室内空气质量最优智能换气系统的设计开题报告.doc

青岛农业大学毕业论文(设计)开题报告 题 目：室内空气质量最优智能换气系统的设计 姓 名： 邵杭 学 院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 1204 学 号： 20122842 指导教师： 岳丹松 2016年 3 月 18日说 明一、有关说明毕业论文(设计)题目确定后，学生应尽快征求导师意见，讨论题意与整个毕业论文(或设计)的工作计划，然后根据课题要求查阅、收集有关资料并编写研究提纲，主要由以下几个部分构成：1.研究(或设计)的目的与意义。应说明此项研究(或设计)在生产实践上或对某些技术进行改革带来的经济、生态与社会效益。有的课题过去曾进行过，但缺乏深入研究，可以在理论上继续做些探讨，说明进一步研究对科学发展的意义。2.国内外同类研究(或同类设计)的概况综述。在广泛查阅有关文献后，对该类课题研究(或设计)已取得的成就与尚存在的问题进行简要综述，只对本人所承担的课题或设计部分的已有成果和存在问题进行有条理地阐述，并提出自己对相关问题的看法，找到研究主题的切入点，引用内容要有标注。3.课题研究(或设计)的内容。要具体写出将在哪些方面开展研究，要重点突出。研究的主要内容应是物所能及、力所能及、能按时完成的，并要考虑与其它同学的互助、合作。4.研究(或设计)方法。科学的研究方法或切合实际的具有新意的设计方法，是获得高质量研究成果或高水平设计成就的关键。因此，在开始实践前，学生必须熟悉研究(或设计)方法，以避免蛮干造成返工，或得不到成果，甚至于写不出毕业论文或完不成设计任务。5.实施计划。要在研究提纲中按研究(或设计)内容落实具体时间与地点，有计划地进行工作。二、注意事项1.开题报告的撰写完成，意味着毕业论文(设计)工作已经开始，学生已对整个毕业论文(设计)工作有了周密的思考，是完成毕业论文(设计)关键的环节。在开题报告的编写中指导教师只可提示，不可包办代替。2.无开题报告者，不准申请答辩。3.本表要用计算机填写，签字要手写，一式三份，本人、导师、所在学院(要原件)各一份。4学生可根据内容的多少调整表格的大小。一、选题依据(拟开展研究项目的研究目的、意义等)1、 项目研究目的居室是人们工作生活休息的主要场所，据相关统计，人们每天平均大约有80%以上的时间在室内度过。随着生产和生活方式的更加现代化，室内空气质量对人体健康的关系显得更加密切。本文将讨论并设计一套室内智能换气系统，以保证室内空气始终处于最优状态，满足人们对健康住宅的需求。2、 项目研究意义近年来，随着科学技术的发展、生活水平的不断提高、健康意识的不断增强，人们对室内空气质量的关注程度和要求值越来越高。目前，大部分居民室内都安装了空调系统，但大多数空调系统的控制功能仅能实现湿度和温度的调节，不能对室内有害气体的成分、含量、污染程度以及对人体健康损害情况进行监测、控制和调节。由建筑本身和室内环境对人体造成的影响可分为“病态建筑综合征(Sick Building Syndrome)”和“多种化学过敏症(Multiple Chemicalsen Sitivity)”。室内环境专家认为，现代人类正面临继“煤烟污染(Smoke Pollution)”、“光化学烟雾污染(Photo-Chemical Smog)”之后，以“室内空气污染(Indoor Environmental Pollution)”为主的第三次环境污染。世界卫生组织(World Health Organization)和美国环保署(U.S. Environmental Protection Agency)将室内空气污染作为环境危害的重点之一。检测结果表明，挥发性有机化合物(Volatile OrganicCompound)、呼出气、吸烟、尘埃、烹调、燃料燃烧以及建筑和装修材料中所使用的化学物质，都是室内空气的主要污染源。其中，呼出气的主要成分是CO2，每个成年人每小时平均呼出的CO2大约为22.6L，伴随呼出的还可有氨、苯、酚、甲醇、丁烷、丁烯、乙酸、丙酮、氮氧化物、H2S、CS2等；吸烟时烟气的主要成分有CO、尼古丁、多环芳烃、甲醛、亚硝胺、丙烯腈、氟化物、氰氢酸、砷、镉、镍、铅等3000多种有害物质；而厨房空气中，SO2可达17mg/m3、NO2可达50mg/m3、CO可达300mg/m3以上。此外，在室内空气中还存在500多种挥发性有机物，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种。室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”。本文所研究的室内空气质量最优智能换气系统以及智能控制的有关技术，是为满足人们对室内空气环境中健康和舒适等方面的需求。对进一步保护室内人员的健康，以及对我国智能家居的发展，都具有很好的促进作用。二、国内外同类研究或同类设计的概况综述(在充分收集研究主题相关资料的基础上，分析国内外研究现状，提出问题，找到研究主题的切入点，附主要参考文献)室内空气质量问题可以追溯到远古时代，从原始人类住进洞穴并在其内点火烤食取暖起，洞穴烟尘污染问题就被摆上了人类的历史舞台。但直到二十世纪初，人们才开始采用科学的方法对室内空气质量问题进行系统的研究。1939年成立的美国工业卫生协会(American Industrial Hygiene Association)标志着工业环境对人体健康的问题已受到了人们的关注。随着世界各国城市化进程的加速，人民生活水平的提高，消费结构的不断改善，人们对建筑物服务水平的要求也在提高。人们不仅仅满足于建筑物遮风挡雨、冬暖夏凉这些最底线的功能要求，而把更多的目光投向了室内空气品质(Indoor Air Quality)1等方向。后来，空调开始普及，人们一方面提高建筑物的气密性和热绝缘性，导致室内有害污染物得不到新风稀释而浓度提高2；另一方面，大量新型建筑和装饰材料3、日用化学品、家用电器等进入住宅，使室内环境污染物的来源和种类日益增多，严重恶化了室内空气。于是长期处于室内的人群常常感到不适，“病态建筑综合症(Sick Building Syndrome)” 4、“大楼并发症(Building-Related Illness)”和“军团病(Legionnaires Disease)”等问题5也相继出现。20世界70年代起，IAQ研究在国际上开始受到重视，政府与民间组织、机构投入了大量的人力和经费从事室内环境问题的研究。美国成立了专门机构负责室内环境安全与空气质量，法国成立了室内空气质量监测中心。不少国家投巨资建立了专门用于室内环境研究的受控环境舱(Controlled Environment Chamber)6，如美国劳伦斯·伯克利实验室(Lawrence BerkeleyLaboratory)的室内环境系、丹麦理工大学的室内环境和能源国际中心(International Centre for Indoor Environment and Energy)等7。当前，室内空气质量客观评价的依据是人们受到的影响跟各种污染物浓度、种类、作用时间之间的关系，同时还利用了空气龄(Air Age)、换气效率(Air Exchange Efficiency)、通风效能系数(Ventilation Effectiveness)等概念和方法8-11。国际室内空气质量讨论会、英国特许建筑设备工程师协会(Chartered Institute of Building Services Engineers)、美国采暖、制冷和空调工程师协会(American Society of Heating,Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)、等都对室内空气质量做出了规定。目前应用比较广泛的是ASHRAE Standard 62-1989R12中对可接受的室内空气质量(Acceptable Indoor Air Quality)2的定义：室内中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓度指标，并且处于这种空气中的绝大多数人对此没有表示不满意13,14。然而对于改善室内空气质量，传统空调却存在着很多问题15。传统空调只是注重对室内温度、湿度的调节，并没有考虑室内空气质量，同时出于减少能耗等目的，传统空调往往采用较小的新风量，并紧闭门窗。这种做法使得室内挥发性有害化学物质、生活油烟以及室内病菌霉菌得不到有效稀释和置换，使得室内空气中这些污染物浓度升高，人们长时间暴露在这种环境下，容易造成恶心、头痛、头晕眼花、暂时性记忆丧失、心慌乏力、情绪不稳等，严重的可能导致神经和呼吸系统受到损害16。改善室内空气质量，除进行物理吸附和化学吸附17除去空气中有害成分外，向室内通入新风18,19是最有效的消除室内空气污染，保持室内空气质量的方法。随着计算机技术的发展，利用计算流体力学对室内空气流动进行数值模拟的方法应运而生20。数值模拟方法通过求解质量、动量、能量、气体组份质量守恒方程和粒子运动方程，得到室内各个位置的风速、温度、相对湿度、污染物浓度、空气龄等参数，从而分析评价通风换气效率、热舒适和污染物排除效率等21。参考文献：1 宋广生. 室内空气质量标准解读M. 机械工业出版社, 20032 彦启森. 空调与人居环境J. 暖通空调, 20013,33(5): 1-53 成通宝等. 建筑装饰材料挥发性有机物及去除设备研究现状J. 暖通空调, 2002(5): 41-434 L.Molhave. The sick buildings and other buildings with indoor climate problemsJ. Environ Int, 1989,15: 65-745 周中平等. 室内污染检测与控制M. 北京化学工业出版社, 19946 贺培春. 基于舒适度的室内空气调节系统研究D. 重庆大学, 20107 潘云纲. 智能建筑空调及其自动控制系统J. 智能建筑, 2000(2): 24-278 李先庭,江亿. 用计算流体动力学方法求解通风房间的空气年龄J. 清华大学学报, 1998(5): 28-319  M Sandberg. The use of moments for assessing air quality in ventilated roomsJ. Building and Environment, 1983,18(4): 181-19710 M Sandberg. Ventilation efficiency as a guide to designJ. ASHRAE Trans, 1983,89(2B): 455-47911 赵鸿佐,赵玮. 通风换气的新概念与方法J. 通风除尘, 1996,(2): 20-2412 ASHRAE. Ventilation for acceptable indoor qualityR. Public Review Draft 62-1989R, 199613 沈晋明. 室内污染物与空气品质评价J. 通风除尘, 1995(4): 10-1314 沈晋明. 室内空气品质的评价J. 暖通空调, 1997,27(4): 22-2515 薛殿华.  空气调节M. 清华大学出版社. 199116 范存养. 以人居健康舒适、环境保护和能源有效利用为中心的空调技术进展J. 暖通空调, 1999(2): 26-3117 戚海浪. 室内空气品质改善措施的研究D. 南京理工大学, 200318 耿世彬,李永,韩旭. 室内空气品质与新风节能研究进展J. 建筑热能通风空调, 2009(10): 32-3819 王立忠. 提高新风效应改善室内空气品质的措施A. 港宁空调技术及设计研讨会论文集C, 2000.10: 103-10620 李先庭,杨建荣,王欣. 室内空气品质研究现状与发展J. 清华大学学报, 2000(3): 30-3621 R Djukanovic,P Wargocki and P.O Fanger. Cost-benefit analysis of improved air quality in an office buildingM. Proceeding:Indoor Air, 2002三、研究方案(研究内容、目标、研究方法、技术路线、拟解决的问题、特色或创新点等)1、研究内容本设计针对室内空气质量进行调查分析，对已有的室内空气换气系统进行优缺点分析总结。由于实验条件有限，实际物理模型的搭建难以完成，本设计拟从仿真角度予以分析，设计出一套适合城市居民室内使用，并且控制方便的智能化换气系统。该系统能实现对室内空气质量的监测并进行最优智能换气，进一步实现居家自动化、智能化。2、研究目标(1) 分析室内空气质量参数，探究室内空气质量对人体健康的影响因素，引入相应的量化指标，根据模型预测控制原理提出室内空气质量最优智能换气系统的总体方案；(2) 根据机理建模和黑箱建模的方式，以室内空气质量为被控对象建立数学模型，对被控对象的数学模型进行参数辨识，求解出房间各子模型的传递函数，搭建系统仿真平台；(3) 在分析室内空气质量对人体健康的影响与各气体成分浓度之间的映射关系的基础上，根据模型预测控制的原理，利用预先确定的优化指标，建立优化轨迹，研究预测控制器的控制率，确定每一个时刻的各气体成分浓度保持在最优状态，从而实现室内空气质量系统的最优控制；(4) 根据建立的模型和设计的预测控制器，运用Matlab工具搭建仿真平台，并在仿真平台上实现空气质量最优智能换气系统。3、研究方法在对本系统的探求过程中，主要通过对目前居家室内换气系统的优缺点进行分析，调查相应的文献资料，利用机理建模和黑箱建模的方式，建立被控对象数学模型，运用Matlab工具搭建仿真平台，探究出一种新型的、更适合居家应用的最有智能换气系统。4、拟解决的问题(1) 气体传感器监测室内空气质量问题；(2) 空气换气调节过程中，既保证空气质量最优有保证室内温度的问题。5、特色及创新点本设计方案以普通家用住宅为应用背景，进行室内环境空气调节的最优设计，将普通家居的空气调节设计成具有智能的家具空气调节系统。四、进程计划(各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等) 周数 工作内容第0102周：选题、查阅资料，确定系统方案，完成开题报告；第0306周：进行系统控制电路、机械结构设计和调试；第0710周：对系统进行程序设计，并准备中期检查；第1112周：进行系统调试和完善，写毕业论文；第1314周：进一步完善系统设计，修改和完善毕业论文，准备答辩。五、导师评语 年 月 日