论文解读

在人员密度大、在室人员数目较为随机的开放式办公环境中，由于机械通风的设计和运行通常以满员时的新风量为基础，因此经常会出现能耗过剩的情况。考虑到后疫情时代和气候变化的双重挑战，本研究提出了一种空气净化器运行的实时监测和优化方法，以辅助机械新风系统，降低机械新风系统的能耗并改善室内空气质量。结果表明，通过部署四个传感器，在30至40s内对净化后浓度的预测精度能够达到较高水平，且一般情况下开启三台以内的空气净化器即可实现污染物浓度的控制。同时，与仅开启机械新风系统以达到相同污染物浓度水平相比，机械新风系统和空气净化器的总能耗平均降低了34.6%。总的来说，这项研究提出了一种基于室内非均匀的实时污染物浓度的空气净化器的优化布置方案，并能够实现在保证室内空气质量的同时降低能耗。该成果发表在中科院一区期刊《Building and Environment》，影响因子为7.4，论文第一作者为课题组在读本科生陈迪菲，指导老师为叶蔚副教授。

论文信息

研究结果

(1)通过对呼吸区进行粗网格划分，初步确定传感器的最佳位置在各分区的中心区域。此外，通过部署四个传感器进行监测，能够以可接受的精度预测9.0m×9.0m×3.0m尺寸的开放办公室内整个呼吸区内的污染物浓度。

(2)通过生成的数据集训练，监测和预测神经网络均显示出良好的有效性和准确性，尤其传感器所在分区周围区域显示出更高的预测精度。净化器的放置不影响预测神经网络预测净化后污染物浓度分布的准确性。

(3)在开放式办公室环境下进行的研究显示，空气净化器辅助机械新风以降低系统能耗的策略可行。在大多数情况下，兼顾能耗与室内空气品质的最优的净化器布置方式仅需要放置三台以下的净化器，且绝大多数情况下放置位置位于办公空间的中心区域。换气次数与目标污染物的初始浓度会对节能效果产生影响，在初始浓度较高的情况下影响更为显著。

(4)   与使用机械新风系统进行全室稀释达到相同的污染物浓度水平相比，使用空气净化器辅助机械新风系统的方法平均减少了34.6%的能耗，同时确保了最低的人均新风量，这一结论证实了该方法的有效性。通过50次测试得到优化方案的计算过程平均大约需要34.7秒，观测计算时间均在30-40s氛围内，实时性较好。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111478

部分图表

图1 研究框架

图2 数据离散化处理

图3 应用不同传感器数量时传感器的部署位置及对应的分区: (a)两个传感器，(b)三个传感器，(c)四个传感器

(a) 在单个条件下每个分区的比较

(b) 30种不同浓度条件下呼吸区的RMSE值分布

图4 呼吸区污染物监测网络实际浓度与预测浓度的比较

(a) 在单个条件下每个分区的比较

(b) 30种不同浓度条件下呼吸区的RMSE值分布

图5 呼吸区净化后污染物浓度预测网络实际浓度与预测浓度的比较