改善生活：通过智能系统改善室内空气质量

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暴露于室内颗粒物污染会对一生的健康产生重大影响。伊丽莎白·库珀博士和王彦博士的研究表明，自动窗户和家用空气净化器的智能集成可以将平均预期寿命提高六个月。

发表于 9月2022年

与全球北部的大部分地区一样，英国的磷脂虫有大约65%的时间在家中度过，那里的污染物浓度可能远高于室外空气。

特别值得关注的污染物是直径小于2.5μm的颗粒物（PM2.5）。暴露于此会导致许多严重的健康问题，包括肺癌，中风，心脏病和哮喘。

PM2.5可通过配备高效颗粒空气（Hepa）过滤器的便携式家用空气净化器（HAPs）轻松过滤。改善空气质量的一种潜在方法是使用智能建筑控制系统，通过自动窗户和HAPs保持健康的室内环境。

伦敦大学学院环境设计与工程研究所的研究人员进行了一项研究，评估了使用自动化系统对健康的影响。

纳入了健康建模，以预测由于框架而引起的变化影响的潜在规模

居住者对窗户的操作对室内空气质量和建筑能耗产生了重大影响，但它也有可能与建筑物中的空气过滤策略发生冲突。考虑到这一点，该研究旨在开发一种新颖的楼宇控制框架，以优化窗户和便携式HAP的操作，以提高能源效率和健康。

楼宇控制系统在楼宇运营和性能中起着核心作用。这些系统的总体目标是满足居住者的舒适度，并最大限度地减少建筑能耗和碳排放。

一般来说，楼宇控制系统共享一个共同的结构：传感器到控制器再到受控设备。传感器测量环境参数（例如，温度和 CO2浓度）并将收集的数据发送到控制器，然后控制器使用预编程的逻辑处理数据以确定变化的方向。

近年来，窗口控制系统已成为一个热门的研究课题，HAPs的研究也是如此。然而，尚未探索同时控制窗口操作和HAP的集成系统。

方法

拟议的控制框架考虑到了季节性。对于非加热期，控制框架具有并行运行
的 HAP 和窗口控件。

相反，在加热期间，窗口设置为关闭，而机械通风与热回收（MVHR）系统连续运行以提供背景通风，并启用HAP控制。

HAP和窗口控制的逻辑示意图如图1和图2所示。HAP设置为在室内PM2.5浓度达到定义的“HAP开启”阈值（15μg/m）时运行3），一旦浓度低于定义的“HAP关闭”阈值（5μg/m），则停止工作3).

为了保持安全，窗户定于午夜和住所无人居住时关闭。否则，窗口的默认状态为完全打开以启用自然通风。当室内温度低于 EN 16798-1 II 类自适应舒适温度的限值时，窗口设置为完全关闭。而且，如果室外PM2.5浓度高于室内PM2.5浓度，且室内温度在舒适区内，则窗户将完全关闭，以降低HAP工作负荷。

纳入了卫生建模，以预测由于实施控制框架而发生的变化的潜在影响范围。

定量健康影响评估用于估计不同干预措施的未来死亡率和发病率，与没有这些变化的预测相比。

在这里介绍的工作中，使用生命表模型来量化室内PM2.5浓度降低对死亡率的影响。

生命表方法基于年龄和性别特定的死亡率，用于按年龄和日历年计算生存概率。使用基础死亡率进行影响评估，通过应用使用现有流行病学证据计算的相对风险，对潜在死亡率进行调整以反映暴露变化引起的死亡风险变化。

将单个单年生存概率相乘，以计算多年生存的累积概率。

这些累积生存概率适用于人口，允许计算人口生活年（其中一个生命年是一个人生活的一整年），这反过来又可以用来估计按年龄计算每个人的平均剩余预期寿命。

结果

为了进行比较，所提出的混合控制框架 - 以及单独的HAP或自动窗口控制 - 在一居室公寓的建筑模拟中进行了测试。夏季周的模拟结果如下。

如图3所示，对于没有任何控制措施的基线情景，室内PM2.5浓度出现早晚峰值;室内PM2.5浓度的日均值超过世界卫生组织（WHO）24小时限制（15μg/m3）在一周的大部分时间里，室内温度始终保持在舒适范围内。

对于自动窗口控制模式，使用自动窗口控制，室内PM2.5浓度峰值显着下降，超过WHOPM2.5浓度限制的天数比基线减少了两天。同时，乘员的热舒适性也得到了满足。然而，结果表明，仅依靠窗户控制可能不足以应对室内和室外污染水平高的情况。

在HAP控制模式下，室内PM2.5浓度峰值显著降低。然而，即使使用HAPs，仍有两天室内PM2.5的日平均浓度高于WHO的限值。原因是当时的室外PM2.5水平要高得多，因此，打开窗户会使室内条件恶化。

如图4所示，对于混合控制模式（代表所提出的控制方法），室内PM2.5浓度大幅下降，没有超过世卫组织每日限制的天数，而室内温度保持在舒适范围内。

联合控制HAPs和窗户的主要优点是，当室外污染很高时，窗户可以关闭，而不会积聚PM2.5。通过这种方式，HAP操作最小化，室内PM2.5浓度降低。同时，控制算法被引导寻找机会，当室外空气良好时，打开窗户进行自然通风。

基于案例研究平面的室内PM2.5浓度模型，在模拟期间（97岁）中，英国所有男性的平均寿命（YLG）分别为650万，1500万和1800万，分别用于自动窗口/ MVHR，HAP和混合模式。对于这三种干预情景，同一建模期间女性的平均YLG分别为约600万，1400万和1600万（表1）。

通过实施混合模式减少PM2.5暴露，增加了近六个月的平均寿命。

关键信息

这里介绍的工作强调了建筑设计师和工程师认识到与以居住者为中心的建筑设计和运营相关的健康影响以及能源效率和环境影响的重要性。智能楼宇控制系统的实施有可能减少人们在室内接触PM2.5，这可能对健康产生实质性的好处。

这项研究为政策制定者增加了技术证据，以帮助优先考虑建筑部门的健康。它还展示了智能和互联的楼宇控制系统如何改善室内环境，以改善居住者的健康。

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