冠肺炎疫情,让人们意识到了室内高效通风的重要性。高效的室内通风可以保证室内空气的健康,而空调在通风、净风中也同样发挥着重要的作用。在此次疫情中,李先庭教授与国内行业众多专家提议成立“看机新冠肺炎空调(供热)小组”,并借鉴2003年SARS疫情的宝贵经验,针对目前情况提出大量实际又智慧的建议。


面向需求通风走向高效性


李先庭教授认为,在如今疫情严重的当下,除了自身严格防护,还应该正确使用空调,保持室内良好通风,有利于防止疫情传播,降低交叉感染风险,保障人们身体健康。室内通风的目的便是为了拥有健康的室内空气品质,产生热舒适,而空调通风是一种以满足需求且高效的通风方式。


与此同时,需求会根据环境的不同而产生不同,也会随着时间的变化而变化,因而在设计空调系统时,要考虑到差异性和局部性,就算处于同一空间,也会存在多种需求参数。但是目前设计的众多通风系统都很难做到在众多日常场景也保持同步高效。面向需求通风将如何设计高效、如何控制,成为如今需要解决的重点问题。李先庭教授提出:“若仅保障人员周围的局部区域,似乎将形成更高效、能耗更低的通风形式。”


在传统的评价方法是针对整个房间,不关注需求位置,这就导致空调运行能耗非常高。李先庭教授推倡“以人为本”的高效气流组织评价,用人员分布密度来描述室内空间的使用状况,以此为基础对换气效率、排污效率、热舒适等进行修正。针对实际可能出现的若干种代表性需求场景,分别提出对应的高效保障气流分布形式,将多种气流分布形式有机融合一套综合的通风系统。


面向需求通风的控制方法


在空调实际运行时,假设实时出现的需求场景,针对不同人员的频繁移动的气流组织及营造方法的不同,已研究出了多种面向需求的控制方法。


一、污染源辨识。通过对多个样本采样,通过有限数量的传感器实现快速识别,通过对多个定常污染源,测量释放的污染源,即使存在交稿的测量误差,依旧可以产生准确的结果,并且减少测量误差后结果将更准确。


二、人员辨识。通过人员和污染源的定位,可以识别通风对象,并为通风系统高效、快速响应控制策略奠定基础。一般而言,房间的实际使用情况变化较大,可以通过提取人员身体部位的关键点进行多视图重建,保证人员定位的准确性和及时性。如果将人员位置辨识方法、污染物便是方法与多模式通风结合,实现空调的高效通风将更进一步,将其切换到对应场景高效的通风形式,基于此可以适应众多变化场景的高效通风。


三、预测性控制。这是利用表达式实现在线的预测,就可不再需要基于反馈的调节方法。首先通过针对最终控制目标优化出最终送风参数;然后指定在最终一步调节之前,进行中间调控的步数(N)及每步持续的时间;将时刻作为中间控制时刻,设定各位置参数值等于最终目标设定值,一次性优化出前(N-1)步送分参数值;最后按照优化结果,进行送风参数调节。

 

 

李先庭教授总结道:“面向需求通风与传统通风显著不同,已经解决了如通风量设计、气流组织评价、多模式通风系统及其实现途径及面向需求通风的控制方法等问题。”与此同时,在实际的工程中应用面向需求通风的理念,也应切实降低通风能耗,提高通风效率。李先庭教授还补充道,也不可妄自使用,面向需求通风还有一些问题有待进一步研究。


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