Есть ли лучший способ контролировать комнатную температуру?
В любом офисе, доме или общем помещении почти всегда кто-то слишком холодный, кто-то слишком горячий и кто-то, кто не знает, что такое суета вокруг термостата.
Несмотря на то, что переменные, определяющие комфортную температуру, слишком человеческие, в зданиях обычно используются статические температуры - от 20 до 23,8 градусов по Цельсию (от 68,5 до 75 градусов по Фаренгейту) зимой и от 23,8 до 26,9 (от 75 до 80,5) летом - для программирования и запуска систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). В результате люди часто чувствуют себя слишком горячими или слишком холодными, несмотря на то, сколько энергии системы отопления и охлаждения тратят на создание комфорта.
Регулирование искусственной среды
В Соединенных Штатах и во всем мире на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха приходится около 50 процентов всей энергии, необходимой для эксплуатации коммерческих и жилых зданий. Только коммерческие здания составляют 22 процента национального потребления энергии в США. И все же такое высокое использование энергии редко приводит к цели всеобщего удовлетворения температурой здания.
Поскольку системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха запрограммированы на постоянную поставку заданных уровней нагрева или охлаждения, они не учитывают и не учитывают человеческие данные или личные предпочтения комфорта. Кроме того, поскольку эти системы не подстраиваются под переменные факторы, такие как тепло от прямых солнечных лучей, в помещении, температура воздуха неоднородна, и люди могут испытывать различные тепловые ощущения.
Производительность, здоровье и комфорт
Людям было бы удобнее, если бы системы HVAC могли реагировать в реальном времени на их различные уровни комфорта и их колебания в течение дня. Удовлетворенность человека своей средой, в частности уровнем теплового комфорта, напрямую влияет на его здоровье, благополучие и работоспособность.
И, учитывая, что люди в Соединенных Штатах и Канаде проводят в среднем 90 процентов своего времени в помещении летом и 97 процентов в помещении зимой, эти отношения могут иметь значительные далеко идущие последствия. На производительность сотрудников в закрытых офисах может сильно влиять воспринимаемое тепловое состояние окружающей среды. У работника, который лично чувствует себя комфортно в своей термальной среде, вероятно, будет меньше жалоб, уменьшен невыход на работу, увеличена производительность и улучшена мотивация.
Однако некомфортная тепловая среда приводит к низкой удовлетворенности работой, негативно влияет на производительность труда, снижает самооценку производительности и может вызывать трудности с концентрацией внимания. Высокая комнатная температура может приводить к увеличению числа сообщений о симптомах синдрома больного здания (чувство плохого самочувствия у людей в здании, например, раздражение глаз, носа и горла), а также об увеличении умственной нагрузки для выполнения когнитивных задач.
И хотя такие факторы, как мотивация, могут компенсировать негативное влияние термической среды на выполнение задач, работа с этим термическим стрессом может истощать общие нервные ресурсы человека. В долгосрочной перспективе эта постоянная высокая умственная нагрузка может нанести вред здоровью в целом. Управление температурной средой с помощью системы HVAC путем регулировки уставок термостата является одним из самых простых способов достижения оптимальной рабочей среды.
Разные уровни комфорта
Чаще всего владельцы зданий выясняют, насколько хорошо работают их системы отопления и охлаждения, спрашивая, насколько комфортны жильцы. Тем не менее, у каждого человека есть идеальная температура, которая может меняться в любой момент времени на основе всевозможных факторов, включая их возраст, пол, уровень физической активности, одежду и даже текущий уровень стресса. Эти различные уровни комфорта создают сложную проблему: как определить наиболее комфортную тепловую среду для наибольшего числа людей и как ее успешно регулировать.
Модель прогнозируемого среднего голоса (PMV), созданная датским инженером-экологом и экспертом по тепловому комфорту Povl Ole Fanger, оценивает тепловой комфорт с использованием четырех факторов окружающей среды (температура воздуха, средняя лучистая температура, скорость воздуха и относительная влажность) и двух человеческих факторов ( скорость обмена веществ и изоляция одежды). Модель PMV стала международным стандартом и используется для оценки теплового комфорта пассажиров в помещении по семибалльной шкале тепловых ощущений, где -3 - это холодно, 0 - нейтрально и +3 - жарко.
Однако эта модель не учитывает все факторы, и ее главный недостаток заключается в том, что человеческие факторы предполагаются одинаковыми для всех людей - она не учитывает личные различия. Даже при воздействии той же внутренней среды и рабочей нагрузки люди могут по-прежнему испытывать различные ощущения и предпочтения из-за своих личных факторов. Время и время года также влияют на этот уровень комфорта: люди, заходящие в прохладную комнату летом, могут сначала чувствовать себя комфортно, но через какое-то время им становится слишком холодно.
Оценка теплового комфорта
Улучшение тепловой среды сначала требует понимания как текущей ситуации, так и соответствующей информации о обитателях помещения, чтобы определить, как ее можно улучшить, а это означает, что тепловой комфорт обитателей должен быть точно оценен. Существует два основных способа достижения этого измерения: самоотчеты жильцов и оценки комфорта посредством физиологических реакций человека.
Некоторые исследователи предложили попросить жителей самостоятельно сообщать о своем уровне комфорта или голосовать за то, какой, по их мнению, должна быть температура. Используя приложение для телефона или веб-сайт, жители здания выбирают, будут ли они слишком горячими или слишком холодными, и что сделает их более комфортными. Затем алгоритм анализирует ответы и рассчитывает температуру, которая считается наиболее приемлемой для большинства людей. Однако, чтобы это работало хорошо, самоотчетность требует почти постоянной информации от людей, которые должны работать - и это по-прежнему не учитывает, может ли кто-то, кто чувствует себя некомфортно, помочь себе, надев или сняв свитер. Это также не принимает во внимание то, как тела людей испытывают температуру, которая тесно связана с тем, насколько прохладной или теплой они предпочитают, чтобы их окружение было.
Другим вариантом оценки теплового комфорта является измерение физиологических реакций организма человека. Физиологические реакции организма, такие как температура кожи, дыхание и частота сердечных сокращений, связаны с уровнем комфорта и тепловыми ощущениями. В результате можно получить комфортный статус жильцов без неудобных запросов о самоотчете или голосовании. Среди этих физиологических реакций температура кожи является эффективным предиктором теплового комфорта.
Температуру кожи можно измерить с помощью носимых устройств, обычно через прямой контакт с кожей или инфракрасные термометры, расположенные очень близко к коже. Измерения прямого контакта с кожей собираются с помощью контактных термопар . Они точны и просты в использовании, но могут быть навязчивыми, потому что они всегда должны контактировать с кожей человека. Поскольку температурные градиенты на руке, запястье и плече являются хорошими показателями теплового ощущения, контактные термопары часто помещают в браслеты. Инфракрасные термометры сложнее в использовании, потому что они должны быть расположены очень близко к коже для получения точных показаний, что означает, что, хотя существуют хорошие варианты, например, встроенные в оправы для очков, есть меньше менее навязчивых вариантов.
В предыдущем исследовании наша группа использовала комбинацию этих устройств, разместив несколько датчиков температуры по всему офису, заставляя пассажиров носить браслеты, которые контролировали температуру кожи и частоту сердечных сокращений, и предлагая пассажирам самостоятельно сообщать о своем уровне комфорта. Мы обнаружили, что добавление данных о том, как реагируют тела людей, сделало алгоритм более точным при расчете комнатной температуры, при которой люди, занимающие определенное пространство, чувствовали бы себя наиболее комфортно. Однако эта комбинация методов сбора данных все еще страдала от ранее упомянутых проблем, что приводит к третьему варианту: тепловые камеры.
Тепловые камеры создают изображения с использованием инфракрасного излучения и могут использоваться для дистанционного измерения температуры тела пассажира. Они имеют более длинный и гибкий рабочий диапазон, но, как правило, менее точны, чем контактные термопары и инфракрасные термометры. Они также обеспечивают полнокадровое изображение термографических измерений, которые можно использовать для определения показаний температуры в каждом местоположении пикселя.
Хотя для повышения точности прогноза может быть полезно включить дополнительную информацию, такую как частота сердечных сокращений и уровень активности, из других методов сбора данных в модель прогнозирования комфорта, температура кожи часто является наиболее эффективной и простой в использовании количественной информацией.
Данные от оккупантов
Человеческое тело поддерживает температуру внутри тела на уровне около 37 градусов по Цельсию (98,6 градусов по Фаренгейту) посредством терморегуляторного контроля притока крови к поверхности кожи. Поскольку на температуру кожи оказывают непосредственное влияние изменения кровотока, эти изменения температуры часто используются для оценки теплового комфорта и ощущений.
Если житель находится в состоянии теплового стресса, его тело будет реагировать: расширение сосудов - расширение кровеносных сосудов - увеличивает приток крови к поверхности кожи, что позволяет организму рассеивать избыточное внутреннее тепло и повышает температуру кожи. Если один и тот же человек слишком холоден в своем окружении, его тело будет реагировать: сужение сосудов уменьшает кровоток, чтобы ограничить потерю тепла, что приводит к более низкой температуре кожи.
Человеческое лицо имеет более высокую плотность кровеносных сосудов, чем другие поверхности кожи, что приводит к большему изменению температуры кожи в ответ на изменения в теле или окружающей среде. Эта функция делает лица лучшим местом для постоянного, неинвазивного измерения температуры кожи. В одном эксперименте было установлено, что изменение комнатной температуры на 5 градусов Цельсия (9 градусов по Фаренгейту) показывает статистически значимое влияние на температуру кожи лица.
Идеальные области лица для измерения температуры кожи - это те области, которые показывают самые большие колебания в условиях термического напряжения, а именно уши, нос и щеки. В условиях теплового стресса эти особенности имеют большие колебания температуры. При холодном стрессе уши имеют наибольшую вариацию, за которой следуют нос, щеки и лоб. В то время как человек находится в фазе охлаждения или нагревания, щеки показывают самые большие изменения.
Однако некоторые области лица, такие как лоб и рот, более чувствительны к стрессу от холода, что показывает, что существенные признаки, используемые для прогнозирования теплового комфорта человека, могут варьироваться в условиях жары и холода. В дополнение к тому, что они чувствительны к изменениям температуры, лица идеально подходят для дистанционного наблюдения, поскольку они часто не покрыты одеждой, поэтому любую излучаемую инфракрасную энергию можно измерять непосредственно с помощью тепловой камеры. Кроме того, алгоритмы могут хорошо распознавать человеческие лица и могут быть написаны так, чтобы легко находить определенные области интереса - такие как уши, нос и щеки - в изображениях для анализа данных.
Автоматизация изменений температуры
Для точного сбора и обработки данных каждая точка данных сначала должна быть правильно обнаружена. Алгоритм обнаружения объектов, основанный на машинном обучении, обнаруживает наличие определенных признаков - таких как края или изменения текстуры - в изображении, чтобы идентифицировать первые лица, а затем определенные черты лица.
После того, как лица были правильно определены, измерения температуры кожи лица обрабатываются. Тепловые камеры снимают изображения и показания температуры лиц, находящихся в помещении. Затем набор алгоритмов разделяет изображения на различные области лица, извлекает показания температуры на основе областей интереса, отбрасывает изображения для устранения проблем с конфиденциальностью, обрабатывает данные и определяет наилучшие тепловые изменения, чтобы оставаться в пределах статистически приемлемых уровней комфорта для большинства люди.
Модели прогнозирования комфорта затем принимают так называемые модели линейной регрессии , которые используют температуру кожи в качестве независимой переменной и общее тепловое ощущение в качестве зависимой переменной. Эти данные объединяются с методами машинного обучения, которые завершают регрессионный и классификационный анализ данных; Распространенными методами, используемыми для классификации теплового комфорта, являются машины опорных векторов (которые классифицируют новые данные на основе изученных категорий) и деревья решений (которые направляют путь ответа через структуру возможных результатов на основе входных данных).
Затем система управления HVAC использует эти алгоритмы, методы машинного обучения и данные человека для установки контроля температуры здания. Этот процесс называется системой « человек в цикле» , то есть для создания модели машинного обучения требуется как человеческий вклад, так и машинный интеллект. В этом конкретном случае человеческий вклад - это физиологические реакции на тепловые ощущения и поведенческие данные, а затем допуск системы для человеческих корректировок системы HVAC.
Алгоритм коллективного решения определяет максимальную температуру оптимальное заданное значение за счет максимального индекса PMV, или групповой комфорт, оценка. Затем используется алгоритм классификации ансамблей, называемый случайным лесом, для получения лучших результатов прогнозирования при классификации объектов путем усреднения большого набора деревьев решений. Эти модели персонализированного прогнозирования необходимо обучать только один раз, а затем они будут непрерывно прогнозировать уровень комфорта каждого пассажира. Затем управляющий сценарий постоянно выполняет алгоритм принятия решения для подключения данных к физической системе HVAC. Все это завершается автоматизированной, ориентированной на пользователя системой, управляемой данными, которая будет последовательно контролировать температуру кожи пассажира и регулировать температуру окружающей среды, чтобы обеспечить каждому человеку как можно более комфортно.
Этот метод наиболее эффективен в помещениях с большим количеством людей, таких как офисы с открытой планировкой, залы заседаний и театры. Он может приспосабливаться и учитывать различия в температуре между людьми в разных частях комнаты, независимо от того, стоят они, сидят или двигаются. И он может настраиваться на лету, не требуя активной обратной связи с человеком. В тестах этой системы люди меньше жаловались на то, что чувствуют себя неловко тепло или холодно, и предпочтение теплового комфорта пассажира было предсказано с точностью 85% с помощью измерения температуры кожи лица.
Измерение того, насколько комфортно людям находиться в окружающей среде, а затем автоматизация систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для их адаптации по мере необходимости была бы новаторской для многих помещений с высокой загруженностью. Особенно впечатляющей будет успешная интеграция измерений температуры с помощью дистанционного зондирования, которые не накладывают каких-либо ограничений на деятельность жильцов. Интеграция типа регистрации жильцов, которая отслеживала бы людей при их перемещении в пространстве, дополнительно улучшила бы данные в реальном времени и, таким образом, уровень комфорта пассажиров.
Термически комфортная среда приносит пользу всем. Оккупанты испытывают повышенную удовлетворенность окружающей средой и в целом улучшают здоровье и благополучие. Владельцы зданий извлекают выгоду из повышения мотивации и производительности жильцов, и они могут часто получать экономию энергии благодаря хорошо управляемой системе HVAC.
Источник: American Scientist
Перевел: Гястенов Зульяр
Несмотря на то, что переменные, определяющие комфортную температуру, слишком человеческие, в зданиях обычно используются статические температуры - от 20 до 23,8 градусов по Цельсию (от 68,5 до 75 градусов по Фаренгейту) зимой и от 23,8 до 26,9 (от 75 до 80,5) летом - для программирования и запуска систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). В результате люди часто чувствуют себя слишком горячими или слишком холодными, несмотря на то, сколько энергии системы отопления и охлаждения тратят на создание комфорта.
Регулирование искусственной среды
В Соединенных Штатах и во всем мире на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха приходится около 50 процентов всей энергии, необходимой для эксплуатации коммерческих и жилых зданий. Только коммерческие здания составляют 22 процента национального потребления энергии в США. И все же такое высокое использование энергии редко приводит к цели всеобщего удовлетворения температурой здания.
Поскольку системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха запрограммированы на постоянную поставку заданных уровней нагрева или охлаждения, они не учитывают и не учитывают человеческие данные или личные предпочтения комфорта. Кроме того, поскольку эти системы не подстраиваются под переменные факторы, такие как тепло от прямых солнечных лучей, в помещении, температура воздуха неоднородна, и люди могут испытывать различные тепловые ощущения.
Производительность, здоровье и комфорт
Людям было бы удобнее, если бы системы HVAC могли реагировать в реальном времени на их различные уровни комфорта и их колебания в течение дня. Удовлетворенность человека своей средой, в частности уровнем теплового комфорта, напрямую влияет на его здоровье, благополучие и работоспособность.
И, учитывая, что люди в Соединенных Штатах и Канаде проводят в среднем 90 процентов своего времени в помещении летом и 97 процентов в помещении зимой, эти отношения могут иметь значительные далеко идущие последствия. На производительность сотрудников в закрытых офисах может сильно влиять воспринимаемое тепловое состояние окружающей среды. У работника, который лично чувствует себя комфортно в своей термальной среде, вероятно, будет меньше жалоб, уменьшен невыход на работу, увеличена производительность и улучшена мотивация.
Однако некомфортная тепловая среда приводит к низкой удовлетворенности работой, негативно влияет на производительность труда, снижает самооценку производительности и может вызывать трудности с концентрацией внимания. Высокая комнатная температура может приводить к увеличению числа сообщений о симптомах синдрома больного здания (чувство плохого самочувствия у людей в здании, например, раздражение глаз, носа и горла), а также об увеличении умственной нагрузки для выполнения когнитивных задач.
И хотя такие факторы, как мотивация, могут компенсировать негативное влияние термической среды на выполнение задач, работа с этим термическим стрессом может истощать общие нервные ресурсы человека. В долгосрочной перспективе эта постоянная высокая умственная нагрузка может нанести вред здоровью в целом. Управление температурной средой с помощью системы HVAC путем регулировки уставок термостата является одним из самых простых способов достижения оптимальной рабочей среды.
Разные уровни комфорта
Чаще всего владельцы зданий выясняют, насколько хорошо работают их системы отопления и охлаждения, спрашивая, насколько комфортны жильцы. Тем не менее, у каждого человека есть идеальная температура, которая может меняться в любой момент времени на основе всевозможных факторов, включая их возраст, пол, уровень физической активности, одежду и даже текущий уровень стресса. Эти различные уровни комфорта создают сложную проблему: как определить наиболее комфортную тепловую среду для наибольшего числа людей и как ее успешно регулировать.
Модель прогнозируемого среднего голоса (PMV), созданная датским инженером-экологом и экспертом по тепловому комфорту Povl Ole Fanger, оценивает тепловой комфорт с использованием четырех факторов окружающей среды (температура воздуха, средняя лучистая температура, скорость воздуха и относительная влажность) и двух человеческих факторов ( скорость обмена веществ и изоляция одежды). Модель PMV стала международным стандартом и используется для оценки теплового комфорта пассажиров в помещении по семибалльной шкале тепловых ощущений, где -3 - это холодно, 0 - нейтрально и +3 - жарко.
Однако эта модель не учитывает все факторы, и ее главный недостаток заключается в том, что человеческие факторы предполагаются одинаковыми для всех людей - она не учитывает личные различия. Даже при воздействии той же внутренней среды и рабочей нагрузки люди могут по-прежнему испытывать различные ощущения и предпочтения из-за своих личных факторов. Время и время года также влияют на этот уровень комфорта: люди, заходящие в прохладную комнату летом, могут сначала чувствовать себя комфортно, но через какое-то время им становится слишком холодно.
Оценка теплового комфорта
Улучшение тепловой среды сначала требует понимания как текущей ситуации, так и соответствующей информации о обитателях помещения, чтобы определить, как ее можно улучшить, а это означает, что тепловой комфорт обитателей должен быть точно оценен. Существует два основных способа достижения этого измерения: самоотчеты жильцов и оценки комфорта посредством физиологических реакций человека.
Некоторые исследователи предложили попросить жителей самостоятельно сообщать о своем уровне комфорта или голосовать за то, какой, по их мнению, должна быть температура. Используя приложение для телефона или веб-сайт, жители здания выбирают, будут ли они слишком горячими или слишком холодными, и что сделает их более комфортными. Затем алгоритм анализирует ответы и рассчитывает температуру, которая считается наиболее приемлемой для большинства людей. Однако, чтобы это работало хорошо, самоотчетность требует почти постоянной информации от людей, которые должны работать - и это по-прежнему не учитывает, может ли кто-то, кто чувствует себя некомфортно, помочь себе, надев или сняв свитер. Это также не принимает во внимание то, как тела людей испытывают температуру, которая тесно связана с тем, насколько прохладной или теплой они предпочитают, чтобы их окружение было.
Другим вариантом оценки теплового комфорта является измерение физиологических реакций организма человека. Физиологические реакции организма, такие как температура кожи, дыхание и частота сердечных сокращений, связаны с уровнем комфорта и тепловыми ощущениями. В результате можно получить комфортный статус жильцов без неудобных запросов о самоотчете или голосовании. Среди этих физиологических реакций температура кожи является эффективным предиктором теплового комфорта.
Температуру кожи можно измерить с помощью носимых устройств, обычно через прямой контакт с кожей или инфракрасные термометры, расположенные очень близко к коже. Измерения прямого контакта с кожей собираются с помощью контактных термопар . Они точны и просты в использовании, но могут быть навязчивыми, потому что они всегда должны контактировать с кожей человека. Поскольку температурные градиенты на руке, запястье и плече являются хорошими показателями теплового ощущения, контактные термопары часто помещают в браслеты. Инфракрасные термометры сложнее в использовании, потому что они должны быть расположены очень близко к коже для получения точных показаний, что означает, что, хотя существуют хорошие варианты, например, встроенные в оправы для очков, есть меньше менее навязчивых вариантов.
В предыдущем исследовании наша группа использовала комбинацию этих устройств, разместив несколько датчиков температуры по всему офису, заставляя пассажиров носить браслеты, которые контролировали температуру кожи и частоту сердечных сокращений, и предлагая пассажирам самостоятельно сообщать о своем уровне комфорта. Мы обнаружили, что добавление данных о том, как реагируют тела людей, сделало алгоритм более точным при расчете комнатной температуры, при которой люди, занимающие определенное пространство, чувствовали бы себя наиболее комфортно. Однако эта комбинация методов сбора данных все еще страдала от ранее упомянутых проблем, что приводит к третьему варианту: тепловые камеры.
Тепловые камеры создают изображения с использованием инфракрасного излучения и могут использоваться для дистанционного измерения температуры тела пассажира. Они имеют более длинный и гибкий рабочий диапазон, но, как правило, менее точны, чем контактные термопары и инфракрасные термометры. Они также обеспечивают полнокадровое изображение термографических измерений, которые можно использовать для определения показаний температуры в каждом местоположении пикселя.
Хотя для повышения точности прогноза может быть полезно включить дополнительную информацию, такую как частота сердечных сокращений и уровень активности, из других методов сбора данных в модель прогнозирования комфорта, температура кожи часто является наиболее эффективной и простой в использовании количественной информацией.
Данные от оккупантов
Человеческое тело поддерживает температуру внутри тела на уровне около 37 градусов по Цельсию (98,6 градусов по Фаренгейту) посредством терморегуляторного контроля притока крови к поверхности кожи. Поскольку на температуру кожи оказывают непосредственное влияние изменения кровотока, эти изменения температуры часто используются для оценки теплового комфорта и ощущений.
Если житель находится в состоянии теплового стресса, его тело будет реагировать: расширение сосудов - расширение кровеносных сосудов - увеличивает приток крови к поверхности кожи, что позволяет организму рассеивать избыточное внутреннее тепло и повышает температуру кожи. Если один и тот же человек слишком холоден в своем окружении, его тело будет реагировать: сужение сосудов уменьшает кровоток, чтобы ограничить потерю тепла, что приводит к более низкой температуре кожи.
Человеческое лицо имеет более высокую плотность кровеносных сосудов, чем другие поверхности кожи, что приводит к большему изменению температуры кожи в ответ на изменения в теле или окружающей среде. Эта функция делает лица лучшим местом для постоянного, неинвазивного измерения температуры кожи. В одном эксперименте было установлено, что изменение комнатной температуры на 5 градусов Цельсия (9 градусов по Фаренгейту) показывает статистически значимое влияние на температуру кожи лица.
Идеальные области лица для измерения температуры кожи - это те области, которые показывают самые большие колебания в условиях термического напряжения, а именно уши, нос и щеки. В условиях теплового стресса эти особенности имеют большие колебания температуры. При холодном стрессе уши имеют наибольшую вариацию, за которой следуют нос, щеки и лоб. В то время как человек находится в фазе охлаждения или нагревания, щеки показывают самые большие изменения.
Однако некоторые области лица, такие как лоб и рот, более чувствительны к стрессу от холода, что показывает, что существенные признаки, используемые для прогнозирования теплового комфорта человека, могут варьироваться в условиях жары и холода. В дополнение к тому, что они чувствительны к изменениям температуры, лица идеально подходят для дистанционного наблюдения, поскольку они часто не покрыты одеждой, поэтому любую излучаемую инфракрасную энергию можно измерять непосредственно с помощью тепловой камеры. Кроме того, алгоритмы могут хорошо распознавать человеческие лица и могут быть написаны так, чтобы легко находить определенные области интереса - такие как уши, нос и щеки - в изображениях для анализа данных.
Автоматизация изменений температуры
Для точного сбора и обработки данных каждая точка данных сначала должна быть правильно обнаружена. Алгоритм обнаружения объектов, основанный на машинном обучении, обнаруживает наличие определенных признаков - таких как края или изменения текстуры - в изображении, чтобы идентифицировать первые лица, а затем определенные черты лица.
После того, как лица были правильно определены, измерения температуры кожи лица обрабатываются. Тепловые камеры снимают изображения и показания температуры лиц, находящихся в помещении. Затем набор алгоритмов разделяет изображения на различные области лица, извлекает показания температуры на основе областей интереса, отбрасывает изображения для устранения проблем с конфиденциальностью, обрабатывает данные и определяет наилучшие тепловые изменения, чтобы оставаться в пределах статистически приемлемых уровней комфорта для большинства люди.
Модели прогнозирования комфорта затем принимают так называемые модели линейной регрессии , которые используют температуру кожи в качестве независимой переменной и общее тепловое ощущение в качестве зависимой переменной. Эти данные объединяются с методами машинного обучения, которые завершают регрессионный и классификационный анализ данных; Распространенными методами, используемыми для классификации теплового комфорта, являются машины опорных векторов (которые классифицируют новые данные на основе изученных категорий) и деревья решений (которые направляют путь ответа через структуру возможных результатов на основе входных данных).
Затем система управления HVAC использует эти алгоритмы, методы машинного обучения и данные человека для установки контроля температуры здания. Этот процесс называется системой « человек в цикле» , то есть для создания модели машинного обучения требуется как человеческий вклад, так и машинный интеллект. В этом конкретном случае человеческий вклад - это физиологические реакции на тепловые ощущения и поведенческие данные, а затем допуск системы для человеческих корректировок системы HVAC.
Алгоритм коллективного решения определяет максимальную температуру оптимальное заданное значение за счет максимального индекса PMV, или групповой комфорт, оценка. Затем используется алгоритм классификации ансамблей, называемый случайным лесом, для получения лучших результатов прогнозирования при классификации объектов путем усреднения большого набора деревьев решений. Эти модели персонализированного прогнозирования необходимо обучать только один раз, а затем они будут непрерывно прогнозировать уровень комфорта каждого пассажира. Затем управляющий сценарий постоянно выполняет алгоритм принятия решения для подключения данных к физической системе HVAC. Все это завершается автоматизированной, ориентированной на пользователя системой, управляемой данными, которая будет последовательно контролировать температуру кожи пассажира и регулировать температуру окружающей среды, чтобы обеспечить каждому человеку как можно более комфортно.
Этот метод наиболее эффективен в помещениях с большим количеством людей, таких как офисы с открытой планировкой, залы заседаний и театры. Он может приспосабливаться и учитывать различия в температуре между людьми в разных частях комнаты, независимо от того, стоят они, сидят или двигаются. И он может настраиваться на лету, не требуя активной обратной связи с человеком. В тестах этой системы люди меньше жаловались на то, что чувствуют себя неловко тепло или холодно, и предпочтение теплового комфорта пассажира было предсказано с точностью 85% с помощью измерения температуры кожи лица.
Измерение того, насколько комфортно людям находиться в окружающей среде, а затем автоматизация систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха для их адаптации по мере необходимости была бы новаторской для многих помещений с высокой загруженностью. Особенно впечатляющей будет успешная интеграция измерений температуры с помощью дистанционного зондирования, которые не накладывают каких-либо ограничений на деятельность жильцов. Интеграция типа регистрации жильцов, которая отслеживала бы людей при их перемещении в пространстве, дополнительно улучшила бы данные в реальном времени и, таким образом, уровень комфорта пассажиров.
Термически комфортная среда приносит пользу всем. Оккупанты испытывают повышенную удовлетворенность окружающей средой и в целом улучшают здоровье и благополучие. Владельцы зданий извлекают выгоду из повышения мотивации и производительности жильцов, и они могут часто получать экономию энергии благодаря хорошо управляемой системе HVAC.
Источник: American Scientist
Перевел: Гястенов Зульяр