随着健康建筑的发展需要,2017年1月6日已正式颁布了中国建筑学会标准《健康建筑评价标准》(T/ASC02-2016),并在即日起开始实施。健康建筑是绿色建筑深层次发展的需求,重在营造基本的健康建筑环境(声、光、热、空气品质)。本课题为验收结题的国家“十二五”科技支撑计划课题——《室内健康环境表征参数及评价方法研究》的后续研究课题,主要针对“十二五”课题实测调查数据采集手段所存在的缺陷与亟待解决的问题开展研究,以“十二五”课题研究得到的居住建筑室内健康环境表征参数及评价方法为基础,通过理论研究、学科交叉合作、实测调查研究等手段,以改进现有实测手段,实现构建长期连续、多参数记录、用户友好的居住建筑物联网室内健康环境实时监测及评价系统为目标,主要开展了以下研究工作:首先,针对目前既有居住建筑室内环境参数实测过程中所存在的普遍性问题进行研究。作者在“十二五”课题实施期间参与了对东北地区6座城市(齐齐哈尔、锦州、沈阳、鞍山、长春、哈尔滨)51户家庭所开展的居住建筑室内环境的入户实测调查,调查内容包括对室内四个功能房间(起居室、卧室、厨房、卫生间)的热湿环境、空气品质、光环境以及声环境进行连续24小时的数据采集与记录以及住户的问卷调查。通过对实测数据与调查问卷的综合数据分析,针对目前入户实测调查中所普遍存在的问题对调查结论的影响进行了剖析,主要影响来源包括住户行为的随机性、测试周期、建筑室外环境不一致等。分析结果表明,现有的实测手段难以满足长期测试要求,而实现长期测试需要解决数据采集、传输的智能化信息技术及住户友好性等问题。因此,本研究认为构建适用于长期、连续、自动记录的室内健康环境实时监测平台具有重要意义。其次,为了解决上述分析得到的数据采集手段所存在的问题,设计构建了物联网室内环境参数实时监测可视化平台。该平台选择了具有低功耗、低成本、适用于短距离通信的无线数据传输系统,采用ZigBee协议作为通信协议。采集参数依据国家“十二五”科技支撑计划课题所得到的研究成果——室内健康环境表征参数(温度、相对湿度、CO2浓度、PM2.5浓度、噪声、照度),在此基础上,综合考虑测试精度、功耗、体积、运行条件、噪音、成本等方面要求,通过反复优化筛选确定了参数传感器。将各个功能房间的表征参数传感器集成设计形成子节点模块,进而通过无线传输的方式将子节点模块采集的各项环境参数数据上传至户用主节点模块,最后通过互联网将主节点模块接受数据上传至云服务器,从而实现了远程数据采集、分析的可视化平台构筑,为同时开展不同气候区居住室内环境实时监测及大样本数据库的建立提供了技术保证。第三,为了验证搭建的物联网室内环境实时监测系统的可靠性,进行了数据监测精度、布置方式等方面的系统可靠性实验研究。在测试精度的可靠性实验中,在相同的、保证一定的温度波动范围的实验条件下,通过将物联网测试系统所采集数据与经过标定或高精度的相关环境参数测试仪器测试结果进行误差分析,寻找出存在的系统误差并进行修正,使各个传感器采集数据符合真实情况。对参数传感器进行修正后,温度参数传感器测试精度不低于±0.5℃、相对湿度不低于±5%、CO2浓度不低于±150ppm、PM2.5浓度不低于10μg/m3、噪声不低于±1dB、照度不低于10lx。另一方面,鉴于在实际测试过程中,子节点模块的布置位置局限性所带来的影响,针对不同功能房间人员活动区布置的理想位置与实际测试可能的布置位置测试结果进行了实验研究,研究结果表明,测点布置位置是否处于人员活动区、通风路径、污染源附近、门窗处等都会产生影响,实际测试时应优先布置于人员活动高频区域,以及有一定高度(≥0.8m)的家具处,既可对人员行为带来的影响进行记录又不对住户生活产生较大影响。最后,采用物联网室内环境实时监测系统分别对不同气候区13座城市21户家庭进行了冬季和夏季的长期实测调查研究。重点针对不同气候区域住户调控方式地域差异性对室内环境影响以及测试周期对室内环境健康性能评价影响进行了研究与分析。结果表明,利用ZigBee无线传感器数据传输系统能较好实现对居住室内环境的实时长期监测,为了解不同气候区室外环境变化、居住者生活方式、采暖降温方式等对室内环境的影响及存在的健康风险提供了数据采集和评价的有效途径。本文构建的居住建筑物联网室内健康环境实时监测系统设计时预留了各种接口,具有较好的可拓展性,且能够对既有的传感器模块进行升级更换。另一方面,本系统主要以电源供电为主,实现长期的电池供电效果,可进一步提升设备的便携性,同时也能提供更多的测点布置位置选取。