Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din...
description
Transcript of Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din...
Universitatea Tehnică de
Construcții București
UNIVERSITATEA TEHNIC Ă DE CONSTRUCȚII BUCURE ȘTI
Facultatea de Ingineria Instalațiilor
TEZA DE DOCTORAT
Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului
global din clădirile inteligente.
Doctorand ing. Cristian OANCEA
Conducător de doctorat prof.univ.dr.ing. Sorin CALUIANU
BUCUREŞTI 2012
Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a studiilor
universitare de doctorat de bursă atribuită prin proiectul strategic „Sprijin
doctoral pentru doctoranzii în Ingineria Mediului Construit”, beneficiar
UTCB, cod POS DRU/88/1.5/S/57351, proiect derulat în cadrul Programului
Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane, finanţat din Fondurile
Structurale Europene, din Bugetul Naţional şi cofinanţat de către Univeritatea
Tehnică de Construcții București.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
3
Mul țumiri
Pe perioada ultimilor trei m-am concentrat pe realizarea tezei de doctorat, sub atenta
coordonare a profesorului Sorin Caluianu, pentru care îmi exprim întreaga recunoștință.
Mulțumită faptului că profesorul Caluianu m-a acceptat să devin doctorand am putut realiza
această teză. Profesorul Caluianu m-a motivat prin faptul că mi-a acordat încredere și m-a
susținut necondiționat în toate acțiunile care au condus la realizarea acestei teze.
Una dintre aceste acțiuni este stagiul doctoral pe care l-am realizat la Universitatea din
Reading.
La Universitatea din Reading am avut plăcerea să lucrez cu profesorul Derek
Clements-Croome, care mi-a permis să asist la cursurile masterului de Clădiri Inteligente, și
astfel am reușit să înțeleg esența conceptului de clădiri inteligente. Mulțumiri speciale Gulay
Ozkan.
De asemenea, tot la Universitatea din Reading am avut plăcerea să lucrez cu
profesorul Kecheng Liu, directorul Informatics Research Centre. Mulțumiri speciale
profesorului Richard Mitchel, Colin Barwick de la Departamentul de Administrație Tehnică al
universității și pentru Phil Cross de la Microsoft. Am avut parte de momente deosebite și nu
voi uita mediul internațional și cooperarea cu colegii.
Mulțumiri speciale sunt adresate și profesorului Gilles Notton de la Universitatea din Corsica,
pentru Andreas Wagner și Karin Schakib Ekbatan de la Institutul Tehnologic din Karlsruhe.
Pe întreaga perioadă a studiilor doctorale de 3 ani am primit bursă atribuită printr-un
proiect în cadrul P.O.S.D.R.U., coordonat de profesorul Virgil Petrescu pentru care îmi
exprim mulțumirile pentru bursa acordată. Mulțumiri speciale și pentru Silvia Rusănescu.
Mulțumesc de asemenea colegilor din Departamentul de Inginerie Electrică în
Construcții și Instalații pentru faptul că au împărtășit cu mine din cunoștințele lor. Mulțumiri
speciale pentru profesorul Daniel Popescu, și ultimul, dar nu în cele din urmă pentru
profesorul Sorin Larionescu care m-a observat pe când eram student și mi-a propus să încep o
carieră universitară.
Îmi exprim întreaga recunoștină pentru familie. Părinții și fratele mi-au fost
întotdeauna un model în viață și le mulțumesc pentru tot sprijinul acordat.
Mulțumiri prietenilor care m-au ajutat să îmbin munca solicitantă cu relaxarea.
Toți acești oameni m-au ajutat să privesc viitorul de pe umerii înaintașilor mei, pentru
a-mi aduce contribuția pentru o lume mai bună.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
4
Cuprins: Mul țumiri .................................................................................................................................. 3 Capitolul 1 Introducere ....................................................................................................... 8
1.1 Cadrul general al cercetării ........................................................................................ 8 1.2 Justificarea alegerii acestui domeniu de studiu. ....................................................... 14 1.3 Dificultăți în calea realizării acestei teze.................................................................. 15
1.3.1 Interdisciplinaritatea cercetării ......................................................................... 15 1.3.2 Disponibilitatea bazelor de date ....................................................................... 15
Capitolul 2 Stadiul actual al cercetării în domeniul clădirilor inteligente .................... 17 2.1 Introducere ............................................................................................................... 17 2.2 Considerații pe tema folosirii termenului ”inteligent” ............................................. 18 2.3 Definiții ale clădirilor inteligente ............................................................................. 22
2.3.1 Definiții existente ale clădirilor inteligente ...................................................... 22 2.3.2 Definiția clădirilor inteligente evolutiv ............................................................ 23
2.4 Concepte de bază și proiectarea clădirilor inteligente.............................................. 25 2.4.1 Concepte de bază în clădirile inteligente.......................................................... 25 2.4.2 Componenta activă și componenta pasivă a clădirii inteligente ...................... 28
2.5 Exemple de clădiri inteligente.................................................................................. 29 2.6 Clădiri inteligente în trecut....................................................................................... 31 2.7 Clădiri inteligente în prezent .................................................................................... 32
2.7.1 Arhitectură contemporană realizată inteligent ................................................. 32 2.7.2 Sisteme de instalații pentru clădiri inteligente ................................................. 36
2.8 Ce înțeleg firmele din România prin clădire inteligentă?......................................... 39 2.8.1 Primul studiu al clădirilor din România ........................................................... 40 2.8.2 Cel de-al doilea studiu al clădirilor din România............................................. 42
2.9 Tehnologii pentru clădiri inteligente în viitor .......................................................... 42 2.9.1 Fractalii............................................................................................................. 42 2.9.2 Numarul de aur Φ ............................................................................................. 43 2.9.3 Biomimetism ; șirul lui Fibonacci .................................................................... 44 2.9.4 Nanotehnologiile .............................................................................................. 45 2.9.5 Pilele de combustie........................................................................................... 47 2.9.6 Cloud-ul informatic .......................................................................................... 49 2.9.7 Sistemele pervasive .......................................................................................... 51
2.10 Semiotica clădirilor .................................................................................................. 51 2.11 Cladiri emblematice și clădiri reper ......................................................................... 51 2.12 Clădiri deștepte (”Smart buildings”) ........................................................................ 54
2.12.1 Diferența între o clădire deșteaptă (”smart building”) și o clădire normală..... 54 2.12.2 Tehnologii cheie în clădiri deștepte ................................................................. 54
2.13 Clădiri verzi (”Green buildings”) ............................................................................. 55 2.14 Clădiri în formă de piramidă .................................................................................... 56
2.14.1 Răspândirea construcțiilor în formă de piramidă pe glob ................................ 56 2.14.2 Cercetări românești asupra piramidei și efectului de piramidă ........................ 57
2.15 Materia și informație cuantică.................................................................................. 58 2.16 Zonele geopatogene și sindromul clădirilor bolnave. .............................................. 60 2.17 Avantaje și provocări ale clădirilor inteligente ........................................................ 61 2.18 Recomandări pentru construcția de clădiri inteligente............................................. 62 2.19 Concluzii despre clădirile inteligente. ...................................................................... 62
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
5
Capitolul 3 Instalații inteligente din cladiri și locuințe...................................................63 3.1 Cerințe moderne în proiectarea instalațiilor din clădirile inteligente....................... 63 3.2 Convergența tehnologiilor de instalații .................................................................... 66 3.3 Integrarea sistemelor datorită evoluției tehnologice ................................................ 67
3.3.1 Nevoia de optimizare a funcționării sistemelor de instalații ........................... 67 3.3.2 Etape ale integrării sistemelor .......................................................................... 68 3.3.3 Probleme etice și funcționale ale integrării sistemelor de instalații ................. 71
3.4 Integrarea instalațiilor în sistemul ierarhizat de conducere...................................... 72 3.5 Modelul de referință OSI.......................................................................................... 75
Capitolul 4 Evaluarea clădirilor inteligente ..................................................................... 78 4.1 Evaluarea eficienței energetice................................................................................. 79
4.1.1 Certificarea obligatorie..................................................................................... 79 4.1.2 Certificări facultative........................................................................................79
4.2 Evaluarea calității mediului interior......................................................................... 80 4.3 Evaluarea gradului de inteligență al clădirilor inteligente........................................ 81
4.3.1 Evaluarea inteligenței clădirii cu matricea ”Matool” ....................................... 82 4.3.2 Indicatori de evaluare a inteligenței sistemului integrat de gestiune tehnică a
clădirii ............................................................................................................... 83 4.3.3 Concluzii cu privire la evaluarea gradului de inteligență al clădirilor ............. 84
4.4 Metodologia de evaluare a clădirilor inteligente...................................................... 84 Capitolul 5 Evaluarea satisfacției ocupanților din cl ădirile inteligente ........................ 85
5.1 Clădiri inteligente pentru sănătatea, starea de bine și productivitatea ocupanților .. 86 5.2 Comparație între conceptul de stare de bine și cel de confort.................................. 89
Capitolul 6 Factori care influențează productivitatea muncii ....................................... 92 6.1 Efectul Hawthorne.................................................................................................... 92 6.2 Influența factorilor de mediu asupra stării de bine și productivității muncii ........... 93 6.3 Confortul și ne-productivitatea muncii .................................................................... 93
6.3.1 Definiția confortului ......................................................................................... 93 6.3.2 Confortul termic ............................................................................................... 95 6.3.3 Relația între temperatură și performanța în lucru........................................... 102 6.3.4 Confortul vizual.............................................................................................. 104 6.3.5 Confortul acustic ............................................................................................ 108 6.3.6 Confortul olfactiv ........................................................................................... 109 6.3.7 Relația între rata de ventilare și absenteism datorat îmbolnăvirii .................. 112 6.3.8 Relația între rata de ventilare si performanța în lucrul de birou..................... 113 6.3.9 Relația între calitatea percepută a aerului interior și performanța în lucru .... 115
6.4 Evaluare productivității în clădirile nerezidențiale din România dpv. al calității mediului și al conceptului de clădire inteligentă ........................................................ 117
Capitolul 7 Senzori și traductoare de parametrii fiziologici ai ocupanților și pentru factori de mediu.................................................................................................................... 119
7.1 Stadiul actual al realizărilor în domeniul dispozitivelor medicale electronice flexibile................................................................................................................... 119
7.2 Controlul clădirilor inteligente pe baza undelor celebrale ale ocupanților ............ 121 Capitolul 8 Tehnici de modelare pentru clădirile inteligente....................................... 126
8.1 Modelarea statistică................................................................................................ 127 8.2 Noțiuni de statistică folosite pentru prelucrarea bazelor de date............................ 127 8.3 Punct de vedere matematic asupra dependinței satisfacției parțiale cu satisfacția per
ansamblu................................................................................................................. 128 8.4 Definirea unui Indice de confort global ................................................................. 129
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
6
8.4.1 Ponderile relative ale celor șase aspecte de mediu ce contribuie la confortul per ansablu ............................................................................................................ 130
8.4.2 Expresia indicelui de confort global............................................................... 131 8.5 Prelucrarea statistică în programul SPSS a bazei de date pentru a obține un indice de
stare de bine................................................................................................................ 132 8.5.1 Metoda analizei componentelor principale .................................................... 133 8.5.2 Analiza statistică prin regresia liniară ............................................................ 135 8.5.3 Concluzii cu privire la indicele de stare de bine și cel de confort global....... 138
8.6 Prelucrarea statistică în programul SPSS a bazei de date folosite în programele de inteligență artificială ................................................................................................... 140
Capitolul 9 Aplicații ale inteligenței artificiale în clădirile inteligente ........................ 142 9.1 Rețele neuronale artificiale..................................................................................... 142
9.1.1 Principiul de funcționare al rețelelor neuronale ............................................. 148 9.1.2 Normalizarea datelor experimentale ..............................................................148 9.1.3 Rezultate obținute în Microsoft Visual C++ cu rețelele neuronale............... 149 9.1.4 Validarea in Matlab a rezultatelor obținute cu rețeaua neuronală realizată în
Visual C++...................................................................................................... 157 9.1.5 Calculul indicelului de stare de bine folosind o rețea neuronală artificială ... 158
9.2 Algoritmii Genetici ................................................................................................ 161 9.2.1 Noțiuni folosite în domeniul algoritmilor genetici......................................... 161 9.2.2 Paralelă între evoluția biologică și cea din domeniul științei calculatoarelor.161 9.2.3 Stadiul actual al utilizării algoritmilor genetici în optimizarea proceselor și
funcționării instalațiilor din construcții .......................................................... 162 9.2.4 Descrierea modului de funcționare al algoritmilor genetici........................... 163 9.2.5 Reprezentarea cromozomilor ......................................................................... 165 9.2.6 Comparație în reprezentarea funcțiilor: Algoritmi Genetici comparativ Rețele
Neuronale Artificiale. ..................................................................................... 165 9.2.7 Etapele procesului de optimizarea folosind algoritmi genetici ...................... 166 9.2.8 Utilizarea algoritmilor genetici în MATLAB pentru optimizarea stării de bine 167
9.3 Logica Fuzzy .......................................................................................................... 171 9.3.1 Motivarea necesității utiliz ării logicii fuzzy în controlul instalațiilor............ 171 9.3.2 Proiectarea regulatorului cu logică fuzzy....................................................... 173 9.3.3 Funcționarea regulatorului cu logică fuzzy.................................................... 180
Capitolul 10 Utilizarea microcontrolerului AVR pent ru controlul cl ădirilor inteligente și interacțiunea cu persoane cu nevoi speciale................................................................... 184
10.1 Descrierea sistemului cu inteligența artificială de interacțiune om-clădire inteligentă ................................................................................................................................ 184
10.1.1 Rolul rețelelor neuronale artificiale în funcționarea sistemului ..................... 184 10.1.2 Rolul logicii fuzzy în funcționarea sistemului ............................................... 185 10.1.3 Rolul algoritmilor genetici în funcționarea sistemului................................... 187
10.2 Descrierea bazei de date folosită de sistemul cu inteligență artificială pentru controlul clădirilor inteligente................................................................................ 187
10.3 Progresul în serviciile oferite de clădiri adus de folosirea sistemului propus de autor ................................................................................................................................ 188 10.4 Sistemul de control al clădirii cu inteligență artificială pentru persoane cu nevoi
speciale ................................................................................................................... 189 10.5 Caracteristicile microcontrolerului AVR ATMega 2560....................................... 190
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
7
10.6 Modelul sistemului cu regulator fuzzy implementat pe microcontrolerul AVR ATMega2560 în Simulink...................................................................................... 192
10.7 Modelul sistemului cu regulator fuzzy implementat pe microcontroler AVR ATMega2560 în Proteus ........................................................................................ 195
10.8 Modelul experimental al sistemului cu inteligență artificială. Controller cu logică fuzzy încorporat pe microcontrollerul AVR ATMega 2560. ................................. 196
Capitolul 11 Contribu țiile originale.................................................................................. 197 Capitolul 12 Direcții viitoare de cercetare....................................................................... 202 Capitolul 13 Concluzii........................................................................................................ 202 Bibliografie: .......................................................................................................................... 204 ANEXA 1 Microcontrolerul AVR ATMega2560 ................................................................. 211 ANEXA 2 Funcția Matlab ”ISBfuncție.m” ........................................................................... 212 ANEXA 3. Tabelul de varianță cu cele 10 componente principale extrase din Metoda Componentelor Principale...................................................................................................... 213 ANEXA 4 Matricea cu tiparul componentelor din Metoda Componentelor Principale........ 216 ANEXA 5 Matricea cu structura componentelor din Metoda Componentelor Principale ... 221 ANEXA 6 Regresia matematica asupra componentei 1 din metoda componentelor principale, corespunzătoare satisfacției cu interiorul și exteriorul clădirii............................................... 226 ANEXA 7 Regresia matematica asupra componentei 2 și 7 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor acustice .................................................................... 227 ANEXA 8 Regresia matematică asupra componentei 2 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor de spațiu ..................................................................................... 229 ANEXA 9 Regresia matematica asupra componentei 3 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor de temperatură ........................................................................... 230 ANEXA 10 Regresia matematică asupra componentei 3 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor de calitate a aerului .................................................. 231 ANEXA 11 Regresia matematică asupra componentei 4 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor de iluminat ............................................................... 232 ANEXA 12 Regresia matematică asupra componentei 5 din metoda componentelor principale, corespunzătoare importanței factorilor de mediu................................................. 233 ANEXA 13 Regresia matematică asupra componentei 6 din metoda componentelor principale, corespunzătoare satisfacției cu finisajele și mobilierul ........................................ 234 ANEXA 14 Regresia matematică asupra componentei 8 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor de confort olfactiv.................................................... 236 ANEXA 15 Regresia matematică asupra componentei 9 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor de iluminat natural ................................................... 237 ANEXA 16 Regresia matematică asupra componentei 10 din metoda componentelor principale, corespunzătoare condițiilor de umiditate ............................................................. 238
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
8
Capitolul 1 Introducere
1.1 Cadrul general al cercet ării
Inginerii de instalații suflă viață peste mediul construit și duc cu ei responsabilitatea pe
viață pentru performanța și eficiența energetică operațională a clădirilor. 1
Viața pe planeta Pământ este mai veche decât perioada menționată în Biblie, drept
dovadă fiind fosilele și urmele de așezări omenești găsite de cercetători. Încă din cele mai
vechi timpuri oamenii s-au grupat în diverse forme de organizare socială, (de la ginți, triburi,
cetăți, până la localități, orașe, state etc.) și au construit clădiri publice monumentale și
locuințe adaptate la materialele de construcții disponibile local și condițiile de mediu. Una din
cele mai vechi funcționalități a unei construcții este aceea de a oferi adăpost, protecție față de
mediul exterior și un mediu confortabil. Lemnul a fost și este un combustibil ecologic pentru
încălzirea locuințelor, deoarece masa lemnoasă se regenerează. O dată cu dezvoltarea
societății și implicit a cererii și pe măsură ce tehnica a permis-o, acest combustibil ecologic
natural a fost înlocuit cu combustibili fosili (cărbune, gaze naturale, petrol), care au condus la
poluarea gravă a mediului și periclitarea vieții oamenilor (ex: Smogul Londonez din sec al
XX-lea), a faunei și la aproape la epuizarea resurselor.
Într-o localitate modernă avem oameni, clădirile în care aceștia lucreză sau locuiesc și
transporturi. Prin localitate se înțelege orice tip de așezare: sat, comună, oraș, municipiu,
megalopolis etc. Activitățile antropice ale omului consumă resurse (combustibili, apa, hrană)
și produc poluare. De la revoluția industrială, poluarea mediului a crescut în intensitate, iar
oamenii de știință au început să tragă semnalul de alarmă de prin anii 1970, prin intermediul
Conferințelor de la Stockholm, Rio de Janeiro, Protocoalelor de la Kyoto etc., când a fost
lansat conceptul de ”dezvoltare durabilă”. Dezvoltarea durabilă înseamnă ca generația
actuală să consume resurse, în așa fel încât și generațiile viitoate să mai aibă resurse, sau
conform definiției oficiale ”satisfacerea nevoilor generației actuale fără a periclita
posibilitatea satisfacerii nevoilor generațiilor viitoare”. Deoarece până în 2020 mai sunt 8 ani
iar țintele de reducere a poluării propuse la Stockholm și Rio nu au fost atinse, se va încerca
prelungirea termenului până în anul 2030, iar conceptul de ”sustenabilitate” (dezvoltare
1 Traducerea citatului CIBSE aparține autorului:”Building services engineering not only breathes life into the built environment but also bears responsibility for lifetime performance and operational energy efficiency.”
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
9
durabilă), ce poate părea puțin abstract în denumire este în curs de înlocuire cu conceptul de
”economie verde”, poate din dorința de a-l apropia de înțelesul oamenilor și a-i mări șansele
de succes.
În prezent, modul de construcție al clădirilor este influențat de următorii vectori care
motivează schimbările sociale și economice în favoarea protecției mediului:
Reducerea efectelor schimbărilor climaterice;
Epuizarea resurselor de combustibili fosili exploatabili ieftin, coloborată cu creșterea
populației planetei și implicit a numărului de clădiri și autovehicule
Dezvoltarea științei și tehnologiei.
Piața de echipamente pentru energii regenerabile, verzi.
Reglementările legale cu privire la performanțele clădirilor.
Prețul utilităților.
Economia de energie
Producerea de energie la consumator și ”Smart Grid”-ul.
Îmbunătățirea condițiilor de viață.
Un proverb spune că pentru a rezolva o problemă, trebuie tratată cauza și nu efectul.
Similar, în domeniul industrial, cea mai bună metodă de a elimina efectului negativ al poluării
este de a o elimina complet la sursă, sau într-o proporție cât mai mare. Poluarea produce
modificări climatice și afectează sănătatea oamenilor. Ea se datorează în principal producerii
de energie, fie ea electrică sau termică din combustibili fosili. În prezent aproximativ 30-40%
din producția de energie este consumată în clădiri, și din totalul energiei consumată de o
clădire, aproximativ 70-80% este energie termică. Din aceste motive, clădirile reprezintă cel
mai mare potențial de reducere a consumului (pierderii) de energie pe termen lung.
Directiva Europeană EPBD 2002/91/EC transpusă și în legislația românească
introduce certificarea energetică a clădirilor cu scopul de a-i sensibiliza pe oameni în legătură
cu performanța energetică (reducerea pierderilor de energie) a clădirii. Se speră că pe baza
certificatului energetic oamenii vor alege pentru un același nivel de confort, clădiri cu consum
redus de energie, deci cu costuri mai mici de întreținere.
Există mai multe denumiri (rebrand-uiri) pentru clădiri clasice dar cu performanțe
energetice superioare clădirilor clasice. Denumirile variază în funcție de procedeul folosit
pentru reducerea consumului de energie; astfel avem:
Clădiri pasive,
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
10
Clădiri verzi,
Clădiri net zero energy,
Clădiri ”Earthships”.
Clădirile inteligente.
Clădirile inteligente, sunt pe lângă un concept de marketing, un concept nou de
clădire care acoperă funcționalitatea celorlalte tipuri de clădiri clasice și performante
energetic, dar în plus stabilește noi funcționalități și caracteristici pentru o clădire.
În prezent, oamenii își petrec aproximativ 90% din viață în interiorul clădirilor, clădiri
care îî influențează pe diverse căi, atât din punct de vedere psihologic (prin semiotică),
fiziologic (al sănătății), dar și economic (costul facturilor).
În această teză voi studia interacțiunea ocupant-clădire inteligentă, mijloace de a
îmbunătății confortul (starea de bine/ bunăstarea ) și economia de energie a ocupanților
folosind tehnicile inteligenței artificiale și ultimele descoperiri tehnico-științifice. Ocupanții
pot fi sănătoși sau persoane cu nevoi speciale: de la copii până la adulți sau bătrăni.
Abordarea autorului este de a considera că interacțiunea între ocupanți și clădirea
inteligentă se desfășoară sub forma unei bucle de feed-back, după cum se poate vedea în
modelul conceptual pe care îl propun în Figura 1-1. Acest model conceptual este obținut ca
rezultat al unei gândiri holistice ce are avantajul că pune cap la cap cunoștințe independente.
Pe baza ideii că senzația de confort (termic, de exemplu) este ceva imprecis, autorul folosește
logica fuzzy și algoritmii genetici pentru a modifica parametrii de mediu din clădire. Rețelele
neuronale învață când un mediu conduce la starea de bine a ocupanților și când nu. Astfel
rețelele neuronale dau semnal de comandă algoritmilor genetici să genereze noi combinații de
parametrii de mediu. Deoarece oamenii sunt cei mai perfecționați și inteligenți senzori ai
parametrilor de mediu, în sistemul propus de autor, ocupanții evaluează mediul din clădire
folosind logica fuzzy prin intermediul unui sistem cu microcontroler cu controler fuzzy
încorporat. Răspunsurile la evaluarea făcută de ocupanți declanșează de asemenea algoritmul
de optimizare a factorilor de mediu din clădire. Rezultatul este starea de bine (sau cel puțin
confortul) ocupanților și economia de energie. Cercetări internaționale detaliate în lucrare au
demonstrat faptul că împuternicirea ocupanților de a controla mediul conduce la o stare
psihică și fizică mai bună și la economii de energie, față de cazul unui control centralizat, la
parametrii fixi de mediu în toată clădirea.
În concluzie, acest model de interacțiune ocupant-clădire sub formă de buclă de feed-
back se bazează pe principiul superpoziției efectelor, ceea ce înseamnă că satisfacția totală a
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
11
ocupanților cu clădirea variază liniar cu satisfacția individuală cu parametrii de mediu, fapt
confirmat în lucrare prin analiza statistică.
Inițial, conform teoriei confortului termic a lui Fanger și preluată în SR EN ISO
7730:2006, senzația termică este încadrată pe o scală de la -3 la +3, însă prin folosirea logicii
fuzzy transform scara discretă -3, +3 în subdomenii continue între 0-5V corespunzătoare
tensiunii admise pe porturile de intrare analogice ale microcontrolerului AVR ATMega2560;
deci corespunzător unei senzații de neutru (valoarea 0 pe scara -3+3 și valoarea 2,5volți pe
scara transformată pentru intrări analogice) îi corespund senzația de neutru cu un grad de
apartenență maxim, dar și celelalte senzații termice cu grade de apartenență mai mici.
Figura 1-1 Model conceptual general al proceselor între ocupanți și o clădire inteligentă.
Cu instalația de automatizare asigurând o liniaritate între nivelul de stare de bine și
parametrii de mediu, este un subiect de cercetare dacă și consumul de energie al clădirilor va
varia liniar cu satisfacția ocupanților. O astfel de clădire al cărei consum de energie depinde
liniar de factorii de mediu interni și externi ar fi de dorit din punct de vedere al Sistemului
Energetic Național, deoarece consumul de energie rezidențial poate fi ușor prezis, depinde
Sistem de Gestiune Tehnică a Clădirii Inteligente
Clădirea Inteligentă
Starea de bine a ocupanților (agentilor) (satisfactie si fiziologie)
Evaluarea performanțelor clădirii: (Certificatul Energetic, BREEAM; LEED etc )
Mediul academic!! Educarea continuă. Motivarea și implicarea factorilor de decizie
Setări pentru instalații
Starea de bine
Factorii de mediu, Dezastre Naturale, ”Terorism”, Sindromul Clădirilor Bolnave, Lanțul de aprovizionare
Evaluarea Post Ocupare
Tendințe / Filozofii
Diseminare
Angajamentul factorilor de decizie
Consultanță, Dezvoltare profesională continuă.
Schimbarea Interesului
$$
Interacțiunea factorilor de decizie: -Proprietari Administratorii Tehnici -Inginerii -Arhitectii -instituțiile de reglementare -altii
priorități și acțiuni ale instituțiilor profesionale și politice.
Preocupări Globale
Proiect Real Estate
Inteligența Artific. în Agenți
Sistem Adaptiv al clad. intelig
Oamenii
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
12
liniar de factorii de mediu. Pe de altă parte utilizarea surselor de energie regenerabilă la
nivelul clădirilor și exploatarea lor optimizată poate reduce costurile cu energia și reduce
puterea absorbită din rețeaua națională.
Din tot acest model din Figura 1-1, autorul va studia în teză în detaliu doar
următoarele trei elemente componente:
-Clădirile inteligente.
-Ocupanții, studiați din punct de vedere fiziologic, psihologic și al senzațiilor de
comfort sau stare de bine resimțite.
-Tehnicile inteligenței artificiale.
Toate aceste componete par simple, însă la rândul lor sunt concepte complexe care vor
fi detaliate în elemente subcomponente, după cum este prezentat în cuprinsul lucrării.
Folosirea buclei de feebback face procesul de învățare mai rapid, capacitatea de a
învăța fiind un atribut al inteligenței. Ideea este folosită în educație, în antrenarea rețelelor
neuronale artificiale etc. Prin bucla de feedback, rezultatele evaluării clădirii ajung la factorii
de decizie, și astfel aceștia învață să proiecteze și să opereze clădirile mai bine. În acealași
timp, prin bucla de feedback, sistemele cu inteligență artificială (rețele neuronale artificiale)
folosite în controlul clădirilor inteligente, evaluează automat și învață combinația de
parametrii de mediu pe care ocupanții o evaluează ca satisfăcătoare sau nu, folosind logica
fuzzy, le optimizează dpv. energetic și al calității mediului folosind algoritmi genetici, și apoi
le folosesc în sistemele de reglare ca referințe, pentru a adapta mediul din clădire la
preferințele ocupanților.
Analiza titlului tezei de doctorat identifică trei mari concepte ce vor fi cercetate în
teză, și pornind de la ele, conceptele de legătură. În Figura 1-2 este reprezentat cuprinsul
grafic al tezei. Prezentarea tezei se va face gradual, după următorul fir logic al cuprinsului:
Capitolul 1. Introducere
Capitolul 2. Stadiul actual al cercetării în domeniul clădirilor inteligente
Capitolul 3. Instalații (de gestiune tehnică) din clădiri inteligente
Capitolul 4. Evaluarea clădirilor inteligente.
Capitolul 5. Evaluarea satisfacției ocupanților din clădirile inteligente
Capitolul 6. Factori care influențează productivitatea muncii
Capitolul 7. Senzori și traductoare de parametrii fiziologici ai ocupanților și pentru factori de
mediu
Capitolul 8. Tehnici de modelare pentru clădirile inteligente
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
13
Capitolul 9. Aplicații ale inteligenței artificiale în clădirile inteligente
Capitolul 10. Utilizarea microcontrolerului AVR pentru controlul clădirilor inteligente și
interacțiunea cu persoane cu nevoi speciale
Capitolul 11. Contribuții originale
Capitolul 12. Direcții viitoare de cercetare
Capitolul 13. Concluzii
Bibliografie
Anexe
Figura 1-2 Titlul tezei de doctorat. Cuprinsul grafic cu firul logic al structurii tezei de doctorat.
Se observă folosirea termenului de ”confort global” cu scopul de a indica deschiderea
tezei spre alte domenii, atenționând că nu este vorba doar de confortul temic.
În concluzie, având în vedere multitudinea de concepte din diverse domenii cercetate pentru
realizarea acestei teze se poate spune că teza de doctorat este interdisciplinară.
Titlul tezei: ”Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global
din clădirile inteligente.”
Capitolul 9
Capitolul 5 Capitolul 2 Capitolul 3 Capitolul 4
Instalații Evaluarea clădirilor
Capitolul 6 Capitolul 7,8 Capitolul 10 Capitolul 11
Productivitatea muncii
Senzori, statistica SPSS Contribuții
originale AVR ATMega2560
Cadrul general
Capitolul 1
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
14
1.2 Justificarea alegerii acestui domeniu de studiu .
Cercetarea științifică în vederea aflării răspunsurilor la aceste întrebări îmi permite să
afirm că răspunsul la prima întrebare îl constituie clădirile inteligente. Pentru a răspunde la
întrebarea doi am realizat un studiu interdisciplinar (Figura 1-3) între specialitatea mea de
inginer de instalații și domenii precum informatică (inteligență artificială), medicină
(neuroștiințe) și semiotică.
Figura 1-3 Domeniile de studiu la doctorat și interdisciplinaritatea tezei.
Semiotică
Inteligență Artificial ă
Clădiri inteligente
Medicină și neuroștiințe
Programare micro-controlere
Ideea de la care am pornit în realizarea acestei teze de doctorat este următoarea.
Se consideră o clădire obișnuită. În prezent clădirile dispun de tot felul de instalații pentru
a crea un mediu ”confortabil” pentru ocupanți. Având în vedere preocupările globale
(eficiență energetică, epuizarea resurselor, prețul în creștere la utilități, noile descoperiri
științifice tehnice și medicale), am considerat justificate următoarele întrebări:
1. Ce se poate face pentru o clădire obișnuită, astfel încât ea să devină o clădire de vis
pentru ocupanții ei, sustenabilă, să nu polueze, să fie economică dpv. al consumului de
energie, și să asigure sănătatea și starea de bine a ocupanților săi?
2. Cum pot implementa noile tehnologii informatice, de producție a energiei și rezultate ale
cercetării medicale în modul tradițional de a construii clădiri, atât în România cât și în
lume?
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
15
Lucrarea este deci o cercetare asupra conceptului de clădire inteligentă și al aplicațiilor
inteligenței artificiale în acest domeniu. Deoarece domeniul clădirilor inteligente și al
inteligenței artificiale se află la frontiera ingineriei construcțiilor cu informatica, evoluția
tehnicii în acest domeniu este rapidă, astfel că unii ar putea considera studiul ca fiind
neexhaustiv.
Am prezentat într-o evoluție gradată noțiunile necesare înțelegerii acestui domeniu. Pe
lângă opiniile personale, studiul conține și comparații ale diferitelor puncte de vedere ale
diverșilor autori asupra conceptului de clădire inteligentă, clădire deșteaptă, sisteme domotice
și imotice, sisteme de automatizare a clădirii și sisteme de gestiune tehnică a clădirii.
Originalitatea tezei mele de doctorat, provine din faptul ca îmbinând conceptul de
clădire inteligentă, cu tehnicile inteligenței artificiale, semioticii, și al neuroștiintelor și
serviciilor medicale la domiciliu, aduce contribuțiile originale prezentate în capitolul (de
contribuții originale) din teză.
1.3 Dificult ăți în calea realiz ării acestei teze
1.3.1 Interdisciplinaritatea cercet ării
Chiar titlul tezei indică interdisciplinaritatea subiectului tezei. Titlul poate părea
simplu, dar de fapt el conține trei științe de studiu diferite: inteligență artificială, teoria
confortului și mai ales clădiri inteligente, domeniu interdisciplinar numai din definiție. La
rândul lor, cele 3 domenii de studiu din titlu conțin mai multe concepte, tehnici. Pentru a
putea unii toate aceste noțiuni din domenii diferite a fost nevoie de studiul altor domenii și
științe conexe precum neurologie și fiziologie, semiotică și programare de microcontrolere.
Experiența de 4 ani de zile ca preparator universitar la Departamentul de Electrotehnică,
Colectivul de Automatizări în construcții, pasiunea și cunoștințele împărtășite de colegii din
Departament m-au ajutat în realizarea acestei teze. Dorința de a îmbunătății lumea în care
trăim și de a face o contribuție la progresul omenirii a motivat tot acest efort.
A venit momentul să privesc lumea de pe umerii înaintașilor mei.
1.3.2 Disponibilitatea bazelor de date
Problema majoră, ascunsă de titlul tezei ”Contribuții la implementarea inteligenței
artificiale în determinarea confortului din clădirile inteligente” provine din faptul că pentru a
antrena rețelele neuronale și a rula algoritmii genetici este nevoie de o baza de date cu mii de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
16
seturi de date. Conform unei consultări personale a autorului tezei cu Ed Arens, șeful
laboratorului Center for Built Environment de la Berkley Laboratories, SUA, numai 2000 de
valori experimentale sunt puține pentru a folosi rețele neuronale artificiale. Rețele neuronale
necesită mii de valori pentru antrenare, validare și rulare, iar algorimii genetici de asemenea.
Mulțumesc pe această cale pentru oferirea bazelor de date, indispensabile realizării tezei:
-Andreas Wagner, Karin Schakib Ekbatan și Elke Gossauer de la Karlsruher Institüt
für Technologie, Germania,
-Ed Arens, Lui Huizega și restul echipei de la Berkley Laboratories, SUA,
-Colin Barwick de la Facilities Management Department al University of Reading.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
17
Capitolul 2 Stadiul actual al cercet ării în domeniul clădirilor inteligente
Ca o anecdotă, se poate spune că dacă împărații și papii ar fi locuit în clădiri
inteligente, nu ar fi mai avut nevoie de servitori și poate ar fi trăit mai mult, și alta ar fi fost
istoria.
Clădirile inteligente sunt mai mult decât o clădire simplă dotată cu aparatură electrică
și audio-video de ultimă generație, sau arhitectură în formă de obiect, sau finisaje de lux.
Moștenirea arhitecturii vernaculare și descoperirile științifice sunt doi factori care înfluențează
modul cum au fost și vor fi construite clădirile.
2.1 Introducere
Când ne gândim la o țară, imagini ale construcțiilor din acea țară ne vin în minte.
Construcțiile de orice tip sunt o formă de manifestare a culturii unui popor și fac parte
din peisajul cotidian. De-a lungul timpului, clădirile au evoluat și au încorporat descoperirile
tehnologice ale vremii respective. Pentru a facilita desfășurarea activităților ocupanților
clădirii, instalațiile și echipamentele din clădiri au fost automatizate. Însă doar automatizarea
nu face față schimbărilor de preferințe, legislație, eficiență energetică. S-a ajuns la situații în
care, deși automatizate, în unele clădiri instalația de încălzire funcționează concomitent cu cea
de răcire, încercând să se compenseze reciproc. De aceea, integrarea sistemelor de
automatizare a fost pasul următor în dezvoltarea sistemelor de automatizare a clădirilor.
Dezvoltarea tehnologiei de calcul și a Internetului a permis gestiunea tehnică a clădirilor,
astfel încât comanda elementelor de execuție nu mai este dată direct de traductoare, ci de către
un nivel ierarhic superior, cel de management, fiind posibilă monitorizarea și controlul de la
distanță al clădirilor.
Evoluția științei și tehnicii, criteriile de calitate a mediului interior, de eficiență
energetică, de reducere a poluarii au dus la apariția unui nou tip de clădire, denumită clădire
inteligentă. Această denumire poate fi considerată o strategie de marketing, ca și denumirea
de clădire pasivă, clădire zero-energie etc., însă chiar și așa o clădire inteligentă este mai mult
decât o clădire eficientă energetic sau o clădire dotată cu ultima generație de aparatură
multimedia (Oancea și Caluianu, 2012).
Conceptele cheie care sunt promovate de clădirile inteligente față de cele obișnuite
sunt starea de bine, productivitatea muncii, eficiența energetică, poluarea redusă, dezvoltarea
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
18
durabilă, folosirea tehnologiei informației și a comunicațiilor, robotica, tehnologiile senzorilor
încorporați, materialele avansate (smart), incluzând nanotehnologiile, sănătatea la locul de
muncă și schimbarea socială. Analizând definițiile deja existente ale clădirilor inteligente,
autorul tezei propune o nouă definiție pentru clădirele inteligente pe baza folosirii tehnicii
inteligenței artificiale.
Pe suprafața Pământului s-au construit multe clădiri, unele considerate inteligente, însă
ceea ce le diferențiază este nivelul de inteligență. Unii autori (Yu, Liao, Sutherland) au propus
grile de evaluare a nivelului de inteligență al clădiri. Se poate spune că folosirea termenului
„inteligent” este controversată fiindcă este un atribut al ființelor vii. O discuție pe tema a ceea
ce înseamnă inteligență aplicată la o clădire face subiectul unui subcapitol. În principiu,
inteligența este de mai multe tipuri și reprezintă capacitatea de a face față unei situații
neprevăzute. În prezent, clădirile inteligente încorporează sisteme de automatizare cu
algoritmi complecși, tocmai pentru a face față evenimentelor neașteptate. Cu toate acestea,
capacitatea de reacție a unei clădiri inteligente este dată de multitudinea de scenarii acoperite
în momentul programării. Autorul va extinde conceptul de clădire inteligentă ca o clădire care
este controlată folosind inteligența artificială și explică unele fenomene din clădiri pe baza
fizicii cuantice și a zonelor geopatogene.
În fine, clădirile sunt cele care formează o localitate. Datorită conceptelor promovate,
construcția de clădiri inteligente poate fi una din metodele de a dezvolta un eco-oraș.
2.2 Considera ții pe tema folosirii termenului ”inteligent”
Folosirea adjectivului ”inteligent” pentru a caracteriza o clădire poate da naștere unor
vii controverse. Controversele se datorează înțelesului atribuit cuvântului ”inteligent”.
Înțelesurile și implicațiile cuvântului ”inteligent” sunt multiple și de aceea folosirea lor pentru
a denumii diverse aparate, de la mașini de spălat la termostate și detectoare de incendiu
(Oancea, 2009), programe de calculator pentru sisteme de gestiune tehnică a clădirii sau chiar
clădiri poate provoca îngrijorare, fără o prezentare asupra a ceea ce înseamnă inteligența. În
continuare sunt prezentate mai multe puncte de vedere asupra inteligenței, pentru a ne forma o
imagine de ansamblu stabilă în viitor la descoperirile științifice asupra inteligenței.
Conform definiției din dicționar, adjectivul inteligent este folosit pentru ceva ce are
capacitatea de a asimila și aplica cunoștințe și aptitudini în special la nivel înalt. Deoarece la
începuturile sale inteligența artificială încerca să replice inteligența umană (Warwick,2012),
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
19
atributele unui sistem inteligent sunt adaptarea la situații noi, capacitatea de a raționa, de a
înțelege legăturile dintre fapte, de a descoperii înțelesuri, de a recunoaște adevărul, de a învăța
și de a-și îmbunătății performanțele pe baza experiențelor trecute. Unele atribute sunt realizate
de inteligența artificială, altele nu (ca de exemplu înțelegerea sensului).
Al ți cercetători consideră că”motivul pentru care aparatele sunt inteligente este faptul
că pot suporta aplicații ale programelor de calculator ce pot presta ceea ce este numit cale
"inteligentă". Acestea implică programe logice ce pot memora diferite variabile cum ar fi
temperatura, timpul etc.” (Larionescu, 2012:7) Deci inteligența este dată de existența
calculatorului, microcontrolerelor etc.
Matematicianul Alan Murchison Turing spunea că ”a greși este necesar pentru o
gândire inteligentă, iar ceea ce face să lucreze gândirea umană este interacțiunea ei cu
ceilalți și cu lumea largă” (Dorobanțu,2012:89). Reținem ideea conform căreia inteligența
presupune capacitatea de a interacționa cu mediul, folosită în sistemele pervasive și în
contribuțiile autorului.
Pe de altă parte, Alexandru Mironov (2012:73) prezintă argumente pe baza unor
articole științifice recent publicate, a Teoriei Mecanicii Cuantice și a Teoriei Evoluției
Universului, conform cărora inteligența este capacitatea materiei de a se organiza superior
sub formă de viață. Inteligența materiei este studiată de unii cercetători (Dulcan, 2009).
Conform Nikolaou, Kolokotsa și Stavrakakis (2004:11) este acceptat faptul că
termenul ”inteligent” se referă la ”obiecte” care pot reacționa corect la circumstanțe
neprevăzute, prin alegerea modului de reacție dintr-un set de acțiuni posibile și capacitatea de
a învăța răspunsul asociat. Auto-corecția și toleranța la erori sunt elemente caracteristice ale
inteligenței artificiale, o tehnică informatică folosită pentru a obține ”inteligența” aparatelor.
La începuturile dezvoltării tehnologiei sistemelor de gestiune tehnică a clădirii (BMS),
prin anii 1970, sistemele BMS erau formate din elemente de câmp ”proaste2” conectate
ierarhic superior la o stație centrală care prelucra informația, această stație fiind cel mai
inteligent element al sistemului datorită puterii de calcul. Pe măsură ce tehnologia
microprocesoarelor s-a dezvoltat, miniaturizarea tehnicii a permis mărirea puterii de calcul
implementată pe elementele de automatizare și astfel s-a realizat o distribuire a inteligenței în
sistem. În opinia autorului, traductoarele ”proaste” au devenit ”inteligente” fiindcă acum
traductoarele pot aplica cunoștințele de prelucrare a informației (asupra valorii măsurate), la
2 traducerea adaptată a termenului englezesc ”dumb”, realizată de către autor.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
20
”nivelul de aplicație” cel mai înalt nivel din Modelul de Referință OSI (Open System
Interconection), întocmai conform definiței inteligenței.
Astfel, inteligența se poate manifesta și distribuit, nu numai centralizat, chiar la nivelul
aparaturii de câmp a sistemului, datorită încoporării în microcontrolere de tehnici inteligente.
Din punct de vedere al inteligenței artificiale, inteligența unui produs, sistem a fost
testată prin celebrul Test Turing, inițiat de cercetătorul Alan Murchison Turing în 1947.
Conform acestui test, un calculator cu inteligență artificială și un om, trebuie să comunice cu
un arbitru, fără să se vadă, doar prin mesaje. Scopul arbitrului este de a decide care este
calculatorul, care este omul. Scopul omului era de a indica ca el este om și scopul
calculatorului este de a da răspunsuri care să îl pună în dificultate pe arbitru.
Lotfi Zadeh, dezvoltatorul logicii fuzzy este de părere că testul Turing nu este
concludent (2008), deoarece dacă i se cere unui calculator să facă un rezumat al discuției din
ultimele 5 minute acesta nu o va putea face, deoarece nu înțelege (nu cunoaște) semnificația
cuvintelor. Deci în opinia lui Zadeh inteligența se află în înțelegerea semnificației, înțelegerea
contextului.
Din perspectivă semiotică, folosirea informației este cea care face spațiile de lucru
și locuit inteligente (Liu,2011). Raționând pe tema inteligenței și îmbinând definiția lui Liu
cu câteva rezultate din subcapitolul tezei ce face referire la fizica cuantică, autorul tezei
consideră că informația receptată și folosită de aparate și oameni poate proveni de la
traductoare sau este chiar informația transmisă (cuantic, semiotic) de către materie prin însuși
structura sa.
Al ți autori (Cole și Brown,2009:44), consideră că o clădire nu poate fi ”inteligentă”
dar poate susține modele de comportament inteligent, prin folosirea de sisteme la nivelul
inteligenței ocupanților. În cuvintele lor:
”The best intelligence in most buildings lies in the occupants themselves. The
challenge for designers and manufactures is then to support them with appropriate and
understandable systems with readly-useable control interfaces, which give relevant and
immediate feedback on performance. In other words, buildings in and of themselves cannot be
”intelligent” but can support intelligent patterns of behaviour” (Cole și Brown,2009:44).
În prezent discuțiile despre inteligență se concentrează pe identificarea atributelor
fizice ale inteligenței și pe implementarea ei fizică. Conform Cole și Brown (2009:53), modul
cum inteligența este exprimată poate fi la fel de important cu adoptarea unei schimbări în
modul de a construii clădiri care să satisfacă problemele de mediu. Aceeași autori ajung la
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
21
concluzia ca nu există diferențe majore între continentul America de Nord și Japonia în
privința aspectelor considerate inteligente în evaluarea clădirilor din cele doua continente.
În opinia autorului, apariția aparatelor inteligente poate fi corelată cu dezvolatarea
tehnologiei calculatoarelor. În prezent existența unui microcontroler și a tehnicilor inteligente
de prelucrare a informației sunt motivul pentru care aparatul este inteligent. În viitor existenta
microcontrolerului poate fi o metodă invechită de manifestare a inteligenței. Noi forme și
tehnologii de manifestare a inteligenței materiei, precum memoria apei, vor conduce către
înțelesul natural al inteligenței, cel prin care oamenii pot comunica direct, în mod inteligent cu
mediul înconjurător. Pe baza acestei idei, autorul a investigat posibilitatea de control a
clădirilor pe baza undelor celebrale sau a răspunsului fiziologic al ocupanților într-un mediu.
Autorul consideră că o clădire poate fi considerată inteligentă, dacă folosește
inteligență artificială pentru procesarea (clasic electronic sau în viitor, cuantic sau în mod
natural) informațiilor pe care le primește de la senzori și ocupanți. Însă o clădire cu instalații
de automatizare ce folosește inteligența artificială poate să nu fie inteligentă, dacă instalațiile
de automatizare nu sunt integrate. Pe de altă parte o clădire cu o fațadă de sticlă fără protecții
solare, consumă mai multă energie pentru a compensa aporturile termice, comparativ cu o
aceeași clădire, dar cu elemente de umbrire, fixe sau mobile, controlate de automatizare.
Astfel, inteligența încorporată în proiectarea clădirii este un alt motiv pentru care o clădire
poate fi considerată mai inteligentă decât altă clădire.
În concluzie, inteligența unei clădiri este dată în primul rând de folosirea inteligenței
artificiale, de caracteristicile funcționale ale arhitecturii, structurii și instalațiilor (fiindcă toate
acestea alcătuiesc o clădire), și de modul cum acestea interacționează cu ocupanții, fiindcă
ocupanții sunt cei care vor aprecia clădirea cu care interacționează ca fiind inteligentă sau nu.
Trebuie observat faptul că am spus că informația provine și de la ocupanți, deci autorul
propune implicarea ocupanților în bucla de reglare din modelul proceselor din clădiri conform
Figura 1-1. În prezent intervenția ocupanților clădirii în bucla de reglare a parametrilor de
mediu este redusă, datorită controlului centralizat, ceea ce stresează ocupanții și mărește
consumul de energie datorită anulării comportamentului de confort termic adaptiv. Sistemul
de conducere cu inteligență artificială propus de autor și prezentat în ultimele capitole ale
tezei, are avantajul că implică ocupanții în bucla de feedback a interacțiunii ocupant-clădire
inteligentă, ocupanții fiind cei mai buni senzori pentru factorii de mediu.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
22
2.3 Defini ții ale cl ădirilor inteligente Judecata are limitele pe care i le oferă cunoașterea.
Conform legislației române3, o ”clădire” este definită ca fiind compusă din structura
propriu zisă indisolubil legată de sol și instalațiile aferente.
Clădirile inteligente sunt o realizare inginerească interdisciplinară, în care folosirea
adjectivului ”inteligent” are rolul de a sublinia faptul că aceste clădiri au anumite caracteristici
ce le deosebesc de clădirile obișnuite. În prezent nu există o definiție unanim acceptată pentru
a definii o clădire inteligentă. Cu toate acestea există mai multe definiții și descrieri ale
conceptului, folosite în diverse domenii, de la educație și cercetare până la vânzări și
proiectare. După prezentarea definițiilor exitente, voi prezenta raționamentul care m-a condus
la a crea o nouă definiție a clădirilor inteligente, cu inteligență evolutivă, nu statică ca în
prezent.
2.3.1 Defini ții existente ale cl ădirilor inteligente
Fostul EIBG (European Intelligent Building Group) definea clădirile inteligente ca:
”O clădire inteligentă încorporează cele mai bune concepte, materiale, sisteme disponibile și
tehnologiile ce le integrează, pentru a obține o clădire care îndeplinește sau depășește
cerințele de performanță ale factorilor de decizie, fie ei proprietari, administratori sau
utilizatori, cât și comunitatea locală și globală.”
O altă definiție propusă tot de EIBG, însă mult mai des folosită definește clădirea
inteligentă ca fiind ”acea clădire care maximizează eficiența ocupanților ei și permite
managementul efectiv al resurselor cu costuri minime pe ciclul de viață”
În Statele Unite ale Americii, IBI (The Intelligent Buildings Institute, US) definește
clădirile inteligente astfel: ”Cl ădirea inteligentă este aceea care asigură un mediu productiv
și eficient prin optimizarea celor patru componente de bază: structura, sistemele, instalațiile,
serviciile și administrarea- precum și legăturile dintre ele.”
Leaman și Bordas consideră că ”o clădire inteligentă este una care nu face ocupanții
să pară proști” atunci când interacționază cu clădirea (UoReading, 2012).
Conform Himanen (2003) definițiile clădirilor inteligente evidențiază: (a) nevoile
ocupanților și ale proprietarilor, (b) integrarea sistemelor din clădire, (c) integrarea mediilor
3 Legea nr.10/1995 privind calitatea in constructii, cu completarile si modificarile ulterioare; Legea nr.50/1991 privind autorizarea executarii lucrarilor de constructii, republicata, cu completarile si modificarile ulterioare - actualizata 2009; Legea 114/1996-Legea locuinței, cu completarile si modificarile ulterioare.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
23
operaționale sofisticate cu arhitectura, structurii și sistemele clădirii, (d) importanța
tehnologiilor avansate și a economiei, (e) preocupări pentru ciclul de viață al clădirii și
preocupări pentru necesitatea flexibilității într-o economie în schimbare datorită globalizării
și (f) importanța includerii conceptelor de dezvoltare durabilă, umană și socială.
Pe de altă parte, o definiție care încearcă să acopere toate aspectele este: „clădirile
inteligente trebuie să reacționeze4 la nevoile utilizatorilor, să contribuie la dezvoltarea
durabilă din punctul de vedere al consumului energetic și de apă, cu emisii poluante reduse,
sănătoase din punctul de vedere al stării de bine a ocupanților care trăiesc și lucrează în
clădire, și funcționale conform cerințelor ocupanților.” (Clements-Croome, 20095)
În ciuda accentelor din fiecare definiție prezentată anterior se observă faptul că există
anumite atribute cheie ale unei clădiri inteligente care apar în mai multe definiții. Cole și
Brown (2009:40) discută pe tema acestor atribute.
Niciuna dintre definițiile prezentate mai sus nu face referire la folosirea inteligenței
artificiale în controlul clădirilor inteligente, cu toate că inteligența artificială este singura
tehnologie care încearcă să imite și să evolueze gradul de inteligență, după cum se întâmplă în
inteligența umană. Ca urmare, autorul consideră faptul că gradul de inteligență încorporat în
clădirile inteligente actuale este cel rezultat din etapa de proiectare a arhitecturii, structurii și
instalațiilor și ca urmare rămâne fix pe întreaga perioadă de viață a clădirii. În cazul în care
clădirea este controlată cu inteligență artificială, tehnicile inteligenței artificiale evoluează
soluțiile și punctul de funcționare al clădirii și discutăm astfel de clădiri inteligente evolutive,
după cum este prezentat în continuare.
În continuare autorul va expune o serie de puncte de vedere necesare pentru a înțelege
și a putea da o definiție a clădirilor inteligente.
2.3.2 Defini ția cl ădirilor inteligente evolutiv
Pentru a evita plângerile ocupanților legate de parametrilor de mediu, sistemele de
conducere ale clădirilor inteligente trebuie să învețe preferințele ocupanților, pe cât posibil să
învețe să folosească informațiile din comportamentul ocupanților pentru a recunoaște,
4 Am tradus termenul „responsive” prin ”capacitate de a reacționa la....”. 5 Traducerea textului original îmi aparține. În cuvintele lui (Clements-Croome: 2011, INBI 3:2, 67-86): ”An intelligent building is one that is responsive to the requirements of occupants, organisations and society. It is sustainable in terms of energy and water consumptions besides being lowly polluting in terms of emissions and waste: healthy in terms of well-being for the people living and working within it; and functional according to the user needs. (Clements-Croome, 2009)”.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
24
prezice și adapta mediu din clădire la ocupanți. Adaptarea funcționării instalațiilor la
parametrii de mediu corelați cu programul de funcționare conduce la economii de energie.
Scopul este de a ajunge în ceea ce definesc acum ca un punct de funcționare optim clădire
–instalații-ocupanți-mediu. În natură inteligența este dată de capacitatea de a procesa
informația. În opinia autorului, inteligența clădirii provine din faptul c ă știe ce să facă cu
informa ția pe care o primește de la traductoare din clădire, de pe procesele din instalații
și de la ocupanți, pentru a le satisface cerințele. În funcție de anumite evenimente
(raționament cu logică fuzzy), inteligența artificial ă știe ce măsuri să ia pentru a
controla optim clădirea din ce în ce mai bine (utilizare de algoritmi genetici).
Deoarece folosirea algoritmilor genetici conduce la soluții (strategii) de funcționare
(combinații ale valorilor parametrilor de mediu și a stării de funcționare a instalațiilor) din ce
în ce mai bune, cu ”fitness rate” din ce în ce mai mare, autorul consideră că nivelul de
inteligență prezent în funcționarea clădiri se modifică (crește) pe măsură ce algoritmii genetici
generează soluții din ce în ce mai bune. Ca urmare capătă sens afirmația conform căreia
clădirile inteligente ce folosesc algoritmi genetici prezintă o formă de inteligență evolutivă,
clădirea fiind o clădire inteligentă evolutiv. Denumirea de clădire inteligentă evolutiv este
introdusă de autor tocmai pentru a diferenția acest tip de clădire de cele care nu folosesc
inteligența artificială, algoritmi genetici.
O altă definiție propusă de autor este:
Clădirile inteligente sunt: dotate cu sisteme de monitorizare și îmbunătășire a stării de
sănătate; controlate cu inteligență artificială, singura tehnologie care poate evolua inteligența
clădirii, ce interacționează cu ocupanții pentru a învață și personaliza mediul la nevoile lor
pentru a obține un mediu sănătos și productiv, în condiții de sustenabilitate dpv. energetic și al
consumului de apă, cu emisii poluante și deșeuri reduse; funcționale corespunzător nevoilor
ocupanților.
Judecând după avantajele și dezavantajelor definițiilor mai sus și încercând să cuprind
tot ce trebuie să conțină o clădire pentru a fi inteligentă evolutiv, rezultă următoarea definiție
pentru o clădire inteligentă evolutiv:
O clădire inteligentă evolutiv este o clădire funcțională pentru ocupanți, cu solutii
inteligente încorporate în arhitectură și structură, cuplată cu instalații controlate cu inteligență
artificială care poate evolua gradul de inteligență și adapta mediul din clădire la nevoile
ocupanților. Sistemele active ale clădirii interacționeză cu ocupanții printr-o buclă de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
25
feedback ceea ce conduce la o clădire sustenabilă, din punct de vedere al consumului de apă și
energie și ușor poluatoare cu emisii și deșeuri.
2.4 Concepte de baz ă și proiectarea cl ădirilor inteligente ”Clădirile sunt mașini în care se trăiește”. (Le Corbusier)
În principiu clădirile (inteligente) trebuie să realizeze starea de bine a ocupanților, în
condiții de sustenabilitate și eficiență energetică. Scopul acestui capitol este de a prezenta
conceptele de bază necesare pentru a înțelege valoarea pe care o dă o clădire inteligentă și
pentru a ghida proiectarea unor astfel de clădiri.
2.4.1 Concepte de baz ă în cl ădirile inteligente
Primul pas înainte de proiectarea propriu zisă este înțelegerea contextului în care va fi
construită clădirea, aspirațiile clientului și modul cum vor funcționa astfel de clădiri.
Clădirile inteligente sunt o realizare inginerească interdisciplinară, ce presupun o
gândire pe intreag ciclul de viață al clădirii și lucrul într-o echipa integrată a mai multor
specialități: arhitecți, ingineri de instalații, ingineri structuriști, constructori, administratori
tehnici, proprietari și mai ales utilizatorul final, ocupantul. Proiectarea într-o echipă întegrată
și lipsa constrângerilor de timp conduce la dezvoltarea de atașament pentru proiect și la
urmărirea realizării obiectivelor de performanță a clădirii.
Clădirile trebuie evaluate din punct de vedere al mediului în care se află:
-clădirea interacționează cu mediul natural (consumă resurse, poluează, modifică
circulația curenților de aer și clima),
-clădirea interacționează cu populația și cu ocupanții clădirii.
Clădirile inteligente trebuie să rezolve problemele care apar la aceste interacțiuni.
Se pune problema cum se realizează aceste interacțiuni în prezent, cu ce consecințe și
cum pot fi ele îmbunătățite?
De-a lungul timpului, atitudinea factorilor de decizie (proprietari, ingineri, arhitecți,
autorități, ocupanți) față de clădiri s-a modificat și poate fi încadrată în una din următoarele
categorii (Wilson și Hedge,2004:88):
-containere pentru ocupanți, construite pe baza celui mai mic preț, fără să conteze
impactul clădirii asupra mediului și asupra ocupanților. Poate fi denumită alegerea naivă, pe
care din păcate mulți locatari și angajatori o fac la început, când aleg un spațiu de locuit/ lucru
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
26
pe baza costului minim. Este și vina proprietarilor de clădiri care nu-și renovează clădirile,
crezând ca așa au șanse mai mari să închirieze.
-simboluri de prestigiu în care modul cum arată în exterior este mai important decât
calitatea mediului interior, echivalent cu proverbul românesc ”afară e vopsit gardul și înăuntru
este leopardul”.
-mijloace pentru relații industriale, în care este înțeles faptul că un mediu sănatos de
lucru este esențial pentru forța de muncă. Cred ca nu aceasta era politica în fabricile din epoca
socialistă din România.
-instrumente de eficiență în care cheltuielile de investiție în muncă sunt în funcție de
venituri, nu de starea de bine a angajaților.
-forță operațională pentru care funcția și rolurile simbolice sunt reflectate la nivel de
administrare și în proiectul clădirii.
Dintre aceste 5 categorii, doar ultimele 3 categorii recunosc importanța condițiilor
bune de lucru și numai ultima categorie recunoaște importanța asigurării unor condiții de
lucru bune pentru a crește productivitatea muncii.
Deoarece clădirile sunt construite pentru ca ocupanții să își poată desfășura activitatea
în bune condiții, adică sănătoși și productivi, tema de proiectare a clădirii inteligente ar trebui
să fie crearea unui mediu ce conduce la starea de bine a ocupanților, în condiții de eficiență
energetică. Costul Total al Proprietății (Total Cost of Ownership) (Evans et al, 1998) este un
indicator al proporției costurilor pe perioada de viață a unei clădiri este aproximativ 1:10:200,
ușor variabilă dar proporțiile se mențin, în care:
-1 semnifică costurile de proiectare și construcție,
-10 reprezintă costurile de exploatare și mentenanță,
-200 reprezintă costurile cu personalul.
Deoarece cele mai mari costuri sunt cu forța de muncă, rezultă că o creștere a
productivității muncii lor poate compensa costurile inițiale ușor mai ridicate cu construcția
clădirii, datorate îmbunătățirii condițiilor de lucru. În conculuzie, construcția clădirilor
inteligente este un proces orientat spre ocupant, dar și un produs (clădirea). În opinia
autorului, proiectarea clădirile inteligente trebuie privită din punct de vedere al modului cum
sunt folosite, deci al ocupantului. Inteligența clădirii este necesară pentru a face față
utilizatorilor. Clădirile pot reacționa la nevoile utilizatorilor astfel:
-pe termen scurt prin flexibilitate;
-pe termen mediu prin adaptabilitate;
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
27
-pe termen lung prin sustenabilitate.
Tehnologia trebuie să vină în sprijinul ocupanților din clădire; utilizarea tehnologiei nu
trebuie să fie un scop în sine.
Dotarea cu tehnică și sisteme de control a clădirii trebuie făcută flexibil , în așa fel
încât interacțiunea ocupantului cu clădirea să fie încurajată, să permită ocupanților un anumit
grad de control asupra clădirii (ex: deschiderea ferestrelor), deoarece ocupanții sunt cei mai
buni senzori. Mai mult decât atât, sistemul de control trebuie să facă față diversității
comportamentale a ocupanților. O clădire fără ocupanți se comportă predictibil, problemele
apar când clădirea este populată cu ocupanți.
Pentru a reduce din situațiile neprevăzute și uneori absurde, dar și pentru a corela
așteptările factorilor de decizie cu posibilitățile clădirii, în primul rând ocupanții trebuie
educați:
-trebuie educați să fie responsabili cu mediul (colectare selectivă, oprirea aparaturii în
stand-by etc ).
-trebuie ajutați să înțeleagă cum se folosește clădirea optim (scenariul de ventilare, de
evacuare, și cum sunt influențați de factorii de mediu și cum influențează acțiunile lor
comportarea (performanța ) clădirii etc).
-trebuie împuterniciți să interacționeze cu clădirea, nu să fie pasivi (momentul optim
pentru deschiderea ferestrelor să fie indicat printr-un indicator luminos pe fereastră, pe un
stâlp etc). Prin măsurări s-a demonstrat faptul că o clădire controlată la cerere de ocupanți este
mai eficientă energetic decât una controlată la valori constante de către automatizare. Se
confirmă faptul că ocupanții sunt cei mai buni senzori.
Satisfacerea cerințelor factorilor de decizie are implicații asupra sustenabilității
clădirii, adică capacitatea clădirii de a-și susține performanțele pe termen lung (Clements-
Croome,2011). Sustenabilitatea poate fi a unei clădiri, în timp ce dezvoltarea durabilă este un
proces ce afectează populația, și poate fi dezvoltare durabilă de mediu, socială și economică.
Tot la fel o clădire trebuie să îndeplinească anumite cerințe de mediu, să satisfacă niște nevoi
sociale și niște indicatori economici ai fiecărui factor de decizie implicat în procesul de
construcție inteligentă. În esență, o clădire este un produs rezultat al deciziilor factorilor de
decizie. Ceea ce ei consideră important va fi implementat în clădire și va da gradul de
inteligentă al clădirii.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
28
2.4.2 Componenta activ ă și componenta pasiv ă a clădirii inteligente
Proiectarea inteligentă a instalațiilor clădirii face apel la tehnologii avansate dar și
simple. Clădirile trebuie să fie proiectate să funcționeze folosind sisteme, tehnică pasivă care
să asigure îndeplinirea condițiilor de mediu în majoritatea timpului, iar în momentul vârfurilor
(de sarcină termică de răcire sau încălzire, sau la iluminare redusă), sistemele active de
instalații să intre în funcțiune pentru a compensa limitarea sistemului pasiv. Avantajele
adoptării acestei metode sunt cost redus cu energia, cu mentenanța suplimentar cu reducerea
spațiului ocupat de centralele tehnice și durabilitate mai mare (Clements-Croome, 2011:69).
Tehnologia avansată este componenta activă a clădirii iar tehnologia joasă este componenta
pasivă a clădirii, ce poate fi inspirată din tradiția arhitecturii vernaculară.
În opinia autorului, clasificarea sistemelor dintr-o clădire în componente active și
pasive se face în funcție de modul de funcționare și de consumul sau nu de energie.
Componenta pasivă cuprinde toate sistemele care permit exploatarea clădirii f ără
utilizarea unei surse artificiale de energie (energie electrică sau termică). Cole si Brown
(2009:40) în articolul din INBI vorbesc despre conceptul de inteligență pasivă și consideră că
ocupanții clădirii sunt cei care activează componenta pasivă. Conform lor, inteligența pasivă
aplicată în clădiri poate fi caracterizată în mai mult feluri.
Cel mai bun exemplu de tehnologie pasivă este arhitectura clădirii. O arhitectură
corespunzătoare scopului clădirii poate realiza iluminatul clădirii f ără consum de energie
electrică, folosind luminatoare, puțuri cu tuburi optice și captatoare de lumină cu fibre optice.
Reducerea pierderilor sau aporturilor de căldură (a fluxului termic) prin elementele de
anvelopă a clădirii se poate face pasiv prin termoizolarea clădirii, fațade duble ventilate,
elemente de umbrire fixe sau mobile, sau chiar folosirea vegetației și a clădiri
invecinate(amplasarea clădirii în umbra lor). Răcirea și ventilarea clădirii se poate face
folosind metoda ”free cooling”, care presupune utilizarea aerului mai rece exterior din timpul
nopții pentru a răci masa termică interioară a clădirii, eventual folosind doar ventilarea
naturală. Sistemele de securitate pasive sunt cele mecanice.
În concluzie, componenta pasivă este utilizată în permanență de către clădire, însă
funcționarea ei este de bază și undeva discret în fundal.
Componenta activă consumă energie și este reprezentată de tehnica sistemelor
folosite și în clădirile deștepte. Sisteme active sunt și cele care funcționează în stare de
așteptare și intră în funcțiune ca urmare a îndeplinirii unei criteriu.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
29
Componenta activă este reprezentată de orice instalație (ventilare mecanică, răcirea,
încălzirea, iluminatul artificial, care funcționează alimentată în continuu cu energie, spre
deosebire de sistemele pasive. Sistemele de securitate active sunt toate celelalte care folosesc
energie electrică, chiar dacă funcționează în stare de așteptare și intră în funcțiune când se
declanșează vreun detector de incendiu, efracție etc.
2.5 Exemple de cl ădiri inteligente
Următoarele clădiri sunt considerate ca fiind inteligente, pe baza criteriilor prezentate.
Gradul de inteligență al clădirilor prezentate variază.
Igloo-ul este considerat o construcție inteligentă deoarece indeplinește mai multe criterii
enențate în definiția clădirilor inteligente: este funcțional (își îndeplinește perfect rolul de
adăpost într-un mediu ostil), este sustenabil, construcția sa nu poluează mediul, iar materialul
de construcție (zăpada) este reciclabil.
Piramidele (construcții simple ca și igloo-ul). Includerea piramidelor în categoria
clădirilor inteligente este un bun exemplu a faptului că o clădire inteligentă folosește soluții
tehnice din arhitectura vernaculară (tradițională). Cele mai cunoscute sunt piramidele din
Egipt, însă forma de piramidă este folosită în multe clădiri din lume, inclusiv în arhitectura
tradițională românească. Criteriul pe baza căruia piramidele sunt incluse in categoria clădirilor
inteligente este funcționalitatea. Funcționalitatea se datorează în special utilizării în diverse
scopuri a ”efectului de formă”, datorat arhitecturii în formă de piramidă. Existența acestui
”efect de formă” poate naște controverse, însă este un efect dovedit (încă din antichitate) de
faptul că piramidele sunt considerate clădiri funcționale și nu funerare. Cel mai bun exemplu
este faptul că marea majoritate a faraoniilor egipteni au locurile de veci în ”Valea Regilor” și
nu în piramide. În prezent, funcționalitatea piramidelor este dovedită de numeroasele brevete
de invenții (certificate oficiale) ce folosesc forma de piramidă în diverse aplicații tehnice. O
aplicație tehnică brevetată bazată pe folosirea unei construcții în formă de piramidă este
prezentată în subcapitolul ”Cercetări românești asupra piramidei și efectului de piramidă”.
Pe baza definiției din capitolul precedent, în opinia autorului, o clădire este inteligentă dacă
folosește tehnicile inteligenței artificiale, fiindcă doar inteligența artificială poate evolua și
conduce la clădiri mai inteligente pe viitor.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
30
Clădirea fabricii și sediul Igus, ambele în Cologne, Germania. Tema de proiectare a
fost un spațiu oricât de mare, fără ca elementele de susținere a acoperișului să impiedice orice
formă de ocupare a pardoselii. Clădirea este inteligentă datorită arhitecturii inteligent
aleasă. Pe lângă eficiența energetică dată de utilizarea iluminatului natural, aceasta oferă
flexibilitate în utilizarea spațiului interior deoarece acoperișul unui modul este susținut de un 1
singur stâlp central. După cum se observă în Figura 2-1, proiectul unei unități de structura cu
1 stâlp central este repetat, oferind posibilitatea de extindere prin alipire ulterioară pe orice
parte a clădirii. Acoperișul înglobează luminatoare mobile, fațada este din panouri modulare,
prefabricate, demontabile și înlocuibile cu geamuri sau uși.
BedZed (Beddington Zero Energy Development), Marea Britanie. BedZed este un
complex rezidențial ce implementează multe principii din conceptul de clădire inteligentă.
Clădirile folosesc numai energia generată local de către panouri solare termice și fotoelectrice,
cazan cu biomasa. Ventilarea clădirilor se face natural prin efect de tiraj. Consumul de apă
este redus de obicte sanitare cu consum redus, apa de ploaie este refolosită, deșeurile
menajere sunt reciclate, iar folosirea automobilului este descurajată.
Opera din Berlin, Germania: clădirea își îndeplinește perfect scopul, acela de audiție.
Swiss Re, (The Gurkin), Londra (Figura 2-15). Arhitectura iconică a clădirii este
inteligentă datorită fațadei duble foarte avansată cu recuperare de căldură și protecție solară la
flux de căldură.
Figura 2-1 Exemplu de arhitectură realizată inteligent (flexibilitate, eficiență energetică, iluminat natural) la clădirea fabricii Igus din Germania. În partea stângă este macheta unui modul de clădire; se observă stâlpul central ce susține acoperișul. În partea dreaptă este o imagine aeriană a clădirii fabricii format ă din repetarea de 6 ori a structurii unui modul.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
31
Școala Druk White Lotus, din Ladakh, India. Este clădire inteligentă deoarece
folosește materiale de construcție existente local, apa este refolosită, folosește tehnici pasive
de ventilație, folosește panouri fotoelectrice, încălzirea folosește surse regenerabile de energie
(Galeazzi, 2009:82).
Lista precedentă nu se dorește a fi exhaustivă. Clădirile au fost enumerate mai sus cu
scopul de a ajuta cititorul să își facă o idee practică asupra a ceea ce înseamnă o clădire
inteligentă.
Rezultă din cele prezentate mai sus că o clădire nu trebuie să fie echipată cu sisteme
electronice foarte avansate pentru a fi considerată inteligentă, fiindcă inteligența se manifestă
în mai multe feluri.
2.6 Clădiri inteligente în trecut Construcția de clădiri inteligente este influențată în principal de dezvoltarea tehnicii,
astfel că ceea ce conține o clădire inteligentă, variază de-a lungul timpului. Discuția se face
analizând arhitectura, structura și eventualele instalații.
Arhitectura vernaculară din România folosește arhitectură adaptată condițiilor de mediu
climatice și materiale de construcții disponibile local: pământ, lemn, piatră. Arhitectura
vernaculară înseamnă arhitectura nativă, tradițională. Astfel clădirile sunt sustenabile și
reciclabile. Acoperișul clădirilor tradiționale românești este înalt și în formă de piramidă.
Înălțimea acoperișului are rol atât vara cât și iarna: vara creează stratificarea termică a aerului,
astfel încât aerul cald se ridică la vărful acoperișului, păstrând răcoare în casă; iarna, forma
înaltă nu permite acumularea zăpezii pe acoperiș. Este cunoscut faptul că relieful și clima
României conduce la ierni cu zăpezi abundente. Migrarea populației de la sat la oraș, în
special în perioada de industrializare și locuirea în blocurile de locuințe a condus la uitarea
unor cunoștințe tehnice și de sănătate verificate în mii de ani de viață la sat în comuniune cu
natura. Cercetările recente redescoperă ceea ce știau străbunii noștri.
Piramidele sunt clădiri funcționale, nu funerare. Motivele pentru care piramidele sunt
incluse în această categorie este prezentat la capitolul ”Exemple de clădiri inteligente”.
Hipocaustul roman, era/ este un sistem de încălzire radiativă a pardoselii, pereților și
chiar a apei, folosit de anticii romani. Datorită îndeplinirii scopului (încălzirea locuinței), a
faptului că încălzirea prin radiație este benefică pentru sănătatea oamenilor și a modului
inteligent cum a fost construit sistemul, clădirea așezată pe stâlpi și cu pereți dubli cu goluri
ventilate pe verticală, iar prin spațiul liber creat treceau gazele de ardere, și datorită eficienței
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
32
energetice dată de stocare energiei termice în masa construcției, autorul consideră că, clădirile
cu hipocaust au fost clădiri cu o arhitectură și structură inteligent concepută, pe vremea lor.
2.7 Clădiri inteligente în prezent
Discuția se face analizând arhitectura, structura și instalațiile clădirii.
Nu voi prezenta în acest capitol funcționarea și tipurile de instalații (sanitare, de
încălzire, răcire, ventilare, electrice etc), deoarece nu acesta este scopul tezei, iar funcționarea
și tipul instalațiilor sunt lucruri presupus cunoscute de către orice inginer de instalații.
În opinia autorului, o caracteristică a clădirilor inteligente în prezent este că fac primii
pași în direcția încorporării (utiliz ării) inteligenței proiectanților și ocupanților în controlul
clădirii, prin interacțiunea sistem de control al clădirii-ocupant, și împuternicirea lor de a
funcționa ca cei mai buni senzori inteligenți în bucla de reglare a funcționării clădirii.
2.7.1 Arhitectur ă contemporan ă realizat ă inteligent Sustenabilitatea începe cu arhitectura.
Rolul anvelopei clădirii este de a separa mediul interior de cel exterior iar rolul
vitrajelor de a menține oamenii conectați vizual cu mediul exterior. Arhitectura clădirii are
foarte mare importanță asupra comportamentului energetic și structural și a calității mediului
din clădire.
Concluziile unui seminar CIBSE cu tema ”Sunlight, Health and Circadian Rhythms-are
these design issues?” (07.12.2011), la care a asistat și autorul la University College London,
pe perioada stagiului doctoral în Marea Britanie, sunt următoarele:
(1) Rolul arhitectului este de a aduce razele Soarelui în interiorul clădirii, pentru că
acestea (în special radiația UltraViolet) au efect benefic asupra sănătății umane:
(1.1) sterilizează mediul, distrugând germenii și bacteriile (chiar și prin geam germenii
de tuberculoză sunt distruși).
(1.2) lumina Soarelui contribuie la resetarea ciclurilor circadiene ale ocupanților.
(2) Proiectarea clădirilor pentru eficiență energetică conduce la rezultate diferite decât
proiectarea pentru sănătatea ocupanților, tocmai datorită ferestre de dimensiuni mici, care nu
lasă să pătrundă lumina Soarelui, anulând efectele benefice de mai sus. Astfel de construcții
sunt similare celor englezesti din epoca victoriană de tip ”Back to Back” sau cu geamuri
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
33
reduse datorită ”Window Tax”-ului, care au fost interzise tocmai datorită îmbolnăvirilor
cauzate de lipsa luminii directe a Soarelui.
În prezent, fațadele majorității clădirilor moderne sunt din sticlă cu geam termoizolant,
expus direct radiației și luminii solare, ceea ce este o greșeală. Aporturile termice solare pot fi
reduse de elemente de umbrire, lăsând să treacă lumina naturală, după cum este prezentat în
continuare. Această soluție tehnică ieftină pentru dezvoltatorul clădirii dar scumpă pentru
ocupanți, conduce la aporturi/pierderi termice uriașe pe care instalațiile trebuie să le
compenseze pe cheltuiala ocupanților pentru a menține temperatura interioară în limite
acceptabile. (Energia termică pierdută iarna se produce cu randament mare la cazane, iar cea
consumată vara este energie electrică produsă cu randament mic, dacă nu se folosește
cogenerarea.) Transferul de căldură către mediul interior clădirii printr-o fațadă modernă
echipată cu geam simplu termoizolator se realizează prin conducție și radiație, radiația solară
încălzind elementele de mobilier și structură interioară care apoi cedează căldura mediului
interior prin convecție.
Soluția inteligentă pasivă este reducerea aporturilor solare și chiar controlul fluxului
termic (iarna aportul termic solar este de dorit). Aceasta se poate face prin următoarele
metode:
-folosirea de elemente de umbrire a fațadei;
-ventilarea anvelopei clădirii (fațada și acoperișul);
-utilizarea de materiale cu propriețăți avansate (sticlă electrocromatică,
termocromatică, membrane cu proprietăți optice variabile etc).
Figura 2-2 Elemente de umbrire pe fațada clădirii Romenergo, Calea Floreasca, București, România.
elemente de umbrire
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
34
O soluție inteligentă pasivă este utilizarea elementelor de umbrire ale fațadei, de
exemplu cele fixe instalate pe fațada clădirii Romenergo, pe Calea Floreasca din București.
Pot exista și jaluzele motorizate exterioare, însă acestea sunt elemente active și pun unele
probleme de fiabilitate și costuri. Deoarece nu întotdeauna înălțimea clădirii și curenții de aer
de la înălțime permit montarea și întreținerea elementelor de umbrire, acestea au fost integrate
într-o fațadă complexă cu ventilare și umbrire.
O soluție experimentată de cercetătorii români de la INCERC București este fațada
endotermică (proces endotermic= proces cu absorbție de căldură). Fațada endotermică testată
este un schimbător de căldură apă-aer ce are rolul de a încălzi un agent termic (apa) folosind
radiația solară, pentru a genera frig (vara) într-o pompă de căldură cu absorbție. Având în
vedere verile călduroase din România, soluția este viabilă, deoarece fiindcă este opac,
schimbătorul de căldură creează umbră pe fațada clădirii, și foloseste energia termică
regenerabilă pentru climatizare și apa caldă menajeră.
Figura 2-3 Panoul de faţadă endotermică montat pe poziţie în clădirea AnvIntEx, INCERC Bucure ști. (Imagine preluată din Dan Constantinescu, 2011: 17)
Cealaltă soluție pasivă este ventilarea elementelor de anvelopă care reduce
temperatura pe elementul de anvelopă aflat în conduncție cu mediul interior, și astfel o mare
parte din aportul radiativ solar este respins prin convecția aerului din stratul ventilat, după
cum se poate observa în schema din partea dreaptă din Figura 2-4.
Ventilarea fațadei nu este un concept nou, în practică folosindu-se și acoperișuri
ventilate, cu rolul de a minimiza transferul de căldură prin anvelopă. Ventilarea fațadei
presupune existența unei fațade duble ventilate, dupa cum este cazul clădirilor 30 St. Mary
Axe, sediul Swiss Re și a clădirii imediat vecine, The Pinacle, ambele din Londra. Pe
înălțimea clădirii, perna de aer creată între cele două straturi de foi de geam, aflate la distanță
de maxim 1 m, se încălzește, și datorită înălțimii clădirii se creează un efect de tiraj termic
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
35
care ventilează natural aerul din fațada ventilată. La capetele fațadei există clapete de control
a ventilării, astfel încât vara sunt deschise, iar iarna închise, pentru a folosi aporturile termice
solare.
Figura 2-4 Fațada dublă, ventilată și cu elemente de protecție solară instalată pe clădirea 30 St. Mary Axe, sediul Swiss Re, Londra, Marea Britanie. Simularea termică din partea stângă prezintă variația temperaturii în perna de aer ca urmare a modificării ratei de ventilare a fațadei. Un alt exemplu de arhitectură inteligent concepută, ce folosește o tehnică pasivă de
ventilare este dat de cercetătorii T. van Hooff et al. (2011: 1797) care au studiat configurația
optimă pentru un acoperiș în formă de tub Venturi. Depresiunea realizată în zona contracției
(zona cea mai îngustă a acoperișului) poate fi folosită pentru a realiza ventilarea naturală a
clădirii.
Figura 2-5 Clădire cu acoperiș în formă de tub Venturi pentru ventilația naturală a clădirii. (T. van 1802 Hooff et al. / Building and Environment 46 (2011), pag1802. )
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
36
Avantajul soluției este faptul că folosește energia eoliană pentru ventilarea clădirii, și
nu energie electrică.
În opinia autorului, arhitectura inteligent concepută poate fi înțeleasă doar prin
comparaței cu arhitectura și materialele clasice de construcție folosite până în prezent. În
opinia autorului, arhitectura inteligentă se referă la utilizarea în arhitectură a diverselor
fenomene folosite în tehnică, pentru a obține anvelope ce realizează diverse funcții. De
exemplu: fațadețe duble, ventilate, tubul Venturi din instalații hidraulice este folosit în
arhitectura acoperișului, sticla electrocromatică este folosită pentru a reduce din aporturile
termice și fenomenul de orbire, sticla tratată cu oxid de titan formează o suprafață hidrofobă
(respinge apa) și este folosită pentru sticla de ochelari și pentru ferestre, deoarece suprafața nu
se pătează.
2.7.2 Sisteme de instala ții pentru cl ădiri inteligente
Datorită funcționalităților pe care trebuie să le îndeplinească, conceptul de clădire
inteligentă din prezent cuprinde și sistemele de instalații, pe lângă inteligența încorporată în
realizarea arhitecturii și structurii. Ca urmare, sistemele de automatizare a clădirii sunt o
componentă indispensabilă a unei clădiri inteligente, însă faptul că o clădire dispune de un
sistem de gestiune tehnică nu o face inteligentă implicit. Inteligența artificială implementată în
sistem și integrarea sistemelor sunt atribute cheie ale unui sistem de gestiune tehnică pentru o
clădire inteligentă.
Industria construcțiilor este o industrie globală, în care sunt implicate și multe
companii ce produc diverse echipamente de automatizare. Pentru a câștiga în competiția
economică, companiile trebuie să ofere sisteme care de care mai noi, sub diverse denumiri,
care în principiu încearcă să balanseze confortul ocupanților cu economia de energie. Cu atât
de multe sisteme și tehnologii de automatizare a clădirilor, există o mulțime de termeni care le
descriu și pot crea confuzie în utilizare. Din acest motiv, acest capitol își propune să clarifice
semnificația denumirilor folosite.
2.7.2.1 Sisteme domotice cu inteligență artificial ă
Cuvântul domotică este un neologism ce provine din franțuzescul ”domotique”.
Etimologic provine din latinescul ”domos” =casă și sufixul ”–ic ă” regăsit în denumirile de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
37
științe automatică, informatică, electronică ș.a. Alte surse atribuie etimologia cuvântului
domotică ca rezultat al contracției celor două cuvinte grecești ”domos” (casă) și ”titemi” (care
înseamnă ordonare și rearanjare).
Definirea domoticii dpv. al etimologiei ”domo+sufixul științei” conduce la o definiție
universal valabilă în timp. Domotica este definită ca un ansamblu de tehnici ale automaticii,
electronicii, fizicii construcțiilor, informaticii și telecomunicațiilor utilizate în clădiri ce
permit centralizarea controlului diferitelor instalații din casă: sisteme de încălzire, rulouri
pentru geamuri, poarta garajului, prizele electrice, iluminatul etc. Domotica vizează integrarea
funcțiunilor de confort, gestiunea energiei, sistemelor de securitate și comunicațiile (comandă
la distanță, semnale video, audio, date) care pot fi întâlnite în case, hoteluri etc.
Firma Bticino prezintă în cataloagele sale următoarea definiție a domoticii: ”știința care
combină aplicațiile tehnologiei informației și electronicii într-o locuință”. Termenul
”Domotică” înseamnă o locuință ce încorporează tehnologia informației.
Sistemul domotic este un sistem în timp real (există un termen fix de realizare a
instrucțiunilor ce nu poate fi depășit), informațiile și instrucțiunile sunt prelucrate în timp real,
tocmai fiindcă nu există un calculator server pentru stocarea și prelucrarea datelor
(Larionescu,2012:42).
2.7.2.2 Sistemele de gestiune tehnică a clădirii
Sistem de Gestiune Tehnică a Clădirii este traducerea în limba română a denumirii
englezești, des utilizată, de ”BMS”, care provine de la Building Management System.
Denumirea de sistem de automatizare a clădirii (building automation system) este o denumire
acoperitoare pentru o gamă largă de sisteme computerizate de control a clădirii, de la
controlere dedicate la sisteme de dimensiuni mari ce includ stații de calculatoare și
imprimante. Sistemele de automatizare a clădirii sunt cunoscute și sub denumirea de sistem de
gestiune tehnică a clădirii (BMS) (Schengwei, 2010:26).
În opinia autorului, sistemele de gestiune tehnică a clădirii au fost concepute în special
pentru controlul clădirilor de dimensiuni mari.
Deoarece Sistemul de Gestiune Tehnică a Clădirii se aplică pentru clădiri oricât de
mari, sistemul are nevoie de timp pentru a procesa și corela informația de la traductoarele din
clădire. Arhitectura sa este centralizată și ierarhică pe trei niveluri, ceea ce este o
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
38
caracteristică pentru sistemele care nu funcționează în timp real. Cele trei niveluri ierarhice
sunt:
-nivelul de gestiune tehnică (realizat de calculatoare cu baze de date),
-nivelul aparaturii de automatizare (automate programabile),
-nivelul aparaturii de câmp, (traductoare și elemente de execuție).
Implementarea inteligenței este realizată în principal în programele de la nivelul de
gestiune, dar dezvoltarea tehnologiei microcontrolerelor a permis implementarea inteligenței
la nivel de elemente de câmp. (Oancea, 2009).
După cum îi spune și numele, sistemul realizează o gestiune a datelor măsurate și
înregistrate din clădire. Stocarea datelor se face în baze de date, care sunt prelucrate după ce
au fost înregistrate; din acest motiv, comanda care se va da pe instalație nu este întotdeauna în
timp real. De exemplu, optimizarea momentului pornirii instalației de încălzire. Sistemul de
gestiune al clădirilor campusului Whiteknights, al Universității din Reading, înregistrează
zilnic parametrii de mediu interior și exterior, și pe baza prelucrării automate a valorilor din
ultima perioadă de timp, încercă o predicție adaptată la tendința de variație a temperaturii
exterioare, pentru pornirea încălzirii.
Figura 2-6 Interfața sistemului BMS de la Universitatea din Reading, pentru comanda pompelor de căldur ă din clădirea Carrington, campusul Whiteknights.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
39
Sistemele de gestiune tehnică oferă și funcțiunile sistemelor domotice, și astfel oferă
posibilitatea de comandă în timp real dată de operatorul sistemului sau programată prin
temporizare. De exemplu comanda pompelor, cazanelor, ventilatoarelor etc, se poate face în
timp real din interfața grafică a sistemului, după cum se poate observa în Figura 2-6.
Și în România se folosește sistemul de gestiune tehnică a clădirii. Există unele
încercări de realizare a clădirilor inteligente, atât pe parte de arhitectură, structură cât și
instalații.
Casa pasivă AMVIC folosește sisteme de automatizare și un sistem de schimbatoare
de căldură din țeavă îngropate în sol pentru pretratarea aerului de ventilare. Clădirea este
foarte bine izolată termic interior și exterior, datorită metodei de realizare a structurii prin
turnare betonului în cofrage de polistiren încorporabile în structură. Unele clădiri realizate
prin acest sistem au fost certificate internațional clădiri pasive.
Sistemul de repartizare costuri COSTREMON dezvoltat de INCERC București și
sistemul Registra sunt folosite pentru repartizarea costurilor de încălzire în apartamente pe
baza consumului exact de căldură al fiecărui apartament.
2.8 Ce înțeleg firmele din România prin cl ădire inteligent ă?
Datorită diferențelor culturale, pe suprafața Pământului există diferențe de percepție
între ceea ce ar trebui să facă o clădire inteligentă. Pentru exemplificare se consideră două
extreme culturale din două țări dezvoltate, clădiri din America de Nord și Japonia. În
Intelligent Buildings International (2009:39) este prezentat un studiu comparativ al câtorva
clădiri certificate la maxim dpv. LEED și CABSE, din S.U.A. și Japonia cu scopul de a reliefa
ideile comune și particulare pe care se pune accent în America de Nord cât și în Japonia.
Concluzia este că diferențele internaționale între practicile pentru construcția de clădiri verzi
sunt mult mai mici decât ar fi de așteptat să provină din diferențe culturale sau din
metodologiile de evaluare LEED și CABSE. )
Autorul a creat un chestionar propriu adresat specialiștilor din domeniul construcțiilor,
pentru a obține o statistică asupra situației și dotărilor clădirilor din România, deoarece
instituțiile statului responsabile de mediul construit din România, (Inspectoratul de Stat în
Construcții, Institutul Național de Statistică și Ministerul Dezvoltării Regionale și
Turismului), contactate de autor, nu dispun de astfel de date. Chestionarul poate fi accesat la:
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
40
https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0Aij3hbtmehX7dGR2bENQUzlvWEp2b1VKZ
FJUam0yNmc
Însă ce înțeleg firmele din România prin conceptul de clădire inteligentă?
Deoarece rata de răspuns la sondaj a fost mică (în general 30% este considerată o valoare
mare), pentru a afla răspunsul la întrebarea de mai sus, am realizat două studii statistice
printre firmele din România care vând componente pentru sisteme de automatizare a clădirilor
și firme care proiectează/ instalează automatizări pentru clădiri.
2.8.1 Primul studiu al cl ădirilor din România
Piața construcțiilor este influențată de producători și alte companii care activează pe
piață în domeniu. Informațiile de pe site-urile de Internet ale acestor companii sunt folosite
pentru a afla ce promovează aceste companii ca fiind clădiri inteligente.
Societățile vizate de studiul statistic sunt firme de construcții, proiectare și materiale
de instalații pentru construcții din România care activează în domeniul clădirilor inteligente.
În total 12 companii (12 siteuri) au fost evaluate. Evaluarea s-a făcut contorizând câte un
punct pentru fiecare caracteristică de clădire inteligentă menționată în definiția clădirilor
inteligente a lui Clements-Croome (2009). Definiția a fost aleasă deoarece este cea mai
completă prin aspectele acoperite. Rezultatele din Figura 2-7 sugerează faptul că în România
companiile sau investitorii consideră că dacă într-o clădire se instalează un sistem de control
al instalațiilor de iluminat, climatizării și securitate, atunci clădirea devine inteligentă.
Rezultatele unui studiu a site-ului web a 12 compa nii care î și fac publicitate ca lucrând în domeniul cl ădirilor inteligente.
108
7 7 76 6
5 5 54
32
1 1
02468
1012
Con
trol
ulilu
min
atul
ui
Con
trol
ulH
VA
C
Con
trol
ulJa
luze
lelo
r/
Sis
tem
de
adm
inis
trar
e
Sis
tem
eS
ecur
itate
Con
trol
Acc
ess
Mon
itoriz
area
efic
ient
ei
Sis
tem
Aud
io-
Vid
eo
Inte
grar
eada
telo
r
Con
trol
ul d
ela
dis
tant
a pt
Sup
rave
gher
evi
deo
Con
toriz
are
Con
fort
Sănă
tate
Sta
rea
debi
ne
Criteriul mentionat
Nr. d
e co
mpa
nii
Figura 2-7 Rezultatele unui studiu realizat de autor pe site-urile web a 12 companii care își fac publicitate ca lucrând în domeniul clădirilor inteligente.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
41
O altă idee greșită promovată de unele firme este că o clădire poate devenii inteligentă
doar dacă este dotată cu sisteme multimedia de ultimă generație. Eficiența instalațiilor nu prea
contează pentru factorii de decizie, doar 6 companii din 12 o menționează. Alarmant este
faptul că din 12 companii, doar 2, respectiv 1 dintre ele menționează faptul că scopul unei
clădiri inteligente este creerea unui mediu confortabil (2 voturi din 12) sau a unui mediu
sănătos și a stării de bine (1 singur vot din 12).
Graficul din Figura 2-7 poate fi interpretat și astfel: din 12 clădiri construite în
România, doar într-una dintre ele, starea de bine și sănătatea ocupanților au fost teme de
proiectare, în timp ce 10 clădiri din 12 au avut ca temă de proiectare doar controlul
iluminatului. Privit astfel, graficul este îngrijorător însă interpretarea se verificată în studiul 2.
Autorul consideră că este necesară o implicare mai activă a formatorilor de opinie, în
speță a Facultăților de Construcții și Ingineria Instalații pentru a promova factorilor de decizie
(beneficiari, ingineri de instalații) valorile corecte ale conceptului de clădire inteligentă.
Clădirile construite în spiritul valorilor adevărate promovate de conceptul de clădire
inteligentă vor îmbunătății sănatatea populației țării, vor creea un mediu productiv de lucru
pentru angajații din companiile românești, crescând productivitate muncii cu efecte benefice
la nivelul economiei naționale
Dotarea cu instala ții
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
contro
l & m
onit
HV
AC
contro
l ilu
min
atcl
apet
e ant
ifoc
& m
oni
toriz
are
sist
em
evacu
are fu
m
pom
pe
ince
ndiu
AC
cam
ere
, ven
tiloc
onv
ecto
r int
egra
t in
BM
Ssc
ena
riul d
e fo
c
mon
itoriz
are
tablo
uri e
lect
rice
pom
pe
apa
rece
cont
rol j
alu
zele
f(so
are, r
adiație
)
contro
l acc
es
mon
it ca
m fr
igor
ifice
conto
rizar
e pen
tru c
hiriași
(int
egra
ta in
BM
S)
mon
itoriz
are și c
onto
riza
re tr
ansf
orm
ato
r
prin
cipa
l m
onito
rizare
unități
răci
re
inte
grare
sis
tem
e m
ulti
medi
a
BM
S M
odbu
s pe
ntru
moni
toriz
are
tran
sform
atoar
e m
onito
riza
re c
entru
de d
ate
IT
moni
toriz
are c
entra
la e
lect
rică
cont
rol l
ifturi
drenc
ere
ince
ndi
u
moni
t.&lim
it co
nsum
gaz
& e
lect
ricita
te
cont
rol t
em
pera
tură
pis
cină
(apa
si a
er)
contro
l și m
onito
rizare
pre
siun
e ca
mer
a
cura
ta
Tip instala ție automatizata
Nr. d
e cl
adiri
Figura 2-8 Frecvența și tipul instala țiilor automatizate.
Majoritatea beneficiarilor vor doar aceste instalații automatizate
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
42
2.8.2 Cel de-al doilea studiu al cl ădirilor din România
În cel de-al doilea studiu autorul a studiat statistic în detaliu portofoliul de lucrări pus la
dispoziție de o companie cu activitate în domeniul proiectării de instalații de automatizare
pentru clădiri. Rezultatele sunt prezentate în Figura 2-8. Se observă că ponderea cea mai mare
a instalațiilor automatizate o au instalațiile de climatizare, iluminat și siguranță la incendiu.
Comparând rezultatul celor două studii, se observă că instalațiile de climatizare,
iluminat și siguranță se mențin în topul celor mai des automatizate.
2.9 Tehnologii pentru cl ădiri inteligente în viitor
Discuția se face analizând arhitectura, structura și eventual instalațiile clădirii.
Stația Spațială Internațională este poate cel mai bun exemplu precursor pentru clădirile
inteligente ale viitorului. Modul cum funcționează Stația Spațială ar trebui transpus și în
clădirile de pe Pământ, e adevărat, însă cu unele costuri deloc de neglijat. Stația Spațială
funcționează aproape perfect: își produce singură energia necesară, funcționează economic
dpv al consumului de energie electrică și termică, aerul și apa sunt reciclate, deșeurile sunt
reduse la minim și nu poluează, întreține viața într-un mediu neprielnic vieții etc.
Pe lângă noțiunile prezentate în subcapitolele următoare, în opinia autorului,
dispozitivele medicale portabile neinvazive vor adăuga noi funcțiuni unei clădiri inteligente,
cum este cea de îngrijire medicală la distanță ( o formă de ”telecare”).
Dispozitivele electronice ce pot fi purtate sau cele flexibile, precum tatuajul electronic
(Coleman, 2011), bumbacul electronic, lentila de contact cu senzor de presiune oculară, sunt
doar câteva dintre realizările prezente, ce vor fi în curând folosite de ocupanții clădirii.
O altă idee de referă la traductoare sau senzorii încorporați în materiale, obiecte care
creează o hartă cu rezoluție mare a parametrilor măsurați ai mediului în care se află. Aparatele
cu traductoare încorporate vor forma ”rețeaua omniprezentă cu date în timp real”.
2.9.1 Fractalii
Fractalii sunt mulțimi matematice care descriu obiecte sau o cantități care au
proprietatea tipică de auto-similaritate. Auto-similaritatea este proprietatea că un obiect întreg
are aproape aceeași formă cu una sau mai multe părți ale sale. De exemplu frunza de ferigă.
Reprezentarea matematică a mulțimii Mandelbrot produce un fractal sub formă de măr. Pe
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
43
măsură ce se mărește orice zonă a fractalului, modelul / textura inițială se repetă aproape la
fel. Reprezentarea grafică pe scară logaritm-logaritm cantitate-distanță conduce la o linie
dreaptă, a cărei pantă este egală cu dimenisunea fractală.
Figura 2-9 Exemple de fractali. (Stânga): fractali geometrici simpli. (Centru): frunză de ferigă. (Dreapta): mărul Mandelbrot.
Fractali se găsesc și în natură. Exemplu de fractali din natură: cristalele de gheață ce se
formează natural pe geamurile înghețate, frunzele de ferigă, secțiunea printr-o varză, suprafața
conopidei, brocolli-ul Romanesco, nervurile de pe suprafața frunzelor, coloritul de pe coada
păunului etc. O descărcare electrică de înaltă tensiune printr-un bloc de plexiglas produce un
fractal denumit figura Lichtenberg.
Fractalii sunt structuri care cresc singure. Se poate spune că dezvoltarea unei structuri
naturale este după un model de fractal, ca si cum în structura sa ar fi întipărit un cod genetic
fractal. Această observație este confirmată și în subcapitolul despre ”Materie și infomație
cuantică”. Îmi imaginez clădiri care se construiesc singure, sau materiale care se repară
singure folosind nanostructuri care se generează singure și cresc singure după un tipar fractal.
Structurile care cresc singure sunt deja realitate. O dată cu directiva RoHS (Reduction
of Hazardous Substances) pentru eliminarea metalelor grele din aliajele de lipit componente
electronice, dispozitivele electronice au început să se defecteze datorită creșterii pe suprafața
circuitelor a unor filamente fractalice de cositor denumite ”WHISKERS”, care produc
scurtcircuite.
2.9.2 Numarul de aur Φ “The good, of course, is always beautiful, and the beautiful never lacks proportion.”
Plato
Numărul de aur, proporția de aur, secțiunea de aur, media de aur sau proporția divină
sunt doar câteva din denumirile folosite pentru numărul:
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
44
618,12
15 ≈+=Φ
Ecuația 2:1 Inversul acestui număr, 1/Φ=1/1,618=0,618, este de asemenea folosit în practică.
Acest număr face parte din categoria numerelor reciproce (Braden, 2009). Aceste numere sunt
folosite ca proporție în diverse domenii, de la construcții la literatură, fiind considerat un
raport ce produce armonie în percepția simțurilor. De exemplu, de-a lungul timpului s-a
constat că o carte va avea succes dacă raportul laturilor sale este egal cu 1,618.
Se pune întrebarea, în cazul în care o clădire folosește ”numărul de aur” în arhitectură,
volumetrie etc., va fi ea o clădire de succes? Se pare ca da, având în vedere ca acest număr a
fost folosit în arhitectura piramidelor de la Giseh, Egipt, a templului Taj Mahal din India, a
catedralei Notre Dame din Paris, a turnului CN din Toronto.
Figura 2-10 Raportul de aur folosit în arhitectura clădirilor: Taj Mahal India, Turnul CN Toronto Canada, Notre Dame Paris Franța. (http://www.goldennumber.net/)
2.9.3 Biomimetism ; șirul lui Fibonacci
Ingineria se inspiră din soluțiile găsite de natură în decursul milioanelor de ani de
evoluție. Folosirea în inginerie a soluțiilor tehnice inspirate din natură se numește
biomimetism. Ingineria trebuie să replicheze din natură tehnicile de funcționare cu minim de
energie. De exemplu mușuroaiele de termite sunt climatizate prin evaporarea apei si canale de
ventilare, iar temperatura în interior este aproape constantă comparativ cu cea exterioara. În
natură, liniile copacilor, animalelor, formelor de relief sunt linii curbe, fluide, tranziția între
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
45
secțiuni e graduală, eforturile mecanice nu se concentrează ca în îmbinările din unele aplicații
tehnice clasice.
Fagurele de albine este structura cu consum optim de material si cea mai mare
densitate de împachetare. Unghiul capacului din spatele fagurelui este la fel ca înclinarea
fațadei clădirilor de tip ”Earthship”. Blocurile prefabricate au structura tot de tip fagure, cu
pereți despărțitori din beton armat, fiind foarte rezistente le cutremurele din sursa Vrancea.
Șirul lui Fibonacci este o secvență de numere care apare în natură. Relația de recurență
pentru aceste numere este
fn=fn-1 + fn-2 , n≥3, n aparține N*, f1=0, f2=1.
Ecuația 2:2
2.9.4 Nanotehnologiile
Nanotehnologiile sunt un subiect actual de cercetare în programele europene FP7.
Interesul pentru nanotehnologii se datorează proprietăților deosebite fizice, mecanice, optice,
electronice și cuantice, pe care materialele obișnuite nu le au. Principalele nanomateriale
studiate de nanoştiinţă sunt nanotuburile de carbon (CNTs), fulerenele, nanofirele şi
particulele cuantice (Predescu și Cincu, 2010:19). Nanotehnologiile se referă la particule de
dimensiunea nanometrilor 10-9m.
Nanotuburile de carbon sunt nanostructuri cilindrice descoperite inițial la analiza
negrului de fum din reactorul în care se realiza cracarea gazului metan. Merită menționat
faptul că negrul de fum rezultat la arderea unei lumânări și afumarea unei suprafețe produce
nanotuburi de carbon (Deng et al, 2012:67). Suprafața tratată astfel devine hidrofobă.
Figura 2-11 Cele 3 tipuri de nanotuburi de carbon. De sus în jos: “armchair”, “zig-zag”, ”chiral”. Sursa:http://www.personal.reading.ac.uk/~scsharip/tubes.htm
În cazul grafitului, structura cristalină este plană (ca urmare scrisul cu creionul este
posibil datorită fenomenului de clivaj). În cazul diamantului, structura cristalină a moleculelor
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
46
este spațială cubică, o structură foarte ordonată ce are ca rezultat duritatea maximă a
diamantului. În cazul nanotuburilor, legăturile între atomii de carbon sunt plane, formând o
grafenă (un strat plan de grafit), rulate în formă de tub.
Modul cum sunt așezate legăturile de carbon pe conturul nanotubului conduce la 3
tipuri de nanotuburi. În funcție de modul cum au fost produse nanotuburile, și în funcție de
elementele chimice în prezența cărora s-au format, nanotuburile au proprietăți diferite. S-a
reușit chiar crearea unui dispozitiv radio, în care acordul pe post se făcea prin arderea la
lungimea dorită de vibrație a unui nanotub întrodus într-un capsulă de sticlă. Arderea
nanotubului se face în funcție de valoarea tensiunii și curentului aplicat.
În domeniul clădirilor, nanotuburile pot fi utilizate la realizarea de senzori pentru
traductoare, materiale compozite și substanțe cu proprietăți deosebite. Domeniile de interes
sunt transferul de căldură, tratarea suprafețelor, filtrarea, obținerea de materiale de construcții
compozite și mai ales domeniul traductoarelor pentru diverse substanțe/markeri în fiziologie
sau a poluanților mediului interior și exterior clădirilor. Chiar dacă toxicitatea nanotuburilor
este controversată, următorul tip de nanomateriale au proprietăți ce le fac utile în biomedicină.
Figura 2-12 Molecula de fulerenă C60 (buckminsterfullerene). Sursa: Wikipedia.
Fulerenele sunt forme stabile alotropice ale carbonului, alături de grafit și diamant,
cea mai cunoscută fiind molecula C60 (buckminsterfullerene) (Figura 2-12), pentru a cărei
descoperire a fost atribuit premiul Nobel pentru chimie în 1996. Spre deosebire de
nanotuburile de carbon, fulerenele au formă sferică, și implicit proprietăți diferite de ale
nanotuburilor.
Prin tratare chimică, fulerenele își îmbunătățesc proprietățile și pot fi folosite în
biomedicină, fulerenele fiind considerate medicamentele viitorului. Efectele benefice ale
fulerenelor sunt: antibacteriene, antivirale, protecție împotriva razelor UV și radiațiilor, a
radicalilor liberi, antioxidant (Predescu și Cincu, 2010:19), stimulant al sistemul imun, de
dublare a vieții la soareci (Baati T, et al., 2012). O sursă de fulerene accesibilă la scară largă
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
47
populației este mineralul ”shungit”, ce este alcătuit din fulerene. În apa lacului din apropierea
zăcămantului de shungit nu s-au găsit microbi. În timpul războaielor, soldații ruși purtau în
raniță piatra de shungit pentru a purifica apa, dovadă istorică ca fulerenele sunt benefice
sănătății.
Senzorii obținuți prin nanotehnologii pot fi construiți astfel încât devină sensibili
decât la anumite substanțe, fie ele substanțe produse de corpul omenesc sau substanțe din
mediu, umiditate, temperatură, substanțe poluante (freoni, COV (compuși organici volatili),
CO2, NOx, SOx), toxice (CO, etc). Traductoare pentru starea de bine o ocupanților unei clădiri
pot fi ușor imaginați. Avantajul nanosenzorilor este că sunt foarte mici și pot fi implantați
ocupanților pentru a le monitoriza starea de sănătate.
Cercetătoarea română Raluca-Ioana van Staden (2010:16) şi Jacobus Frederick van
Staden au realizat un microsenzor pentru detectarea cancerului direct din proba de sânge, iar
rezultatul este gata în 6 minute.
2.9.5 Pilele de combustie Apa este combustibilul viitorului.
Pila de combustie este o celulă galvanică în care energia liberă a unei reacții chimice
este transformată în energie electrică. În cazul unei pile de combustie clasice, alimentată cu
hidrogen și oxigen, reacția care are loc este:
OHOH 222 2
1 =+ Ecuația 2:3
Având în vedere că aproximativ 70% din suprafața Pâmântului este apă, iar molecula
de apă este formată din hidrogen și oxigen, exact combustibilul necesar, iar vaporii de apă nu
sunt toxici și nu produc efect de seră, autorul tezei este de părere că apa poate și trebuie să
înlocuiască combustubilii fosili.
În funcție de energia consumată pentru separarea hidrogenului de oxigen, alimentarea
pilelor de combustie cu hidrogen se poate face fie prin electroliza locală a apei, fie prin
disocierea moleculei de apă în câmp de unde radio. Un articol din National Geographic (2007)
atribuie cercetătorului John Kanzius descoperirea faptului că apa sărată (de mare) poate
arde, în momentul când este introdusă într-un câmp de unde radio. Disocierea atomilor de
hidrogen de cei de oxigen în câmp radio se datorează vibrației induse dipolului apă de către
undele radio, similar procesului de încălzire din cuptoarele cu microunde. În opinia autorului,
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
48
consumul de energie pentru disocierea moleculei de apă prin metoda undelor radio ar trebui să
fie mai eficient energetic decât electroliza, deoarece în cazul electrolizei este necesar un
consum de energie suplimentar pentru compensarea rezistivității apei, și de-abia apoi consum
de energie pentru ruperea legăturilor hidrogen-oxigen din molecula de apă.
Energia pentru alimentarea electrolizorului sau a generatorului de unde radio poate
proveni de la panouri fotoelectrice sau orice altă sursă de energie regenerabilă, și astfel întreg
procesul de producere a energiei electrice va deveni ecologic.
Rezultatul utilizării acestei tehnologii: dezvoltarea la nivel planetar de centrale de
producere a energiei electrice din apă, cu zero emisii de carbon. Datorită faptului că pilele de
combustie pot fi construite în orice gamă de puteri, pilele de combustie pot fi instalate
aproape în fiecare clădire, și astfel clădirea respectivă devine independentă energetic față de
rețeaua de alimentare, sau chiar poate injecta energie în Sistemul Energetic Național.
Figura 2-13 Schema simplificată a unei pile de combustie cu hidrogen.
Dezavantajele pilelor de combustie sunt minore comparativ cu beneficiile pe care le
aduc umanității:
-costul datorat folosirii într-unele dintre ele a catalizatorilor de platină, însă acest
dezavantaj începe să fie eliminat prin folosirea de cantități reduse de catalizatori sub formă
coloidală,
-stocarea hidrogenului pur este considerată periculoasă. Și acest dezavantaj poate fi
depășit dacă se folosește apa ca sursă de hidrogen produs instantaneu în câmp de unde radio
sau prin electroliză, inclusiv din apa sărate, care nu îngheață. Apa este deosebit de stabilă
chimic și termic, comparativ cu combustibili fosili.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
49
Avantajele pilelor de combustie depășesc orice dezavantaj. Pilele de combustie nu au
piese în mișcare, au randamente de aproximativ 60%, aproape dublu față de motoarele cu
ardere internă, iar densitatea de putere (kW/kg) sau energie (kWh/kg) produsă pe unitatea de
greutate este de aproximativ 2-3 ori mai mare decât la acumulatorii obișnuiți (Turtureanu).
Interesele economice ale companiilor petroliere și a țărilor producătoare de petrol vor fi
afectate de utilizarea pilelor de combustie alimentate cu apă direct, și ca urmare, este de
așteptat ca acestea să împiedice adoptarea pe scară largă a mașinilor alimentate cu apă.
Adoptarea pilelor de combustie cu hidrogen va fi favorizată de faptul că combustibilii fosili
poluează și devin din ce în ce mai scumpi, pe măsură ce rezervele de combustibili ușor
exploatabili se reduc. Deja firma General Motors testează un automobil cu pilă de combustie
cu hidrogen stocat, ce este așteptat să fie introdus pe piață în 2015.
În concluzie, pilele de combustie sunt o dotare practică ideală pentru producerea
independentă de energie electrică și termică într-o clădire, fie ea și inteligentă.
2.9.6 Cloud-ul informatic
2.9.6.1 Ce reprezintă cloud-ul informatic
În 1900 existau 50.000 de centrale electrice independente în Statele Unite ale
Americii. Tesla și Edisson au avut ideea de a le interconecta. Așa a luat naștere primul cloud
din istorie.
”Cloud-ul informatic” este de fapt aplicarea principiului externalizării serviciilor
asupra infrastructurii informatice a unei instituții, organizații etc, ceea ce poate fi o eroare,
deoarece o instituție/firmă își încredințează datele spre administrare unei alte firme. După cum
a demonstrat-o virusul STUXNET (a distrus automatele programabile de acționare a
pompelor la centralelor nucleare iraniene), securitatea informatică într-o rețea nu este
absolută. Cel mai sigur este păstrarea datelor ”în casă”, pe un calculator izolat de Internet.
Cloudul este o rețea de servere interconectată care oferă utilizatorilor posibilitatea de a
stoca date de oriunde ar fi ei, fără să conteze locul unde sunt instalate serverele. Cloud-ul
informatic se referă la locul necunoscut de utilizator unde sunt stocate datele sale pe Internet,
locul necunoscut unde sunt instalate serverele. Pentru un utilizator nu contează unde sunt
amplasate fizic serverele ce susțin infrastructura Internetului. De exemplu, un utilizator român
încarcă date pe Internet, pe un site cu domeniul ”.com,” , iar serverul care găzduiește această
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
50
pagină se află în Germania, sau în Africa de Sud. Ideea este că nu contează unde se află fizic
serverul, datele sunt stocate undeva pe Internet, în ”aer”, într-un ”nor” (cloud).
2.9.6.2 Influen ța cloud-ului asupra funcționării și dotării cl ădirilor cu tehnic ă de calcul
În prezent, orice instituție, companie, societate comercială cât de mică, ai cărei
angajați lucrează pe calculatoare personale, are nevoie de cel puțin 1 server pe care să
stocheze datele ca back-up și de un server pentru imprimante.
Cu cât organizația este mai mare, cu atât numărul de servere și puterea lor trebuie să
fie mai mare, ceea ce înseamnă un întreținerea unui spațiu dedicat special pentru
montarea serverului/ serverelor: instalații de răcire proiectate special cu răcire prin
pardoseală cu așezarea serverelor pe insule cu culoare calde (evacuare căldură) și culoare reci
(alimentarea cu aer rece), condiții speciale de mediu și asigurarea unei rezerve de apă de
răcire. Camerele pentru servere trebuie să se conformeze normelor TIER I-IV.
În concluzie, infrastructura informatică necesită spații special amenajate în clădire,
energie pentru funționare (serverele și climatizarea fiind cei mai mari consumatori) și
mentenanța lor. Toate acestea sunt cheltuieli pentru o organizație și implică consum mai mare
de energie pentru o clădire.
Utilizarea cloudului conduce la scoaterea centrelor de date dintr-o clădire de birouri,
concentrarea tuturor serverelor într-o clădire centru de date, și degrevarea organizației de
sarcina asigurării funcționării și mentenanței sistemelor informatice.
Din punct de vedere economic, cloud-ul are două efecte:
-Consecința externalizării infrastructurii informatice este scăderea aporturilor termice
interne și scăderea consumului de energie electrică a clădirii.
-Apariția de noi modele de afaceri. Firme care își bazează planul de afaceri pe Internet
sunt cele mai avantajate de dezvoltarea cloud-ului, de exemplu afacerile de vânzări pe
Internet: Amazon, Ebay, comunicațiile (Blackberry) etc.
Din punct de vedere al securității datelor:
-Stocarea datelor pe un server care nu este în clădirea unde organizația își desfășoară
activitatea evită riscul pierderii lor în cazul unui incendiu în sediul organizației.
-Totuși, există organizații care nu o să apeleze niciodată la cloud datorită problemelor
de securitate informatică a datelor: băncile, administrația publică, securitatea statului etc.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
51
2.9.7 Sistemele pervasive
Dezvoltarea sistemelor de control și a rețelelor de comunicație wireless va face ca în
viitor ocupanții să interacționeze mai mult cu clădirea și instalațiile prin intermediul
sistemelor pervasive. Conform Oxford English Dictionary, adjectivul pervasiv este sinonim
cu omniprezent sau larg răspândit și provine din latinescul pervasus, participiul trecut al lui
pervadere. Un spațiu pervasiv este deci caracterizat de interacțiunea fizică și informațională
dintre ocupanți și mediul construit. De exemplu, controlul instalațiilor clădirii este o
interacțiune fizică, în timp ce răspunsul spațiului la această acțiune/instrucțiune a
utilizatorului este o interacțiune informațională (Oancea șiCaluianu 2012:3) (Culcea, Oancea,
Caluianu 2012).
2.10 Semiotica cl ădirilor
În 1976, Umberto Eco definea semiotica drept disciplina care studiază tot ce poate fi
folosit pentru a minții. (Dorobanțu, 2012:85)
Semiotica este disciplina care se ocupă de studiul semnelor și al informației în diverse
medii sociale, culturale și este utilă și în mediul construit (Qiao et al, 2006). Din punctul de
vedere semiotic, spațiul în care lucrăm și trăim poate fi analizat ca spațiu fizic sau ca spațiu
informatic, în care ocupanții se bucură nu numai de facilitățile oferite, ci și de informație.
Clădirile sunt semne intuitive complexe. Clădirile influențează comportamentul
ocupanțiilor prin mesajele semiotice pe care arhitectura le transmite, prin energiile prezente în
mediul respectiv și prin calitatea mediului interior clădirii.
”Umweltul semiotic” este mediul din jurul omului sau animalului ce este format din
semne si simboluri pe care le creaza si receptionează. (Liu, 2000).
2.11 Cladiri emblematice și cl ădiri reper
Clădirile emblematice sunt cele care ne vin în minte când ne gândim la o țară.
Conceptul termenului de clădire emblematică datează din anii 1990. Clădirile
emblematice sunt folosite ca embleme/ logo-uri ale diverselor instituții și au rolul de a atrage
turiști. Însă construcții emblematice au fost construite peste tot pe suprafața Pământului, din
cele mai vechi timpuri până în prezent. În opinia autorului, clădirile emblematice excelează la
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
52
minim două din capitolele: semiotica clădirilor, forma arhitecturală, dimensiune și promovare
publică, acest lucru făcându-le emblematice și atracții turistice.
Dacă ne gândim la dimesiunile templelor egiptene și a templelor grecești, construite la
scara zeilor respectiv la scara umană, dar și la clădirea Pentagonului sau a Palatului
Parlamentului României, concluzionăm că o clădire emblematică este descrisă prin adjective
superlative, în comparație cu clădirile obișnuite.
Termenul englezesc consacrat pentru a denumi clădiri proiectate să arate fantastic și să
materializeze viziunea arhitectului este de ”iconic building”. În opinia autorului, acest termen
trebuie tradus în limba română prin ”clădire emblematică”, deoarece traducerea ”clădire
iconică” este nefirească și produce confuzii în vorbire. Premiul Stirling este acordat clădirilor
proiectate de arhitecți cu sediul în Marea Britanie, care au făcut cea mai mare contribuție la
evoluția arhitecturii. Însă o clădire cu o arhitectură fantastică, cum sunt clădirile emblematice,
nu sunt neapărat funcționale sau clădiri inteligente.
Figura 2-14 Clădirea emblematică a Palatului Parlamentului României. Deține trei recorduri mondiale.
Deoarece pune prea mare accent pe aspect nu funcționalitate, premiul Stirling este
ironic. În 2004 premiul Stirling a fost obținut de clădirea în formă de castravete,”The Gurkin”,
sediul Swiss Re din Londra care apare pe multe vederi și materiale publicitare, fiind astfel o
clădire emblematică.
Tot în City-ul londonez, la o stradă distanță de clădirea Swiss Re se află clădirea ”The
Plantation Road”, care arată ca o clădire obișnuită (linii drepte) și este considerată o clădire
reper (termenul englezesc ”landmark ”), nu emblematică, conform spuselor arhitectului care
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
53
a proiectat-o. Plantation Road a fost vândută mai repede, iar chiria obținută este mai mare
decât în ”The Gurkin”.
Câteva exemple de clădiri emblematice:
- Palatului Parlamentului României (Figura 2-14) se încadrează pe locul doi în lume la
capitolul ”Clădiri Administrative”, după Pentagon (clădire militară), fiind cea mai mare
clădire administrativă civilă din lume, ca amprentă la sol și suprafață desfășurată
(330.000m2); este cea mai grea clădire din lume și cea mai scumpă clădire din lume. Ocupă de
asemena locul trei în lume ca volum construit 2.550.000 m3 după clădirea de asamblare a
rachetelor de la Cape Canaveral și piramida lui Quetzalcoatl din Mexic (www.cdep.ro).
Figura 2-15 Exemple de clădiri emblematice. În partea stângă este clădirea ”The Gurkin” (castravetele)-Marea Britanie. În partea dreaptă, clădirea The Fish (peștele)-Spania.
-Clădirea denumită ”The Gurkin”, sediul Swiss Re, din Londra are formă de
castravete, este clădire emblematică, dar este și clădire inteligentă datorită funcțiunii
inteligente a fațadei duble, cu rol în climatizarea clădirii cu recuperare de căldură.
-The Armadillo, din Glasgow, Scoția, Marea Britanie
-The Fish, din Spania. Este o construcție iconică, nelocuibilă.
În concluzie, clădirile iconice sunt acele clădiri care atrag atenția prin arhitectura lor
fantastică, prin dimensiune etc. Clădirile emblematice NU pot fi considerate întotdeauna
clădiri inteligente. Pentru a fi clădire inteligentă, clădirea trebuie să fie funcțională, în
condiții de performanță energetică, sustenabilitate, calitate a mediului, poluare redusă etc.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
54
2.12 Clădiri de ștepte (”Smart buildings”)
În momentul redactării tezei, firmele de construcții sau cele ce vând automatizări pentru
clădiri în România, nu folosesc termenul de ”clădire deșteaptă„ pentru a-și promova
producese, cu toate că în străinătate termenul ”smart buildings” este folosit. În România este
folosit termenul de ”clădire inteligentă”.
Callaghan et al. (2009:60) sunt de părere că în mediul casnic, clădirile inteligente sunt
din ce în ce mai des numite case deștepte (”smart homes”) sau case digitale (”digital homes”).
Cole și Brown (2009:53) și Cook și Das (2007) consideră că mediile de locuit ”Deștepte”
(”Smart”) sau ”Conștiente” (”Aware”) sunt acelea care achiziționează și folosesc cunoștințe
despre mediu și despre ocupanți pentru a le îmbunătății experiența trăită în acel mediu.
În opinia lui Sinopoli (2010), clădirile deștepte sunt clădiri care folosesc o combinație
de automatizări și telecomunicații. Clădirile deștepte folosesc câteva tehnologii care permit
proprietarului și administratorului să construiască și să folosească clădirea mai eficient, iar
ocupanții să se afle într-un mediu sănătos și sigur, să fie productivi.
2.12.1 Diferen ța între o cl ădire de șteapt ă (”smart building”) și o clădire normal ă
Clasificarea diverselor tipuri de clădiri se poate face doar analizând performanțele
clădiri, și nu doar pe baza felului cum arată. O clădire poate părea deșteaptă, dar în realitate
să consume foarte multă energie.
Conform James Sinopoli (2010), din punct de vedere tehnic o clădire deșteaptă are
sisteme interconectate, integrate ce conduc la funcționalitate mai mare din partea sistemelor și
performanță mai mare de la clădire. Percepția conform căreia clădirile destepte sunt mai
scumpe poate fi combătută dacă se consideră costurile pe durata ciclului de viață. Sistemele
din clădirile deștepte sunt instalate mai eficient, evitând rutina din clădirile obișnuite, ceea ce
conduce la economii de bani.
2.12.2 Tehnologii cheie în cl ădiri de ștepte
De-a lungul ultimilor 20 ani s-a observat că infrastructura rețelelor tipice de
transmitere a datelor a fost adoptată și de alte sisteme de instalații din clădire. De exemplu în
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
55
sistemul de telefonie, telefoanele sunt dispozitive de rețea într-o rețea de date. Camerele de
supraveghere sunt dispozitive de rețea conectate la o rețea IT.
În concluzie, penetrarea infrastructurii IT în orice instalație dintr-o clădire la un anume
nivel ierarhic este ceea ce diferențiază o clădire deșteaptă de una obișnuită.
În opinia autorului, clădirile deștepte sunt clădiri cu specificații inferioare clădirilor
inteligente, bazate în special pe integrarea sistmelor, cu toate că denumirea ”deștept” conduce
cu gândul la tehnici ingenioase de rezolvare a unor probleme.
2.13 Clădiri verzi (”Green buildings”)
Clădirile verzi sunt denumite ”verzi” nu datorită culorii, ci modului în care funcționează
și sunt construite, care trebuie să producă un impact cât mai mic asupra mediului prin:
consum redus de energie și apă, producție redusă de gaze cu efect de seră, folosirea eficientă a
materialelor astfel încât să fie redusă cantitatea de deșeuri.
Clădirile deștepte și clădirile verzi au ca elemente comune sistemele de instalații de
bază precum cele de ventilare și aer condiționat, iluminat, prize, care sunt consumatorii
principali de energie; aceste instalații sunt utilizate atât în clădirile verzi cât și în cele
deștepte. Pe lângă sistemele enumerate mai sus, în clădirile verzi se rezolvă problema
sustenabilității, interesul este în reciclarea materialelor, realizarea de medii construite
sustenabile și regenerarea peisajelor.
Unele persoane care doresc să investească într-o ”clădire verde” se tem de faptul că
această titulatură implică costuri mai mari de construcție. Această preconcepție poate fi ușor
îndepărtată dacă luăm în considerare faptul că de-a lungul timpului practicile din proiectarea
clădirilor verzi au fost încorporate in practica arhitecților și inginerilor și folosite la realizarea
clădirilor. Mai mult decât atât, legislația din domeniul construcțiilor impune nivele minime de
performanță energetică. În concluzie, construcția clădirilor verzi nu costă mai mult decât
construcția clădirilor obișnuite.
Proiectarea în stil ”verde” (ecologic), nu se referă doar la îndeplinirea unor standarde de
performanță de protecție a mediului, ci se referă și la regândirea ”inteligenței” încorporată în
proiectare. Cole & Brown (2009:42) fac o comparație între conceptele aplicate în clădirile
inteligente și cele aplicate în clădirile verzi. Conceptele aplicate în construcția clădirilor verzi
sunt aplicate și în construcția clădirilor inteligente, iar astfel clădirile inteligente sunt mai mult
decât clădiri verzi.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
56
Conform Mohareba et al. (2011), analiza unui număr de clădiri cu performanțe înalte,
construite într-o varietate de locuri pe glob, dovedește faptul că măsurile de reducere a
consumului de energie au redus indicatorul ”Intensitatea Utilizării Energiei”, până la punctul
în care nu mai poate exista o corelație cu indicatorul ”grade-zile pentru încălzire”. Acest fapt
dovedește că utilizatorul final este următorul factor important în reducerea consumului de
energie din clădirile verzi. Acesta este unul dintre motivele pentru care sistemul cu inteligență
artificială propus de autorul tezei pentru controlul clădirilor inteligente se bazează pe
interacțiunea cu ocupanții.
2.14 Clădiri în form ă de piramid ă
2.14.1 Răspândirea construc țiilor în form ă de piramid ă pe glob
Poate cele mai cunoscute piramide din lume sunt cele din Egipt, însă construcții antice
în formă de piramidă dreaptă sau în trepte există în America de Sud, India, Europa, mai precis
în Iugoslavia, Croația. Există construcții antice în formă de piramide chiar și în România, la
Sona, lângă Făgăraș, pe malul Oltului. Ca în multe alte locuri din lume, aceste piramide sunt
acoperite de vegetație sau sol și poate de aceea nu sunt așa de populare ca cele din Egipt.
Cercetările, inclusiv cele militare confirmă faptul că piramidele sunt clădiri
funcționale, nu funerare. De exemplu, în timpul războiului din Iugoslavia, de prin anii 1990,
avioanele americane invizibile, deveneau vizibile pe radar, când treceau deasupra piramidelor
din această țară. Astfel s-a reușit doborârea avioanelor americane de către apararea antiaeriană
iugoslavă.
Figura 2-16 Clădirea Radioului Slovac, în formă de piramidă inversată.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
57
Figura 2-17 Forma de piramidă folosită la cele mai înalte două clădiri din Marea Britanie: One Canada Sqaure (în centru în imaginea stângă) și The Shard (dreapta).
Și în prezent se construiesc clădiri în formă de piramidă sau cu acoperișul în formă de
piramidă. În Statele Unite ale Americii, în Las Vegas, clădirea hotelului Luxor este în formă
de piramidă. Pe continentul European, în Slovacia, clădirea ”Radioului slovac” este în formă
de piramidă inversată.
În Marea Britanie, în Londra, acoperișul clădirii adminstrative Canada One a
cartierului financiar londonez Canary Wharf, are acoperișul în formă de piramidă de sticlă. Un
acoperiș de sticlă pe cea mai înaltă clădire (depășită în iulie 2012 de o altă clădire cu formă de
piramidă, ”The Shard”) din Marea Britanie are în mod evident niște dezavantaje (căldură
acumulată, dificultăți în mentenanță, spălat fațadă, suprafață pe etaj), care s-ar putea să fie
mult mai mici decât beneficiile pe alt plan, care le aduce forma de piramidă, după cum este
prezentat în capitolul următor.
2.14.2 Cercet ări române ști asupra piramidei și efectului de piramid ă
Deoarece construcții în formă de piramidă există de mii de ani pe suprafața Pământului
și există multă literatură pe tema efectelor produse de piramide asupra mediului, autorul s-a
documentat cu rezultatele unor studii cu privire la piramide, pentru a afla dacă piramidele pot
fi incluse în categoria ”clădirilor inteligente”. Subiectul tezei nu este doar studiul piramidei, ci
al clădirilor inteligente, astfel că informațiile despre cercetările ”efectului de formă”
(piramidă) sunt prezentate cu titlu informativ și pot constitui subiectul unor cercetări viitoare.
Un cercetător român care a studiat experimental interacțiunea unei construcții în formă
de piramidă cu mediul este prof. univ. dr. biolog Mărioara Godeanu, care împreună cu un
Acoperis în formă de piramidă
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
58
colectiv de cercetători, au realizat o copie la scara 1:10 a piramidei lui Keops din Egipt, cu
scopul declarat de purificare biologică a apelor reziduale. Procedeul și instalația de epurare a
apelor uzate folosind un fermentator în formă de piramidă cu raportul între înălțime și latura
bazei egal cu 1,618 (numărul de aur) a fost brevetat la Oficiul de Stat pentru Invenții și Mărci
(Popescu et al. , 1996). S-a observat faptul ca piramida produce un efect de sucțiune a apei în
interiorul său. Pe parcursul experimentelor din piramida construită la Pitești, plantele plasate,
la o treime de bază și două treimi de vârful piramidei (poziția centrului de greutate al unui
triunghi) creșteau mai repede decât plantele plasate altundeva în piramidă (Godeanu:2011).
Din punct de vedere al arhitecturii vernaculare (tradiționale), acoperișurile caselor
tradiționale românești sau a bisericilor tradiționale maramureșene este în forma de piramidă
românească și este de așteptat ca efectele asupra plantelor din piramida experimentală să se
manifeste și în cazul clădirilor cu acoperiș în formă de piramidă. Locul unde oamenii își
petrec cea mai mare parte din timp dimineața și seara, corespunde bucătăriei și locului de luat
masa, situate chiar în centrul casei, corespunzător proiecției locului unde se înregistra efectul
maxim de creștere asupra plantelor. Acesta s-ar putea să fie motivul pentru care strămoșii
noștrii au supraviețuit în condiții mai dificile decât confortul caselor din zilele de astăzi.
Forma de piramidă este doar o formă ce produce un efect, iar o formă geometrică nu
poate fi inteligentă. Clădirile în formă de piramidă prezintă anumite fenomene, pe care
clădirile cu formă clasică nu le prezintă. Tot ce se poate spune este că folosirea formei de
piramidă conduce la o arhitectură funcțională, inteligent aleasă.
În concluzie, deoarece știința actuală încă nu poate explica aceste fenomene, iar
judecata are limitele pe care i le oferă cunoașterea, autorul este rezervat în privința includerii
clădirilor în formă de piramidă în categoria clădirilor inteligente, doar pe baza criteriului de
formă și funcționalitate.
2.15 Materia și informa ție cuantic ă
”Pe lângă transferul de materie se transmite și informație și energie.”
”Pentru unii, fizica cuantică poate părea ezoterism”
Teoriile fizicii clasice ne învață faptul că suntem înconjurați de materie, sub diverse
stări de agregare, iar ecuațiile fizicii clasice sunt intuitiv de aplicat în practică. Însă încercarea
de a aplica teoriile fizice clasice în studiul atomului eșuează. Ca urmare a apărut teoria fizicii
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
59
cuantice, cunoscută și sub numele de mecanica cuantică, ca o ramură a fizicii moderne. Modul
cum se comportă materia la nivel subatomic este total neintuitiv. Teoriile fizicii cuantice
explică mișcarea electronilor în semiconductoare, superconductivitatea, radioactivitatea etc.
Cercetarea fizicii cuantice6 și a nanotehnologiilor a condus la descoperirea unui
fenomen dificil de explicat și tradus în limba română, denumit ”quantum entangelment”. În
experimentul ce dovedește acest fenomen, unei nanostructuri simetrice îi este modificată
arhitectura. Nanostructura este o configurație de materiale la dimensiuni nanometrice (10-9 m).
Prin modificarea stării de excitare a unui atom al nanostructurii, atomul situat simetric în
structură va reacționa și va adopta o stare de excitare total opusă atomului asupra căruia s-a
intervenit. Deci printr-un fenomen numit ”quantum entangelment” materia conține și
transmite informație prin însăși structura ei.
Teoria semioticii confirmă descoperirile mecanicii cuantice. Conform Kecheng Liu
(2000), din punct de vedere semiotic, spațiul de lucru și locuit este definit de două fațete
importante: (1) un spațiu fizic și informațional în care ocupanții se bucură de facilitățile fizice,
și (2) semnele și informațiile pe care le transmit.
Și muzica simfonică are efect benefic asupra stării de bine a ocupanților și chiar a
plantelor. Difuzarea de muzică plăcută de fundal prin sistemul de sonorizare a clădirii, va crea
un mediu plăcut, de stare de bine în clădire, ce va bine dispune angajații, iar aceștia vor fi mai
productivi. Această descoperire este aplicată în mod neașteptat de către unii fermieri,
crescători de animale și plante. Aceștia au observat faptul că producția de lapte și ouă crește
după ce animalele ascultă muzică simfonică. La Stațiunea de Cercetare Legumicolă Buzău,
cercetătorii români (Constantin Vânătoru și Constantin Vlad, 2012) au obținute îmbunătățirea
condițiilor de creștere a legumelor și creșterea producției, deoarece răsadurile ajung la timpul
optim de plantare cu 25% mai repede datorită difuzării pe plantații a muzicii simfonice.
Savantul Nikola Tesla, celebru pentru descoperirile sale în domeniul electricității și
electromagnetismului a descoperit faptul că pe suprafața Pământului există o rețea de
meridiane și paralele energetice, iar la intersecția meridianelor cu paralele se găsesc ”noduri
energetice”. Fenomenele care se produc în aceste locuri necesită să fie studiate, fiindcă pot
oferi răspunsuri la multe fenomene de neexplicat în prezent, dar pot fi și o nouă sursă gratuită
de energie. Poate că nu întâmplător în aceste noduri energetice au fost construite unele dintre
clădirile megalitice ale antichității.
6 Cercetările recente au ajuns la concluzia că timpul este de natură cuantică, iar fenomenele se produc pe o durată măsurată în cuante de timp, nu secunde.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
60
2.16 Zonele geopatogene și sindromul cl ădirilor bolnave.
O parte din fenomenele ce se petrec în aceste zone de încărcătură energetică naturală
sunt benefice vieții, altele au efecte negative. Cultura populară și oamenii locului sunt surse
bune de informație cu privire la semnele pe care le oferă natura asupra zonelor energetice
benefice sau negative. Un exemplu de cultură populară ce ține cont de obervațiile
fenomenelor de-a lungul timpului este Feng-Shui.
Zonele cu efect benefic asupra vieții pot fi recunoscute prin vegetație (verde chiar și
iarna) și temperatură (mai ridicată), comparativ cu mediul din împrejurimi.
Zonele cu efecte negative asupra vieții (fie ea regn vegetal, animal sau chiar oameni)
sunt denumite zone geopatogene. Conform cercetătorilor, zonele geopatogene se găsesc
deasupra faliilor geologice dar și în unele noduri ale rețelei energetice a Pământului. NU se
vor construii clădiri deasupra zonelor geopatogene, deoarece nu sunt propice vieții.
Unele cercetări au evidențiat faptul că fulgerul între aer și sol lovește de obicei în zone
geopatogene sau cu puternică încărcătură energetică, aflate la intersecția rețelei energetice a
Pământului. Observațiile unor cercetători indică faptul că persoanele lovite de fulger în zone
energetice favorabile, supraviețuiesc, cele lovite de fulger în zone geopatogene, nu. Zonele
geopatogene pot fi identificate prin vegetație (lipsă) dar și prin reacția de stare de rău a
organismului unor persoane sau a aparatelor electronice. Clădirile construite în aceste zone
îmbolnăvesc ocupanții, putând fi încadrate în categoria clădirilor bolnave.
Prin definiție, termenul de clădire bolnavă se referă la acele clădiri în care o parte din
ocupanții manifestă o stare de rău, pe perioada expunerii la mediul din clădire, iar la părăsirea
mediului, ocupanții își revin. Manifestarea de rău trebuie să se manifeste la 20% dintre
ocupanți, timp de cel puțin două săptămâni, pentru a declara că în clădirea respectivă se
manifestă sindromul clădirilor bolnave (Sickness Building Sindrome).
Nu numai zonele geopatogene afectează sănătatea ocupanților din clădiri. Dintre factoii
care pot declanșa Sindromul clădirilor bolnave enumerăm:
-mucegaiul Stachybotrics și bacteriile, (ex: Legionella Pneumophilla provoacă o
pneumonie mortală în procent de 10-15% cazuri), care se dezvoltă în instalațiile de aer
condiționat umidificate cu pulverizare de apă recirculată și netratată, și în locuri unde
temperatura apei este între 20°C și 45°C (www.ewgli.org, 2005:9). Surse posibile de
contaminare respiratorie cu Legionella sunt: piscinele, filtrele căzilor cu hidromasaj, boilerele
de apă setate între 20-45°C, turnurile de răcire și condensatoarele prin evaporare, țevile de apă
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
61
dacă sunt ruginite sau au biofilm format la interior. Organismul (Legionella) nu se dezvoltă
dacă nu are nutrienți, temperatura apei este sub 20°C, rămânând în stare latentă; peste 60°C
Legionella este distrusă. Ionii de argint și de cupru distrug Legionella, ca urmare instalațiile
sanitare de apă cu țevi de cupru sunt sănătoase.
-fibrele de azbest desprinse din matricea conductelor magistrale de apă, sau din plăcile
de acoperiș din azbociment de tip ”eternită”. Aceste fibre de azbest se înfig în pleura
plămânilor și provoacă leziui. Azbestul este considerat cancerigen iar utilizarea sa este
restricționată în clădiri.
-emisiile de Radon, gaz radioactiv provenit din dezintegrarea minereurilor radioactive.
Radonul, fiind gaz se ridică la suprafața terenului prin fisurile din scoarța terestră și datorită
densității sale mari se acumulează în subsolurile clădirilor. Pentru evacuare sa este necesară
ventilarea sau proiectarea în structura pardoselii peste sol a clădirii a unei membrane
impermeabile. În România există zone cu emisii de Radon, înVatra Dornei și Munții Apuseni.
-compușii organici volatili, (COV-uri) proveniți din evaporarea diluanților folositi la
realizarea mobilierului și a lianților pentru mochete, vopseluri.
2.17 Avantaje și provoc ări ale cl ădirilor inteligente
Avantaje ale clădirilor inteligente:
-costuri reduse se exploatare reduse datorită economiei de energie electrică și termică.
Din experiența practică s-a constatat că există diferențe între consumul de energie
estimat pe bază statistică și consumul real de energie al clădirii.
-îmbunătățește eficiența operațională (din 100 de angajați prevăzuți în proiect, doar 90
sunt zilnic prezenți; clădirea se adaptează la numărul exact de ocupanți, ca debit ventilare etc)
-costuri de mentenanță reduse, posibilitatea folosirii Building Information Modeling.
-îmbunătățește starea de bine a ocupanților
- productivitate muncii crește datorită condițiilor mai bune de mediu
- reduce numărul de demisii și numărul de zile de spitalizare
-descongestionează sistemul de sănătate de ocupanții îmbolnăviți datorită mediului
agresiv de la servici.
- ajută populația în îmbătrânire.
-mai multă funcționalitate prin integrarea sitemelor.
Provocări ale clădirilor inteligente.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
62
- Interacțiune naturală cu ocupanții.
-Aparatele din interfețele de control a clădirii vor fi simple de folosit. Aceste aparate
trebuie să se adreseze nevoilor populației îmbătrânite.
-Clădirile inteligente trebuie proiectate să facă față dezastrelor naturale. Datorită
schimbărilor climaterice, se preconizează că până în 2050 va avea loc un dezastru natural o
dată la 5 ani.
2.18 Recomand ări pentru construc ția de cl ădiri inteligente
Următoarele recomandări se aplică pentru construcția de clădiri:
-proiectarea în echipe integrate
-maximizarea vederii catre exterior pentru a mări nivelul stării de bine
-folosirea de materiale cu emisii reduse de COV, formaldehidă etc
-reutilizarea apei (reciclarea apei uzate si colectarea si utilizarea apei de ploaie)
- folosirea materialelor disponibile local
- dotarea instalațiilor cu electrovane cu declanșare la cutremur și cu sistem de avertizare
seismică. Deoarece majoritatea cutremurelor din România se produc în zona Vrancea, iar
viteza de transmisie a undei seismice din sol permite un interval de câteva secunde până să
ajungă în București, se poate imagina un sistem de protecție a clădirilor și avertizare seismică
a ocupanților, care să intre în funcțiune în cele câteva secunde. Intervalul de câteva secunde
este suficient pentru activarea modului de protecție seismică a unei clădiri: declanșarea
levitării magnetice a clădirii (Ciubotaru, 2008), oprirea în siguranța a alimentării cu utilități
(gaze naturale combustibile, apă, electricitate) și evacuarea ocupanților unei clădiri mici.
2.19 Concluzii despre cl ădirile inteligente.
O clădire inteligentă ideală se poate conduce singură și nivelul ei de inteligență
evoluează datorită utilizării inteligenței artificiale. Dacă o clădire își poate comanda singură
funcționarea instalațiilor în cazul în care apar evenimente neprevăzute, (o instalație nu
funcționează cum trebuie) iar instalația de automatizare ia singură deciziile de a compensa
funcționarea acelei instalații pentru a asigura starea de bine (cel puțin confortul), economia de
energie și reducerea poluării pentru situația actuală a clădirii (ocupanți și destinație), se poate
spune că acea clădire este inteligentă. Clădiri inteligente pot fi multe, și la fel ca și oamenii,
ceea ce le diferențiază este gradul de inteligentă, ce poate fi considerat un indicator al calității.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
63
Capitolul 3 Instala ții inteligente din cladiri și locuin țe
3.1 Cerin țe moderne în proiectarea instala țiilor din cl ădirile inteligente
Scopul acestui capitol este de a prezenta cerințele moderne pe care trebuie să le rezolve
instalațiile ce dotează o clădire inteligentă, ca urmare a evoluției societății, tehnologiei,
normelor de protecție a mediului, economiei, în condiții normale de funcționare (debit de
fluid, temperatură și presiune corespunzătoare, căderi de tensiune în limite acceptabile etc).
În principiu instalațiile din clădirile inteligente trebuie să rezolve problemele
interacțiunii OAMENILOR cu TEHNOLOGIA și MEDIUL. Această interacțiune trebuie să
satisfacă pe deplin ocupanții, făcând față așteptărilor funcționale, economice, sociale și de
comunicare din societatea actuală. Mai mult decât atât, calitatea interacțiunii ocupant-clădire-
mediu trebuie să provoace așa numitul ”factor WOW”, ocupanții să fie pe deplin satisfăcuți de
interacțiunea cu clădirea.
Se pune întrebarea: este oare posibil ca instalațiile din orice clădire din prezent,
proiectate doar pentru a satisface confortul termic și luminos să satisfacă ocupanții, făcând
față așteptărilor funcționale, economice, sociale și de comunicare din societatea actuală și
viitoare? În opinia autorului, pe baza celor prezentate mai jos, răspunsul este ”Nu”. Este
nevoie de o regândire a serviciilor oferite de instalații, atât pentru ocupanți cât și pentru
clădire.
Controlul temperaturii într-o clădire într-un interval de echilibru termic al corpului
uman cu mediul ambiant este o preocupare din cele mai vechi timpuri până în prezent.
Confortul termic este de bază în obținerea satisfacției cu o clădire, însă nu este suficient.
Teoria confortului termic din clădiri a fost dezvoltată inițial de Ole Fanger și preluată apoi
internațional, inclusiv în standardul românesc SR EN ISO 7730 : 2006. Conform standardului
7730, un mediu este declarat confortabil termic, chiar dacă 5% dintre ocupanții unei clădiri se
declară nemulțumiți de senzație termică ”neutră” (indicele P.M.V.=0). În opinia autorului,
existența a 5% ocupanți nesatisfăcuți chiar și în condiții de confort termic, înseamnă că
satisfacția ocupanților cu clădirea nu depinde doar de confortul termic, ci și de alți
factori. Statistici internațioanle realizate pe subiecți au condus la identificarea unora din
factorii care contribuie la satisfacția ocupanților cu clădirea. Exemplu de astfel de factori:
ușurința de interacțiune cu colegii, gradul de control al ocupanților asupra clădirii
(posibilitatea de a deschide fereastra și a controla temperatura și viteza curenților de aer),
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
64
nivelul de iluminare, nivelul de zgomot, calitatea aerului, calitatea priveliștii prin fereastră,
atitudinea angajatorului față de locul de muncă al angajatului, gradul de curățenie etc.
Pe de o parte, în prezent, instalațiile din majoritatea clădirilor din România cel puțin,
au fost și sunt proiectate pentru satisfacerea confortului termic al ocupanților (Oancea și
Caluianu, 2012), prin menținerea temperaturii la un nivel constant, care să satisfacă
majoritatea ocupanților. Această abordare conduce la consum ridicat de energie și disatisfacția
ocupanților din două motive.
În primul rând administratorii tehnici ai clădirilor au constatat faptul că împuternicirea
ocupanților de a decide când să pornească instalațiile de climatizare conduce la porniri rare și
consum de energie mai mic decât în cazul funcționării continue.
În a doilea rând, studiile au demonstrat că ocupanții se simt mai confortabil și mai
puțin stresați dacă pot controla mediul în care se află (pot deschide geamuri, pot comanda
instalația de climatizare etc). După cum se observă în graficul din Figura 3-1, ventilarea
mecanică și cea naturală este mai satisfăcătoare decât aerul condiționat.
Figura 3-1 Relația între PMV și PPD pe timpul verii pentru 29 de clădiri cu aer condiționat și pentru 32 de clădiri cu controlul individual al temperaturii și cu ventilare mecanică sau naturală. Imagine adaptată după K van derLinden et al, 2002.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
65
În timp ce într-o clădire ventilată natural sarcina termică din aporturi solare este
preluată distribuit de curenții naturali de aer, într-o clădire cu aer condiționat și ferestre fixe,
sarcina termică este preluată de unitățile interioare de climatizare. Aceste unități interioare
introduc mai multe variabile greu de controlat ce pot conduce la disatisfacția ocupanților:
dispunerea greșită a unităților interioare din proiect/ execuție și/sau amplasarea posturilor de
lucru în aria de acoperire a jetului produs, sub/ supradimensionarea lor datorită supra/
subocupării ulterioare a spațiului climatizat.
Pe de altă parte societatea se transformă și evoluează în fiecare zi dpv. economic,
social și tehnologic. Așteptările oamenilor în materie de ceea ce înseamnă mediu confortabil
se modifică în funcție de mediul social, tehnologic, economic. Rezultatele studiilor
internaționale SCAT, HOPE, studiul Institutului Tehnologic din Karlsruhe și studiul de la
laboratoarele Berkley vin în sprijinul afirmației că nu doar confortul termic este necesar
pentru a satisface ocupanții la locul de muncă sau acasă.
În același timp, se înregistrează o schimbare a atitudinii conducerii organizațiilor față
de clădire. Wilson și Hedge în Clements-Croome (2004:88) identifică următoarele 5 atitudini
a organizațiilor față de clădiri, prezentate în subcapitolul ”Concepte de bază în clădirile
inteligente”: (1) containere pentru ocupanți, (2) simboluri de prestigiu, (3) mijloace pentru
relații industriale, (4) instrumente de eficiență, (5) forță operațională. Ultimele trei atitudini
indică existența unei preocupări de investiție în instalații și accesorii din clădire îmbunătățirea
condițiilor de lucru ale ocupanților ceea ce conduce la mărirea productivității muncii.
În concluzie este deci evidentă direcția în care trebuie proiectate instalațiile din noua
generație de clădiri, clădirile inteligente. Instalațiile trebuie să facă mai mult decât să asigure
clasicul confort termic și luminos al ocupanților.
Deoarece:
- instalațiile din clădiri din prezent sunt concepute pentru a satisface doar confortul
termic și cel luminos, și deoarece
- în prezent satisfacția ocupanților cu clădirea este dată de diverși factori identificați
prin studii statistice sociologice, nu numai de confortul termic și luminos, și deoarece
- scopul clădirilor este de a asigura un mediu sănătos și productiv pentru ocupanți, nu
doar confortabil.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
66
3.2 Convergen ța tehnologiilor de instala ții
De-a lungul timpului, tehnologia încorporată în instalații a trebuit să se adapteze la
schimbarea de atitudine față de spațiul de lucru și instalații. Jim Read (2011) face următoarea
clasificare:
În anii 1980 erau la modă măsurile de eficientizare ce presupuneau:
-mediu rigid, controlat
-nivel maxim de ocupare
-asigurarea pe termen lung a adaptabilității clădirii
-utilizarea la maxim a spațiului
În anii 2000 eficacitatea măsurilor luate este cea care contează prin:
-promovarea comunității și a culturii
-folosirea spatiului la întreg potențialul
-evaluarea performanțelor spațiului de lucru
-utilizarea la maxim a oamenilor
În timp ce eficiența funcționării echipamentelor este o problemă de natură tehnică,
rezolvată deja, eficacitatea utilizării echipamentelor și a clădirii depinde de factorul uman.
Incertitudinea introdusă de factorul uman în exploatarea instalațiilor și a clădirii poate fi
rezolvată prin integrarea ocupanților în bucla de reglare a proceselor din clădire (Figura 1-1),
oamenii fiind cei inteligenți senzori. În opinia autorului, integrarea oamenilor, proceselor și
a locului este cheia eficacității și abilit ății clădirii de a învăța de la ocupanți. Capacitatea
de a învăța este un atribut al inteligenței, implicit al clădirilor inteligente.
Pentru a fi eficiente energetic, instalațiile din clădiri trebuie să funcționeze integrat.
Integrarea funcționării instalațiilor evită situații de genul funcționării instalației de încălzire
concomitent cu instalația de răcire, compensându-se una pe cealaltă.
Eficacitatea funcționării instalațiilor unei clădiri este judecată față de ocupanți în raport
cu locul unde se află și cu tehnologia implicată, nu în funcție de consumul de energie. De
exemplu o instalație de ventilare-climatizare poate să să fie foarte eficientă energetic, însă să
Autorul consideră că proiectarea instalațiilor pentru noua generație de clădiri trebuie să țină
cont de multitudinea de factori actuali ce conduc la satisfacția ocupanților, nu doar de
dimensionarea instalațiilor corespunzătoare pentru a obține confortul termic și cel luminos.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
67
nu fie deloc eficace, deorece introduce aer cald într-o încăpere pe la tavan, în timp ce zona
unde se află ocupanții este la pardoseală. Datorită stratificării aerului cald, ocupanții sunt tot
în frig, în timp ce aerul cald stă la tavan, și ca urmare instalația nu este eficace.
Tehnologia este cea care permite realizarea integrării pentru eficiență și eficacitate.
Conform (Read, 2011), dezvoltarea tehnologică era centrată inițial pe dispozitive, pe
îmbunătățirea infrastructurii. În prezent, tehnologia este centrată pe procese, pe îmbunătățirea
afacerii. Convergența tehnologiei poate fi observată în integrarea sistemelor, atât în
piramida integrării sistemelor din clădirile inteligente (Figura 3-2) cât și în integrarea la
sistemele de conducere ierarhizată (Figura 3-3).
3.3 Integrarea sistemelor datorit ă evolu ției tehnologice
Unul din factorii care a condus la nevoia de integrare a sistemelor și controlul lor
centralizat este creșterea dimensiunii clădirilor. Integrarea are rolul de aduce sistemele
împreună, pentru a utiliza în comun informația, cu scopul optimizării globale pe întreaga
clădire, considerată acum clădire inteligentă și integrată.
3.3.1 Nevoia de optimizare a func ționării sistemelor de instala ții
Sunt multe cazuri și momente în care instalațiile pot funcționa optimizat. De exemplu
în lipsa ocupanților din încăpere, sau la un grad de ocupare al clădirii sub valoarea de
proiectare, iluminatul în zone fără ocupanți se poate stinge automat, iar instalația de ventilare
ar trebui să introducă un debit de aer mai mic, în funcție de emisiile de CO2 ale ocupanților. În
funcție de temperatura exterioară și de aporturile termice la nivelul clădirii, poate fi economic
să se folosească aerul exterior pentru răcire sau ventilația naturală.
Combinația de parametrii de comfort și stare de bine poate fi optimizată de asemenea,
să ofere ocupanților maximul de efecte, cu minimum de costuri.
În prezent reglarea parametrilor de mediu interior ( temperatura, umiditate, viteza
curenților de aer,) se face prin intermediul interfețelor de comandă a diferitelor aparate
folosite în climatizarea și ventilarea încăperilor sau reglarea se poate face centralizat, de către
un dispecer. Această metodă ascunde mai multe erori, bazate pe presupunerea eronată de
altfel, că preferințele ocupanților sunt toate la fel și similare cu ale dispecerului /
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
68
administratorului tehnic. Cea de-a doua presupunere este că combinația de parametrii de
mediu este optimă, se potrivește clădirii, fără a fi efectuat vreu studiu pe tema aceasta.
Chiar dacă până în prezent instalațiile au fost /sunt conduse neglijent, creșterea
prețului energiei, certificarea energetică și dezvoltarea sistemelor de achiziții de date,
facilitează analiza performanțelor clădirilor. Optimizarea funcționării instalațiilor se poate
face prelucrând informația de la celelalte sisteme. Pentru ca sistemul de control al clădirii să
dispună de informații despre toate sistmele instalate, este nevoie ca aceastea să fie integrate.
3.3.2 Etape ale integr ării sistemelor
Din punct de vedere evolutiv, integrarea sistemelor pentru clădiri s-a realizat
etapizat prin combinarea funcțiunilor echipamentelor simple, în sisteme din ce în ce mai
complexe, conform modelului piramidei integrării din Figura 3-2. Piramida clădirilor
inteligente este o reprezentare grafică cunoscută în domeniul clădirilor inteligente, fiind creată
pe parcursul European Intelligent Building Study (Harrison, 1999). Schengwei (2010:7) a
modificat reprezentarea sub formă de piramida lui Harrison și a deschis-o la vârf, accentuând
ideea conform căreia sistemele din clădirile inteligente nu mai sunt limitate doar la întinderea
respectivei clădiri, ci sunt interconectate cu alte sisteme informatice sau cu alte clădiri
inteligente de pretutindeni prin intermediul rețelei globale Internet.
Din Figura 3-2 reiese faptul că înainte de 1980, automatizarea sistemelor pentru clădiri
era realizată la nivelul fiecărui aparat sau echipament. După 1980, sistemele pentru clădirile
inteligente au intrat în etapa sistemelor integrate și se poate vorbi de cinci etape în dezvoltarea
clădirilor inteligente, după cum urmează (Schengwei, 2010:8):
1. funcții simple integrate/ sisteme dedicate cu o singură funcție (1980-1985)
2. sisteme integrate cu funcții multiple (1985-1990)
3. sisteme integrate la nivel de clădire (1990-1995)
4. sisteme ale clădirii integrate la nivelul calculatorului (1995-2002)
5. sisteme integrate la nivelul companiei (2002-).
La nivelul sistemelor dedicate/integrate cu o singură funcție (1980-1985), toate
subsistemele de automatizare ale clădirii erau integrate la nivelul unui sistem cu o singură
funcție: sistemele de securizare ale clădirii, antiefracție, control acces, protecție contra
incendiilor, controlul încălzirii, ventilării, al aerului condiționat, controlul iluminatului, al
lifturilor și al altor sisteme electrice), precum și subsistemele de automatizare ale
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
69
comunicațiilor: inclusiv procesarea electronică a datelor, comunicații de date: telefax,
comunicații de voce și imagine ș.a. Nu era posibilă integrarea și comunicarea între sisteme de
automatizare ale diferitelor subsisteme.
Figura 3-2 Piramida clădirii inteligente. (Schengwei, 2010:7)
În opinia autorului tezei, chiar și în prezent există clădiri în care sistemul de control a
funcționării instalației de ventilare climatizare7 este independent de funcționarea celorlalte
echipamente și sisteme, cu toate că funcționarea cliamtizării poate fi corelată cu prezența
ocupanților, implicit lumina aprinsă/stinsă deasupra locului de muncă.
În etapa sistemelor multifuncție integrate (1985-1990), s-a reușit integrarea
sistemelor de aceeași natură sau cu funcții similare, deci a sistemele de automatizare pentru
7 HVAC=Heating, Ventilation, Air Conditioning
CIB Computer Integrated
Building
Control securitate
Acces control
Control
iluminat., lifturi etc.
Comuni-cații de
date
Comuni-
catii telex și
fax
Comuni-cații imagine si TV
Comuni-cații de voce
Control
Access și de
securitate
Control
HVAC și al altor instalații
Trans-misi
Text și Date
Trans-misie
Voce pe mediu separat
Transm. Imagine pe mediu separat
Sisteme
integrate de automatizare a
clădirii
Sisteme
integrate de comunicație
Sisteme integrate la nivel de rețea
a companiei
Control HVAC
1985-1990
Sisteme integrate la
nivel de clădire
Folosire Modemuri
Dial-up
1990-1995
Clădire integrată la
nivel de calculator
Comanda de la distanță prin Internet
transmisii radio de date și voce
(in retele celulare) 1995-2002
rețelele celulare permit
transmisia de imagini după 2002
Controlul instalațiilor din diverse clădiri dintr-un punct de comandă aflat în altă
clădire
Aparate independente
Sisteme dedicate
Înainte de 1980
Sisteme integrate
multifuncție
tehnologia ”Cloud”
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
70
centralele tehnice ale instalațiilor din clădire. Este momentul apariției rețele unificate pentru
comunicații de text, date, voce și imagine.
În etapa sistemelor integrate la nivel de clădire (1990-1995), au fost integrate la
nivelul clădirii sistemele de automatizare ale clădirii și cele de comunicație, formând sistemul
de automatizare al clădirii (Building Automation System-BAS) și sistemul de comunicații
integrate (Integrated Communication System-ICS). În acest punct, sistemul de automatizare al
unei clădiri putea fi accesat de la distanță prin intermediul unui modem conectat la rețeaua
telefonică.
În etapa de integrare sistemelor clădirii la nivelul calculatorului (1995-2002) a fost
posibilă mulțumită creșterii popularității tehnologiei rețelelor bazate pe protocolul de Internet
(IP). În acest moment, integrarea era obținută la nivel de clădire. Monitorizarea și controlul
clădirilor de la distanță poate fi realizat prin Internet.
În etapa de integrare a rețelelor de la nivelul întreprinderii (2002-), ”sistemele
inteligente pot fi integrate și administrate la nivel de companie sau la nivel de oraș. Sistemele
inteligente nu mai sunt limitate la nivelul clădirii, ci pot comunica cu sisteme din alte clădiri
inteligente sau cu alte surse de informație prin infrastructura globală Internet” (Schengwei,
2010:8). La acest nivel, sistemele dintr-o clădire pot fi controlate de pe telefonul mobil (mai
ales cele denumite ”smartphones”), mulțumită posibilității de a rula aplicații și a conexiunii
Internet.
În opinia autorului tezei, datorită dezvoltării tehnologiei informatice și a posibilității
sistemelor din clădiri de a comunica informații la distanță, o nouă problemă la modă își caută
rezolvarea: ce se poate face cu datele disponibile de la clădiri? Cine va găsi rezolvarea la
această problemă se va îmbogății. O soluție este utilizarea lor pentru a îmbunătății calitatea
vieții și informația disponibilă din orașe. Telefoanele moderne (”smart phone-urile”) se pot
conecta la rețele wireless și accesa informația disponibilă despre un obiectiv turistic, furnizată
de clădirile din zonă: imagini cu obiectivul ce apar pe camerele de supraveghere ale clădirii,
date meteo etc.
Pe baza celor de mai sus, rezultă că Schengwei consideră că o clădire este inteligentă
doar dacă folosește tehnologie integrată, de cel mai înalt nivel, însă eu, ca autor al acestei teze
nu sunt de acord cu opinia lui Schengwei. Eu consider că o clădire dotată cu instalații
avansate tehnologic poate să nu fie o clădire inteligentă, dacă instalațiile nu comunică între
ele, funcționarea lor nu este coordonată, nu există o integrare între ele, ca urmare clădirea
fiind doar o clădire scumpă care funcționează defectuos. O clădire poate să fie inteligentă și
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
71
fără să folosească tehnologii integrate, ci folosind doar tehnici simple, pasive, încorporate în
arhitectură, structură, eventual instalații.
Mervi Himanen (2003) este de părere că: ”cu toate că este important ca tehnologia
informației și comunicațiilor să fie implementată în clădirile inteligente moderne, în industria
construcțiilor este înțeles faptul că conceptul de clădire inteligentă trebuie ținut separat de
conceptul de clădire automatizată sau integrată. În clădirile integrate și automatizate,
implementarea și integrarea tehnologiei de automatizare și a tehnologiei informației și
comunicațiilor este mai importantă decât orice altceva. Clădirile inteligente sunt un concept
umbrelă pentru clădirile automatizate”.
Autorul este de părere că dacă se dorește folosirea instalațiilor integrate, este de
așteptat ca acestea să mărească gradul de inteligentă al clădirii și performanțele în perioada de
exploatare. Într-o clădire inteligentă instalațiile funcționează integrat, eficient energetic și
joacă un rol activ, care se suprapune peste funcționarea pasivă a clădirii asigurată de
arhitectura și structura inteligent proiectată, adaptată destinației clădirii.
3.3.3 Probleme etice și func ționale ale integr ării sistemelor de instala ții
Integrarea instalațiilor ridică unele probleme, deoarece din motive de securitate în
funcționare nu toate instalațiile pot comunica prin același suport fizic și nu pot fi controlate
integrat. De exemplu, integrarea sistemelor IT8 și securitate pune problema cine va
administra aceste instalații: Administratorii Tehnici ai cl ădirii (Facilities
Managementul), Securitatea (serviciul de pază, paznicul) sau serviciul IT? În mod
evident personalul din aceste servicii nu are cunoștințele necesare pentru a face față oricărei
probleme tehnice din fiecare domeniu (un paznic nu se pricepe să depaneze rețele de
calcultoare iar programatorii nu se pricep la securitatea clădirii).
Există totuți unele companii, care sunt dispuse să integreze transmisia de date din
instalațiile de securitate a vieții (protecție contra incendiului, securitate antiefracție ș.a.) pe un
același suport fizic, un cablu, poate din dorința de a economisii costul cablului și al manoperii
de instalare, cu toate că această metodă nu este oferă siguranță în exploatare: un defect la una
din instalații le scoate din funcțiune pe toate. În opinia autorului, această disponibilitate a unor
companii producătoare, care influențează piața, de a integra sistemele de securitate cu
celelalte sisteme ale unei clădiri, dovedește faptul că unii factori de decizie economică 8 IT=Information Technology, tradus prin Tehnologia Informației. Am păstrat notația internațională în engleză.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
72
consideră că instalațiile de securitate nu sunt pentru siguranța ocupanților, ci doar un
mijloc de a reduce prima asigurare a clădirilor. Acest lucru a fost confirmat autorului tezei
de către administratorul tehnic al sediului băncii HSBC din Londra, 8 Canada Square, pe
parcursul unei vizite de documentare împreună cu colegii de la masterul de Clădiri Inteligente
de la Universitatea din Reading, Marea Britanie.
Denumirea de clădire inteligentă inspiră încredere, funcționare sigură și redundanța unor
echipamente în exploatare, de aceea economia de cablu din integrarea mediului fizic de
transmisie a două sisteme de securitate poate afecta negativ imaginea clădirilor inteligente.
În opinia autorului, sistemele de securitate trebuie să fie instalate pe trasee separate și
să comunice pe suport fizic individual (cablu), separat de celelalte sisteme de instalații ale
unei clădiri. În România, Legea 10/1995 Calitatea în construcții prevede ca cerință esențială
esențială ”siguranța în exploatare”. Normativele de proiectare pentru instalațiile electrice și de
securitate prevăd obligativitatea existenței traseelor diferite pentru instalațiile de securitate. Ca
urmare, în România nu se acceptă integrarea pe același suport fizic a instalațiilor de securitate
cu alte instalații.
3.4 Integrarea instala țiilor în sistemul ierarhizat de conducere
Conform standardului ”CEN/TC 247 Building automation, controls and building
management” (Larionescu. 2008: 299), sistemele domotice și cele de gestiune tehnică sunt
prevăzute cu trei nivele ierarhice (Figura 3-3):
- Nivelul de management (de gestiune)
- Nivelul de automatizare
- Nivelul de câmp
Structura ierarhică din Figura 3-3 este folosită pentru a realiza fizic, integrarea
sistemelor din clădire la nivelul calculatorului, prezentată în piramida din Figura 3-2.
- Nivelul superior de conducere este de tip supraveghere și gestiune tehnică, putând
fi format dintr-o rețea locală de calculatoare (LAN) și alte echipamente. Schemele sinoptice
apar pe calculatoarele de la acest nivel. Tot de pe calculatoarele de la acest nivel se pot obține
rapoarte tipărite, se pot consulta și prelucra bazele de date, sau se poate comunica prin
Internet. Un sistem de management (gestiune tehnică) necesită existența unei baze de date;
mărimea bazei de date depinde de numărul de puncte de măsură din sistemul de achiziţie de
date. Acesta variază de la câteva zeci, pentru clădirile mici şi locuinţe, la câteva mii pentru
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
73
clădirile mari. Un subiect de cercetare modern este posibila aplicație a cantității uriașe de date
pe care o produc sistemele de gestiune tehnică a clădirilor.
- Nivelul de automatizare este cel de-al doilea nivel ierarhic al sistemului și este
format din calculatoare cu funcții de conducere automată. De cele mai multe ori aceste
calculatoare sunt automate programabile cu rol de securitate la incendiu, efracție, control
acces, supraveghere. Unele dintre acestea pot fi conectate în rețele locale sau direct la
calculatorul de supraveghere. Automatele programabile cu rol de securitate la incendiu,
efracție sunt denumite și „centrale”, centrale de incendiu, centrale de efracție.
Figura 3-3 Structura unui sistem automat ierarhic și distribuit (Larionescu, 2008)
- Nivelul aparaturii de câmp este alcătuit din traductoare și elemente de execuție care
măsoară și controlează procesele din instalații. Acestea pot fi în număr foarte mare și cablarea
lor poate fi costisitoare. O soluție este conectarea traductoarelor și elementelor de execuție pe
o magistrală comună de comunicație (bus). Astfel se reduce cantitatea de cablu necesară
cablării fiecărui element de câmp cu elementul de comandă, însă fiecare element de câmp
trebuie să aibă un adaptor de magistrală. Trebuie puse în balanță costul cablării și costul
aparatelor de interfața la magistrală.
Integrarea. Dat fiind numărul mare al echipamentelor de controlat, este de așteptat ca
într-o clădire să fie utilizate componente de la mai mulți producători, ce pot folosi protocoale
de comunicație diferite. Integrarea aparaturii la cele trei niveluri necesită un sistem de
comunicații cu un protocol de comunicație comun, sau utilizarea de protocoale diferite,
interfațate printr-un dispozitiv de tip poartă (”gateway”). Totuși, utilizarea gateway-urilor
conduce la dificultăți deoarece necesită existența unei persoane care să cunoască ambele
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
74
protocoale ce necesită să fie interfațate și datorită timpului necesar conversiei protocoalelor
conduce la întârzieri în funcționare, astfel că programarea automatelor programabile devine
problematică.
Conform Figura 3-3 și a tendinței generale de control centralizat, datorată parțial
creșterii dimensiunilor clădirii, toate sistemele de automatizare sunt conectate centralizat la
nivelul de gestiune tehnică. Integrarea înseamnă că la nivelul ierarhic superior de gestiune
tehnică există un supevizor sau un program care realizează în mod coordonat controlul
sistemelor automatizate (Larionescu,2012).
Proiectarea integrată a clădirii este promovată și în sistemul LEED de evaluarea a
clădirilor.
Sistemul centralizat de gestiune a clădirii este un element de bază folosit și de
sistemele de control a clădirii folosind agenți, cum este MASBO (Qiao, Liu, Guy, 2006).
Sistemele cu agenți sunt o tehnică a inteligenței artificiale, în care agenții (software sau
hardware) comunică într-o rețea ierarhizată. Fiecare ocupant al clădirii poate purta un element
de identificare (tag, cartelă identificare) care îi stochează preferințele de mediu, astfel încât
mediul dintr-o încăpere să se adapteze la preferințele ocupanților. Sistemul MASBO
utilizează mai mulți agenți cu funcțiuni dedicate factorilor de mediu sau nivelului ierarhic.
Unul dintre agenți comunică cu sistemul existent centralizat de gestiune a clădirii. Arhitectura
distribuită a sistemelor cu agenți realizează o repartizare uniformă a capacității de decizie la
nivelul ocupanților, comparativ cu decizia luată de un singur operator, sau de o valoare a
parametrilor de mediu (temperatura, umiditate etc) care sa nu aiba legătură cu preferințele
ocupanților.
Conform Zinzi și Fasano (2004:59), din punct de vedere tehnic, arhitectura sistemelor
de control centralizat este avantajoasă în sisteme de aplicații strâns cuplate în care
sincronizarea este critică și se transferă fluxuri mari de date. Arhitectura distribuită este
avantajoasă în sistemele în care aparatele și sistemele sunt cuplate dispersat, iar sincronizarea
nu trebuie să fie realizată strict față de timp. Pe lângă avantajul principal de a fi fizic
distribuit, aceste sisteme mai au avantajul cablării reduse.
Orice echipament dintr-un sistem de gestiune tehnică a clădirii (BMS) comunică cu
celelalte echipamente, prin unde radio sau prin cablu, folosind un protocol de comunicație.
Orice arhitectură de rețea de comunicație funcționează standardizat pe baza Modelului de
Referință OSI.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
75
3.5 Modelul de referin ță OSI
Modelul de Referință OSI (The Open Systems Interconnection (OSI) Reference
Model) a fost dezvoltat de către Organizația Internațională de Standardizare (ISO) și ITU-T
prin anii 1980, permite comunicarea într-o rețea a aparatelor ce funcționează pe bază de
procesor, indiferent de producător.
Este importantă prezentarea Modelului OSI în lucrare, deoarece într-o clădire
inteligentă din prezent, aparatele din sistemele de gestiune tehnică a clădirii funcționează pe
baza Modelului OSI, indiferent de producător, de protocolul de comunicare folosit: KNX,
BACnet, X10, Profibus, Modbus etc. Modelul OSI descrie modul cum se face accesul la
mediul de transmisie, dar și cum se face prelucrarea informației.
Figura 3-4. Modelul de Referință OSI.
În opinia autorului, faptul că un aparat este inteligent (traductor inteligent, controller
inteligent) înseamnă că la ”nivelul de Aplicație” din OSI este implementată inteligență
artificială. În funcție de producător, aparatele din sistemele de management tehnic a clădirii,
pot implementa anumite nivele din Modelul OSI, nu neapărat pe toate.
Nivelurile OSI
Aplicație
Prezentare
Sesiune
Transport
Rețea
Legătură date
Fizic
Mașina A
Aplicație
Prezentare
Sesiune
Transport
Rețea
Legătură date
Fizic
Mașina B comunică cu
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
76
Modelul de arhitectură de rețea propus de OSI se poate aplica atât rețelelor de tip
extins (WAN), cât și celor locale (LAN). Modelul OSI împarte funcționarea unei rețele în
șapte niveluri. Nivelurile superioare folosesc funcțiile oferite de nivelurile inferioare.
Nivelul Fizic. Nivelul Fizic definește specificațiile electrice și fizice ale mediului fizic de
transmitere a informației, fie el cablu coaxial, cu perechi torsadate, fibră optică sau unde
radio. Tot la acest nivel sunt definite caracteristicile semnalelor, cum ar fi nivelul de tensiune,
de curent, frecvența de transmisie, ceasul, dar și proprietățile conectorilorcablurilor. Din punct
de vedere al nivelurilor superioare, informația (datele) de la Nivelul Fizic, este reprezentată
sub formă de un șir de biți. Exemple de protocoale la acest nivel: RS-232, RS-422 ș.a.
Nivelul Legăturii de Date asigură mijloacele funcționale și procedurale de acces la Nivelul
Fizic pentru transferul datelor între elemente participante la o rețea și detectarea și repararea
pe cât posibil orice erori ar putea apărea la Nivelul Fizic. Atât rețelele extinse (WAN) cât și
cele locale (LAN) ordonează biții proveniți de la Nivelul Fizic în secvențe logice numite
cadre (”frames”, în engleză). Sunt folosite două tipuri de cadre:
- cadrele de date (denumite și pachete) transportă mesajele de la nivelele superioare;
- cadrele de control, exempli gratia cadrele jeton sau de cadrele de confirnare.
Acest Nivel mai folosește un cadru antet, în care este specificată adresa MAC a
expeditorului și a destinatarului. Aceste valori se schimbă la trecerea prin noduri de rețea cum
ar fi router-ul sau serverul.
Pentru implementarea rețelelor, Nivelul de Legătură a Datelor este împărțit în două
sub-nivele, denumite Controlul Logic al Legăturii (LLC-Logical Link Control) și Controlul
Accesului la Mediu (MAC-Media Access Control).
a.) Media Acces Control: MAC-ul este folosit pentru mai multe funcții, printre care:
- recepția datelor de la nivelele superioare și ambalarea lor în cadre, în funcție de metoda de
acces la rețea;
- monitorizarea stării canalului de comunicație, iar când acesta este liber, transmite Nivelului
Fizic cadrul pentru a fi transmis;
- este responsabil de detectarea coliziunilor și revenirea după coliziuni.
b.) Logical Link Control este un sub-nivel situat deasupra subnivelului MAC și este
proiectat să ofere servicii Nivelului de Rețea. Acest sub-nivel este primul independent de
mediul de transmisie al datelor.
Exemplu de standard la acest nivel: Ethernet.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
77
Nivelul Rețelei asigură metodele funcționale și procedurale de transferare a unor secvențe de
date de lungimi variabile de la o sursă, printr-o rețea, către un receptor aflat în altă rețea,
comparativ cu Nivelul Legătură de Date care conectează elemente din acceași rețea. La
Nivelul Rețelei sunt efectuate funcțiuni de control al routerelor, adresare logică
Nivelul Transport asigură un transfer de date transparent între utilizatori și servicii de
transfer de date de încredere către nivelele înalte. Acest nivel controlează calitatea unei
conexiuni prin controlul fluxului, segmentare/ desegmentare și controlul erorii. Anumite
protocoale implementate la acest nivel lucrează cu conexiuni orientate pe conexiune, ce
necesită schimb de date într-o manieră ordonată și sigură. Această condiție înseamnă ca
Nivelul Transport monitorizează segementele și le retransmite pe cele care au eșuat. De
asemenea, acest nivel oferă confirmari în cazul transmisiilor de date reușite, transmițând
următoarele date doar dacă nu au avut loc erori.
Nivelul Sesiune. Nivelul Sesiune asigură o metodă de control a conexiunii dintre două
calculatoare. La acest nivel este stabilită, gestionată și terminată o conexiune între o aplicație
locală și una îndepărtată. Asigură operații full-duplex și half-duplex.
Nivelul Prezentare. Se ocupă cu prezentarea datelor în tranzit. Funcția sa este de a converti
mesajele de la Nivelul de Aplicație în formatul necesar nivelelor inferioare, datorită
diferențelor de sintaxă. Scopul convertirii (codării) este securizarea și compresia datelor.
Nivelul Aplicație. Acest nivel și utilizatorul interacționează direct cu programele pentru
diverse aplicații. Contrar denumirii sale, acest nivel nu este o aplicație (program) în sine, însă
este un protocol pentru aplicații. În general, toate aplicațiile folosite pentru a ne conecta la un
echipament folosesc acest nivel: de exemplu Modbus, Internet Explorer, Mozilla, Yahoo
Messanger.
În opinia autorului, faptul că un aparat este inteligent (traductor inteligent, controller
inteligent) înseamnă că la ”nivelul de Aplicație” din OSI este implementată inteligență
artificială.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
78
Capitolul 4 Evaluarea cl ădirilor inteligente
Evaluarea clădirilor este ca un feed-back între clădire (mediul și ocupanții clădirii) și
factorii de decizie proiectanții, cu rolul de a îmbunătății practicile de proiectare, execuție și de
a mării nivelul de inteligență încorporată în clădire. În Figura 4-1 se poate observa feed-back-
ul diferențiat de la clădire și de la ocupanți. Evaluarea performanțelor clădirilor se referă la:
(1) evaluarea performanței energetice a clădirii,
(2) evaluarea calității mediului interior clădirii și a modului cum se simt ocupanții
(3) evaluarea gradului de inteligență al clădiri.
Clădirile sunt proiectate să aibă anumite performanțe în exploatare, însă practica a
demonstrat de multe ori că funcționarea reală diferă de cea preconizată prin proiect. Diferența
este dată de diferențele între proiect și execuția propriu zisă, și mai ales de factorul uman. Din
acest motiv este nevoie de evaluarea performanțelor clădirii, ulterior dării sale în exploatare.
Figura 4-1 Model conceptual general al proceselor între ocupanți și o clădire inteligentă și cele două tipuri de evaluare a clădirii.
Sistem de Gestiune Tehnică a Clădirii Inteligente
Clădirea Inteligentă
Starea de bine a ocupanților (agentilor) (satisfactie si fiziologie)
Evaluarea performanțelor clădirii: (Certificatul Energetic, BREEAM; LEED etc )
Mediul academic!! Educarea continuă. Motivarea și implicarea factorilor de decizie
Setări pentru instalații
Starea de bine
Factorii de mediu, Dezastre Naturale, ”Terorism”, Sindromul Clădirilor Bolnave, Lanțul de aprovizionare
Evaluarea Post Ocupare
Tendințe / Filozofii
Diseminare
Angajamentul factorilor de decizie
Schimbarea Interesului
$$
Interacțiunea factorilor de decizie: -Administratorii Tehnici -Inginerii -Arhitectii -instituțiile de reglementare -altii
priorități și acțiuni ale instituțiilor profesionale și politice.
Preocupări Globale
Proiect Real Estate
Inteligența Artific. în Agenți
Sistem Adaptiv
Consultanță, Dezvoltare profesională continuă.
Oamenii
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
79
4.1 Evaluarea eficien ței energetice
Există mai multe metodologii de evaluarea a performanței energetice a clădirilor. În
România, unele dintre acestea sunt obligatorii, altele sunt facultative.
4.1.1 Certificarea obligatorie
Certificatul de Performanță Energetică este obligatoriu pentru clădirle noi și renovate
din România. Ca stat membru al Uniunii Europene, în România se aplică obligatoriu Directiva
Europeană EPBD 2002/91/EC transpusă în legislația românească prin Legea 372/ 2005
privind performanţa energetică a clădirilor. Această directivă introduce Certificatul Energetic
al clădirii, obținut în urma unui proces de auditare energetică, de către un auditor energetic.
Deoarece în prezent Certificatul Energetic este acordat pe baza unui consum virtual,
rezultat prin calcul termotehnic, și nu pe baza consumului real contorizat de energie, conform
unei discuții avută cu Bill Bordas (2012), viitoarea metodologie de certificare energetică a
clădirilor va impune necesitatea instalării contoarelor de energie termică în clădiri.
Certificatul Energetic va fi astfel acordat în corelație cu consumul real de energie, nu doar cel
rezultat din calcule.
În opinia autorului, scopul certificatului energetic de a-i sensibiliza pe oameni în
legătură cu performanța energetică (pierderile de energie) a clădirii. Se speră că pe baza
certificatului energetic oamenii vor alege pentru un același nivel de confort, clădiri cu consum
redus de energie, deci cu costuri mai mici de întreținere. Prin acest mecanism de piață vor fi
construite și reabilitate clădiri din ce în ce mai performante energetic.
4.1.2 Certific ări facultative
Certificările BREEAM, LEED și CABSEE sunt facultative și evaluează cât de ”verzi”
sunt construite și renovate clădirile. BREEAM (Building Research Establishment
Environmental Assessment Method) este din Marea Britanie, LEED (Leadership in Energy
and Environmental Design) din Statele Unite ale Americii iar CABSEE din Japonia. Toate
tipurile de certificare acordă calificative clădirilor.
Calificativele BREEAM sunt: fair, good, very good, excelent
Calificativele LEED sunt: bronze, silver, gold, platinium
Calificativul CABSEE maxim este sustenabil.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
80
Ca și în cazul Certificatului Energetic, unde certificarea și reabilitarea termică a
clădirilor cam bate pasul pe loc, cu excepția Bucureștiului (Oancea, 2012), se constată că
schemele de evaluare BREEAM și LEED nu certifică fiecare clădire nou construită sau
reabilitată. De exemplu de la inființarea sa în 1995, doar 1500 de clădiri au acreditare LEED
în Statele Unite (ukgbc.co.uk). Aceasta deoarece industria nu are capacitatea și cunoștințele
necesare să ofere clienților clădiri sustenabile competitive. Deoarece încă este mai ieftin și
mai rapid să se construiască fără să se respecte mediul, filozofia costului minim de investiție
va persista și implicit va conduce la poluare și clădiri clasice în continuare, în loc de clădiri cu
performanțe îmbunătățite: verzi, inteligente.
Spre deosebire de Certificatul Energetic, în opinia autorului, certificarea BREEAM și
LEED a clădirilor este empirică. Ponderile acordate sunt empirice, deoarece nu sunt acordate
în mod transparent pe baza importanta factorilor respectivi de mediu pentru ocupanți, ca
rezultat al unui studiu statistic.
În opinia autorului, oamenii trebuie educați să judece investițiile nu pe baza costului
investiției inițiale în clădire, ci pe baza costurilor pe ciclul de viață. Este adevărat că o clădire
verde, inteligentă costa mai mult, însă costurile pe perioada de exploatare vor fi reduse, chiria
va fi mai mare, productivitatea muncii ridicată vor compensa costul mai mare de construcție.
Costurile cu tehnologiile de producere a energiei din surse regenerabile pot părea că nu
sea amortizează, deoarece ele au fost calculate la costul din prezent al utilităților, însă datorită
creșterii prețului combustibililor fosili, în curând durata de recuperare a investiției poate face
investițiile verzi profitabile. Pentru a reduce poluarea și impactul negativ asupra mediului,
sustenabilitatea trebuie promovată în mass-media la scara largă, precum reclamele la
detergenți.
4.2 Evaluarea calit ății mediului interior
Senzația de prospețime a aerului, resimțită la o plimbare pe munte sau într-o pădure este
revigorantă pentru corp și indică un mediu curat. Din păcate puține clădiri asigură ocupanților
astfel de condiții de lucru. Deoarece aerul din interiorul clădirilor este mai încărcat de poluanți
decât aerul exterior și deoarece cea mai mare parte din viață (90%) o petrecem în clădiri,
calitatea mediului interior este deosebit de importantă pentru sănătatea oamenilor, pentru
productivitatea muncii lor, dar și pentru calitatea clădirii.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
81
Calitatea mediului interior (denumită ”Indoor Environmental Quality” în limba
engleză) depinde de mai mulți factori, nu doar de parametrii de confort termic. Evaluarea
calității mediului interior clădirii presupune efectuarea de măsurări pe teren ale parametrilor
de mediu, de la temperaturi, viteze ale curenților de aer, nivel de zgomot, nivel de CO2 , până
la evaluarea nivelului de iluminare. Această evaluare este cerută de unele companii, care au
înțeles importanța mediului din clădire asupra ocupanților și a productivității muncii lor. În
cazul în care evaluarea clădirii se face prin interviuri cu ocupanții clădirii, evaluarea se
numește post ocupare.
În Franța calitatea mediului interior este reglementată de standardul HQE (Haute
Qualité Environmentale). Acesta se referă la controlul impactului clădirii asupra mediului și la
crearea unui mediu interior sănătos și confortabil, pe toată durata de viață a clădirii:
proiectare, construcție, exploatare și demolare (Ghiauș și Inard, 2004:46).
După cum am menționat în subcapitolul ”Arhitectură inteligentă în prezent; fațade
inteligente”, proiectarea clădirilor pentru a obține certificări de înaltă performanță energetică
conduce la rezultate diferite decât proiectarea pentru sănătatea ocupanților. Această situație
este cu atât mai gravă dacă considerăm cazul clădirilor cu destinație de spital.
În opinia autorului, proiectarea clădirilor trebuie să se facă considerând starea de bine
și sănătatea ocupanților ca cel mai important obiectiv. Clădirea și instalațiile trebuie să
asigure în mod eficace starea de bine și sănătatea ocupanților în condiții de eficiență
energetică, și apoi eficiența energetică. În caz contrar reducerea irațională a consumului de
energie poate afecta starea tehnică a clădirii, și sănătatea și starea de bine a ocupanților, iar
costul cu forța de muncă neproductiva (concedii medicale etc) este mult mai mare decât
costul energiei.
În concluzie, deoarece proiectarea clădirilor poate fi făcută după criterii care nu țin cont
de sănătatea ocupanților, ca de exemplu costuri de investiție reduse, mediu doar confortabil,
iar un mediu confortabil nu este și sănătos. Din aceste motive este nevoie de evaluarea
calității mediului interior.
4.3 Evaluarea gradului de inteligen ță al cl ădirilor inteligente
O dată cu dezvoltarea conceptului de clădire inteligentă, a apărut și nevoia de evaluare a
gradului de inteligență al clădirii. Conform (Wong, Li, 2009:7) problema de fond este metoda
de măsurare și determinarea indicatorilor cheie ai inteligenței utilizați în evaluarea gradelor de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
82
inteligență a sistemelor de control din clădirile inteligente. Definirea inteligenței este
prezentată în Considerații pe tema folosirii termenului ”inteligent””.
În general, evaluarea gradului de inteligență al clădirii conduce la obținera unui indice,
a unei valori numerice ce este comparată pe o scală cu intervale predefinite ale diverselor
nivele de inteligență.
Încă de prin anii 1985, unii cercetători au propus diverse metode de evaluare a
inteligenței clădirilor, pe baza impactului asupra mediului și pe baza evaluării parametrilor de
mediu. Pe lângă metodele de evaluare propuse de cercetători există și metode de evaluare ale
organizațiilor profesionale: CABA (Continental Automated Building Association), AIIB.
(Asian Institute of Intelligent Buildings).
Primele tentative de evaluare a inteligenței clădirii s-au limitat la evaluarea inteligenței
per ansamblu, fără a examina inteligența încorporată în echipamentele de control.
În legătură cu evaluarea clădirii per ansamblu, unii autori (Wong, Li, Lai:2008) propun
un cadru analitic cu anumiți indicatori de inteligență a sistemelor din clădirile inteligente.
Albert, So, Wong (2002) propun o evaluarea cantitativă a clădirilor inteligente, în timp ce alți
autori (Chen, Clements-Croome, Hong, Li, Xu, 2006) discută despre evaluarea clădirilor
inteligente dpv. al eficienței energetice pe baza unor indicatori multicriteriali cheie. Liao și
Sutherland (2004:75) evaluează ingineresc gradul de inteligență al clădirii folosind matricea
Matool.
O altă abordare este evaluarea pe elemente componente a clădirii inteligente. Wong și
Li (2009:5) propun indicatori pentru evaluarea inteligenței sistemului integrat de gestiune
tehnică a clădirii. Matricea Matol și acești indicatori sunt prezentați în subcapitole următoare.
4.3.1 Evaluarea inteligen ței cl ădirii cu matricea ”Matool”
Liao și Sutherland (2004:75) au propus matricea ”Matool” pentru a evalua inteligența
clădirilor inteligente. Matricea este destinată folosirii de către administratorii tehnici și
profesioniștii din domeniul construcțiilor, pentru a evalua următorii indicatori de performanță,
descriși în Smart Accelerate Project Handbook (Liao și Sutherland, 2004:76):
-mediul construit
-responsivitatea
-funcționalitatea
-aspecte economice
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
83
-satisfacerea diverselor cerințelor
În total, o clădire este evaluată pe baza a 25 de criterii, pe baza indicatorilor de mai
sus, iar rezultatul (IQ) este obținut sub forma unei sume ponderate a punctajului ”Px” la
indicatorii de performanță, și o ponderea individuală a indicatorului de performanță.
IQ=gMPM+gRPR+gFPF+gEPE+gSPS
Valoarea IQ-ului clădirii indică nivelul său de inteligență, valoarea maximă fiind 125:
-rău: <50; -bun: 50~80; -foarte bun: 80-100; -excelent: 100-125
Dezavantajul acestei metode este că nu este prezentat modul de acordare a ponderilor,
ci se spune doar că suma celor 5 ponderi ”gX” este 5.
4.3.2 Indicatori de evaluare a inteligen ței sistemului integrat de gestiune tehnic ă a clădirii
Wong și Li (2009:7) propun următorii indicatori de inteligență a sistemelor integrate
de gestiune tehnică a clădirii, clasificați pe baza celor 4 atribute ale inteligenței din ”Modelul
de Inteligență al Mașinilor”.
Atributul autonomie. Algoritm de control adaptiv cu limitare Auto-diagnosticul derivei operaționale Programare anuală a funcționării
Atributul controlul asupra dinamicilor complicate
Capacitatea de a conecta multiple sisteme de control a clădirilor, de la mai mulți producători
Control de la distanță prin Internet Posibilitatea de a conecta mai multe locuri Statistici de evenimente și alarme Controlul/ monitorizarea programului /zonării iluminatului Controlul și monitorizarea echipamentelor HVAC
Atributul interac țiunea om-mașină
Generarea de rapoarte, statistici și profile de tendințe în utilizarea dispozitivelor de control și operare
Capacitatea de a oferii funcții analitice și operaționale Capacitatea de a utiliza un singur sistem/ o platformă pentru supervizarea mai
multor locuri Reprezentarea grafică și iconițe interactive în timp real Capacitatea de a funcționa în continuu cu minimă intervenție umană
Atributul comportament bio-inspirat
Analiza parametrilor operaționali Algoritmi de control adaptiv pe baza schimbărilor sezonale
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
84
Studiul lui Wong și Li a concluzionat că cele mai importante trei caracteristici ale unui
sistem inteligent de gestiune tehnică a clădirii sunt următoarele: Auto-diagnosticul derivei
operaționale, Algoritm de control adaptiv cu limitare și Programare anuală a funcționării.
4.3.3 Concluzii cu privire la evaluarea gradului de inteligen ță al cl ădirilor
Inteligența unei clădiri se manifestă pe mai multe căi, iar diferiți autori, în funcție de
cunoștințele lor tehnice au propus diverse scheme de evaluare a gradului de inteligență al
clădirilor. Analizând criteriile de evaluare propuse de ceilalți cercetători, și realizând faptul că
acestea omit unele aspecte importante, am dezvoltat o metodologie cadru de evaluare a
performanțelor clădirilor din perspectiva clădirilor inteligente.
4.4 Metodologia de evaluare a cl ădirilor inteligente
Pe parcursul stagiului doctoral efectuat la Universitatea din Reading, Marea
Britanie, sub supervizarea domnului profesor Kecheng Liu de la Informatics Research Centre
și a domnului profesor Derek Clements-Croome autorul a realizat un framework (tradus
prin ”un cadru/ o metodologie”) de evaluare a gradului de inteligență a unei clădiri .
Acest cadru de evaluare l-am aplicat pentru evaluarea clădirilor din România , iar
rezultatele s-au concretizat într-un articol știin țific trimis spre publicar e la Jurnalul
Energy and Buildings, publicat de Elsevier, având coautori pe Prof. Kecheng Liu, Prof.
Derek Clements-Croome, ambii de la Universitatea din Reading și pe Prof. coordonator Sorin
Caluianu, de la UTCB.
Articolul este atașat tezei de doctorat, ca anexă.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
85
Capitolul 5 Evaluarea satisfac ției ocupan ților din cl ădirile inteligente
În acest capitol vor fi prezentate metode de evaluare a clădirii din punct de vedere al
ocupanților, nu din punct de vedere al performanțelor, cum a fost cazul în capitolul precedent.
Conceptele de satisfacție a ocupanților, conceptul de comfort, de stare de bine și cel de
productivitate a muncii au legătură cu proiectarea și execuția clădirii, în special cu calitatea
spațiului interior clădirii. Există diverse metode de evaluarea a satisfacție ocupanților, a
confortului și a productivității, însă metodele sunt criticabile. Pe baza acestei critici, autorul
va propune o metodă nouă, inteligentă de evaluare a satisfacției ocupanților cu clădirea și a
productivității muncii. Pentru a înțelege modul cum este influențat organismul uman de către
factorii de mediu, autorul a realizat un studiu al literaturii medicale.
Organismul și mediul în care trăiește acesta constituie binomul fundamental al
ecologiei ( etimologic: gr: oikos=casă, logos=știință). Oamenii își petrec aproximativ 90% din
viață în interiorul clădirilor, iar mediul, prin factorii săi de o extremă diversitate, determină
reacții fiziologice de adaptare a organismului. Studiul acestor reacții a condus la apariția unei
noi ramuri a fiziologiei, anume ”fiziologia ambientală” (ecofiziologia). Când vine vorba de a
descrie efectele mediului asupra ocupanților, în funcție de mediul profesional, se folosesc
diverși termeni, precum comfort, stare de bine, sănătate, stress, aliestezie, homeostazie ș.a.
Unii termeni sunt folosiți rar în vorbire, alții sunt folosiți des, de exemplu ”confortul”, cu
toate că un mediu confortabil nu conduce la o stare de sănătate și nici nu mărește
productivitatea muncii, ca în cazul stării de bine. Clădirile inteligente sunt o realizare
interdisciplinară, astfel că vocabularul folosit trebuie îmbogățiți cu termeni medicali, pentru a
înțelege efectele mediului asupra ocupanților și a proiecta clădiri sănătoase, care să nu solicite
mecanismele fiziologice și psihologice ale ocupanților, ci să le satisfacă simțurile.
Conform dicționarelor medicale9 românești, aliestezia este perceptia stimulilor externi
ca fiind agreabili sau dezagreabili, în funcție de starea interna a organismului (temperatura,
diferite constante ale mediului intern etc.). Ca urmare, un stimul poate provoca uneori o
senzatie placută, iar alteori o senzatie neplacută.
Homeostazia este capacitatea organismului de a-și asigura constantele și funcțiile normale
prin reacții neuro-endocrino-metabolice față de stimuli și mecanisme biocibernetice de
autoreglare și control prin reacții de feed-back negativ și pozitiv (Haulică, 2009: 981).
9 http://www.dictio.ro/medical/aliestezie, http://dictionar.romedic.ro/aliestezie .
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
86
Se conturează astfel o abordare interdisciplinară a complexei interacțiuni mediu-
organism (Haulică, 2009:989), subiectul tezei și ideile dezvoltate de autor fiind de actualitate.
Stimuli sunt mulți într-o clădire, iar efectul lor asupra psihologiei și fiziologiei ocupanților va
fi descris în cele ce urmează.
5.1 Clădiri inteligente pentru s ănătatea, starea de bine și productivitatea ocupan ților
Mens sana in corpore sano.
Anticii romani foloseau maxima ”minte sănătoasă în corp sănătos”, pe care autorul o
completează cu ”corp sănătos în clădire sănătoasă”. Scopul este de a evidenția fapul că mediul
din clădiri trebuie să fie sănătos pentru ocupanți, cu toate că situația din clădirile din prezent
este discutabilă datorită diverselor forme de poluare din clădire: electromagnetică, cu compuși
chimici etc.
Organizația Mondială a Sănătății (O.M.S., World Health Organisation) clasifică
condițiile de mediu din clădiri în trei categorii:
- dezirabile: promovează sănătatea și starea de bine (! termenul folosit este starea de
bine, nu confortul ! ).
- permise: efectul asupra corpului este neutru. (ex: un mediu confortabil)
- incompatibile cu viața. De exemplu fostele locuințele victoriene ”back to back” sau
cele din perioada taxei pe ferestre, ambele din Marea Britanie.
Clasificarea condițiilor de mediu făcută de O.M.S. nu este în funcție de cât de
confortabile sunt condițiile de mediu. Ceea ce contează este sănătatea și starea de bine.
Confortul și starea de bine sunt atribute ale ocupanților unei clădiri, nu ale instalațiilor sau
clădirii.
Autorul consideră că pentru a putea evalua clădirea dpv. al satisfacție ocupanților, nu
este suficient să fie măsurate doar valorile unor parametrii fizici ai mediului, ci este nevoie de
o corelare între factorii de mediu și factorii fiziologicii și psihologici ai ocupanților. Este
nevoie să se țină cont de principiul cauză-efect. Cauza este reprezentată de acțiunea factorilor
de mediu (temperatura, umiditate, iluminare,zgomot, nivel CO2 ș.a.) asupra ocupanților, iar
efectul este modul cum se simt ocupanții. În orice activitate legată de proiectarea, utilizarea,
renovarea unei cladiri, în tema de proiectare trebuie să fie specificate pe lângă performanțele
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
87
energetice și satisfacerea simțurilor și sănătatea utilizatorului final, omul. Înțelegerea
corelațiilor între cauze sau chiar corelația cauză-efect, va avea ca efect îmbunătățirea
condițiilor oferite ocupanțior unei clădiri. Clădirile sunt bunuri cu o durată mare de viață, ce
pot afecta mai multe generații de utilizatori.
Figura 5-1 Legătura între ocupanți, starea resimțită și metodele de cercetare.
Ocupanții sunt cei mai buni senzori. Creierul este ”dispozitivul minune” care face tot
raționamentul și creează ponderile ale factorilor de mediu dintr-o clădire. Mintea și corpul
sunt legate. Autorul este de părere că masurând undele celebrale, putem deduce cât de bine
sau nu, se simte un utilizator în mediul în care se află. Aceasta este o viitoare temă pe care
autorul a început să o cerceteze, însă o va continua după doctorat. O metodă mai ușor de
implementat, și care nu necesită cunoștințe de neurologie este măsurarea răspunsului
fiziologic și cel psihologic al organismului ocupanților.
Senzori
FIZIOLOGIC
Stări
Unde Celebrale, EKG, Hormoni, O2 ȘI CO2 în sânge, Temperatură. Măsurate și prelucrate de un sistem pervasiv.
PSIHOLOGIC
Chestionare clasice sau sistem pervasiv inteligent
Interviuri
Sentimente, Stări Emoții
CLADIRILE
OCUPANȚII
STAREA DE BINE
INDICATOR AL STĂRII DE BINE
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
88
Pentru a folosi aceasta metodă de studiu este nevoie să măsurăm:
-parametrii de mediu, fizico-chimici care influențează starea organismului,
-răspunsul fiziologic al organismului la acțiunea factorilor de mediu,
-efectul psihologic produs de mediul construit. Efectul psihologic se îmbină cu efectul
fiziologic, deoarece creierul controlează reacția organismului.
Schema din Figura 5-1 poate fi interpretată astfel. Influența clădirii asupra psihologiei
ocupanților poate fi aflată prin chestionarea lor clasică sau folosind un sistem pervasiv cu
inteligență artificială. Răspunsurile la chestionare vor fi corelate cu măsurările fiziologice și
cu cele ale parametrilor de confort, fizici, chimici.
Efectul fiziolologic este măsurat prin dispozitive medicale portabile, de tipul
traductoarelor de tip plasture electronic, banda de braț (Sensewear Armband). Aparatele de
măsură a răspunsului fiziologic trebuie:
- să transmită date în timp real (cele menționate nu fac asta),
- să fie cât mai mici,
- să fie neintruzive, astfel încât purtătorul să nu se simtă stresat de purtarea
dispozitivului, și să se comporte cât mai natural cu. În caz contrar, răspunsul natural fiziologic
și cel psihologic este afectat de efectul Hawthorne, descris în subcapitolul separat în teză.
Rezultatul măsurărilor fiziologice corelat cu factorii de mediu și cei psihologici poate fi
agregat într-un indice global de confort (Humpreys, 2005) sau stare de bine. Combinația de
stări fiziologice și psihologice conduce sau nu către starea de bine a ocupantului.
Rămâne de văzut ce afecțiuni cauzate de viața în clădiri vor dispărea ca urmare a
îmbunătățirii substanțiale a condițiilor de viață din clădirile inteligente și ca urmare nu vor
mai fi tratate în spitale și policlinici. Pe lângă efectul economic asupra sistemului de sănătate
public, o clădire cu un mediu sănătos face să crească productivitatea muncii, când ocupanții se
simt satisfacuți de mediul în care se află.
În opinia autorului, clădirile inteligente vor fi dotate cu sisteme de îngrijire medicală la
domiciliu, iar astfel clădirile inteligente vor îmbunătății nivelul de sănătate al populației
țărilor și vor degreva sistemul de sănătate al statelor lumii.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
89
5.2 Compara ție între conceptul de stare de bine și cel de confort 10
Confortul este un termen folosit excesiv și de fapt reprezintă o stare neutră, dpv. al
clasificării mediului din clădiri, conform O.M.S. Clements-Croome și Li (2000) fac diferența
între confort și starea de bine. Confortul depinde mai mult de mediu decât starea de bine. Un
mediu confortabil este un mediu lipsit de surse de zgomot și de distragere a atenției. După
cum spuneau și anticii romani ”Mens sana in corpore sano”, starea de bine necesită un corp
sănătos, o minte sănătoasă, satisfacție generală, atenție concentrată, dar conștientă de stimulii
periferici și un grad de confort. Unii autori consideră confortul ca pe o stare neutră, dar afirmă
că episoadele tranzitorii de plăcere și extaz sunt importante. Alții discută încărcătura
emoțională a spațiilor arhitecturale. O clădire reușită trebuie să satisfacă necesitățile de bază
ale sănătății și siguranței (ca în piramida lui Maslow și Legea nr. 10/1995 a calității în
construcții), dar trebuie să încerce să satisfacă aspirații mai înalte, precum starea de bine,
prospețimea, plăcerea și starea psihică, factori care pot fi rezumați printr-un factor de mediu
de stare de bine.
Mediul ambiant influențează starea de spirit. Verdeața și apa curgătoare sau stagnantă
revigorează corpul și mintea în climatele calde. În spitale, priveliștile către spații verzi (Davis,
2011:14) și expunerea directă a pacienților la razele solare (Hobday, 2011) au ca efect mărirea
vitezei de însănătoșire. Florence Nightiagale (1820-1910) considera că cea mai bună metodă
de tratare a bolnavilor din spitale era expunerea acestora la Soare, fapt confirmat de metodele
practicate de anticii romani. Ca urmare, din punct de vedere al stării de bine, sarcina
arhitectului este de a aduce lumina Soarelui în clădire. Din punct de vedere al aporturilor
termice fațadele cu elemente de umbrire și /sau duble, ventilate reduc aporturile termice,
lasând să treacă lumina naturală.
Figura 5-2 Diagrama dublă (2x24h) a ritmurilor zilnice tipice, în valori relative între valoarea lor minimă și maximă pentru temperatura corpului, melatonină, cortizol și vigilență, pentru un ciclu natural de 24 de ore zi-noapte. (Bommel si Beld, 2004:281)
10 Acest capitol a fost publicat într-un articol al autorului, în Buletinul Științific al UTCB, nr 2/ 2012.
temp corp
vigilență
melatonină
cortizol
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
90
Într-un ciclu zi-noapte normal de 24 de ore, în organismul uman se petrece un ciclu
circadian. Ciclul circadian este un bioritm normal al organismului. Pe parcursul unei ciclu
circadian, în organism se petrec și cicluri cu perioada mai mică de 24 de ore, cum sunt
ciclurile ultradiene. Un exemplu de ciclu ultradian din mintea umană este alternanța
perioadelor de concentrare cu perioadele de relaxare. O perioadă de concetrare durează între
90 şi 120 de minute, iar o perioadă de relaxare de 20 de minute (în care oamenii fac o
activitate creativă) pentru a stimula revenirea concentrării. Unele companii au înțeles
importanța acestui ciclu asupra productivității angajaţilor și au amenajat camere în care
angajatii se pot relaxa, fie prin dotarea cu mobilier ergonomic, fie prin diverse activități
sociale. Teoria confortului nu ține cont de factori fiziologici și psihologici ca ciclurile
circadiene, în timp ce conceptul de stare de bine ține cont de acești factori.
Mirosul este un stimul subliminal, dar există puțină literatură în domeniul studiului
confortului olfactiv asupra ocupanților. Aromoterapia este o tehnică străveche de relaxare.
Folosirea uleilor esențiale conduce la alungarea tehno-stresului datorat muncii la birou și
impliciti la obținerea stării de bine. Din nou, teoria confortului nu ține cont de beneficiile
aromoterapiei, însă starea de bine da. Evaluarea calitativă a confortului ambiental și a
mediului cu nasul electronic (Caluianu, Cociorva, 1999: 184) folosește o rețea de
microsenzori electronici de gaz cu rol de receptor, un circuit de achiziție și transmisie a
datelor și o rețea neuronală artificială de prelucrare si clasificare a calității confortului.
Mai multe cercetări subliniază importanța conceptului de stare de bine a ocupanților
unei clădiri și încurajează companiile să investească în acest domeniu. Raportul din 2008 al
Pricewaterhouse Coopers „Building the Case for Welness” afirmă faptul că pentru fiecare 1
liră cheltuită, îmbunătățirea stării de bine a angajaților conduce la creșterea productivității
muncii cu 4,17 lire.
Starea de bine este deci un termen mai cuprinzător decât noțiunea de confort,
după cum este prezentat în Figura 5-3. Starea de bine este legată de satisfacție, fericire și
calitate a vieții. Starea de bine depinde de etica managerială a organizației, de ambianța
socială, factori personali și de mediul fizic (Clements-Croome, 2004). În opinia autorului,
starea de bine este îndeplinită dacă toate cele 4 tipuri de confort și factorii personali sunt
satisfăcuți.
În opinia autorului, confortul este o stare neutră și descrie efectul permis asupra
sănătății umane al unui mediu, a cărui calitate este între neacceptabil și dezirabil. Confortul
poate fi privit astfel ca un compromis între costul implicat de realizarea unei clădiri în care
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
91
mediul este sănătos și costul minim de construcție datorat satisfacerii cerințelor legislative de
calitate în construcții.
Figura 5-3 Starea de bine și confortul, în opinia autorului.
Conceptul de STARE DE BINE (Well-being)=
viteza curentilor de aer
temperatura glob negru
temperatura aer
CONFORTUL TERMIC
umiditate aer
CLO
MET
coef. de uniform. a iluminării
UGR-coeficient de orbire
nivel iluminare
CONFORTUL VIZUAL
culoarea luminii
indicele de redare a culorii
Cicluri circadiene, ultradiene
FACTORI PERSONALI
Fiziologici Psihologici
Starea de sănătate
conc. CO2 în sânge Semiotica clădirii
EEG
EKG
PPG
C.O.V.
nivel CO2
debit aer proaspat
CONFORTUL OLFACTIV
CONFORTUL AURAL nivel de zgomot (pres. sonora) timp reverberatie
Situația socială
temperatura pielii
temperatura pe suprafața hainelor
rezistivitatea pielii (raspunsul galvanic al pielii)
fluxul de căldură Stimuli emoționali
+ +
+
+
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
92
Capitolul 6 Factori care influen țează productivitatea muncii
Productivitatea muncii este influențată de factorii de mediu, de factori personali, de
factori sociali și de factori de natura organizațională. (Clements-Croome, 2006:45). Dintre toți
acești factori, în teză va fi prezentată doar influența factorilor de mediu asupra productivității.
Conform Himanen (2010:38), nu doar comunicațiile prin rețele informatice și soluțiile
spațiale relaxane sunt stimuli importanți pentru lucrătorii intelectuali, dar și culorile,
priveliștile în afara biroului, mediul luminos și sonor (atât liniștea cât și muzica de fundal),
dimensiunea camerei, numărul și dimensiunea ferestrelor, și chiar designul și masa clădirii.
6.1 Efectul Hawthorne
Efectul Hawthorne se referă la fenomenul prin care participanții își alterează
comportamentul ca urmare a participării la un experiment sau studiu. Efectul a fost inițial
observat la modificarea nivelului de iluminare.
Denumirea provine de la fabrica Hawthorne Works de componente electrice din
Statele Unite între 1924-1932. Conducerea aceastei fabrici a făcut o serie de studii cu privire
la stimularea productivității muncii prin modificarea anumitor variabile cum sunt:
-nivelul de iluminare.
-lungimea pauzei ( 2 pauze de 5 minute sau 1 pauză de 10 minute).
-furnizarea de mâncare în pauze.
-scurtarea programului de lucru.
La momentul experimentului (anii 1930) s-a constatat ca modificarea fizică (practică)
a nivelului de iluminare (creșterea iluminării) conducea la mărirea productivității, dar și
simpla comunicarea către angajați a faptului că nivelul de iluminare a fost mărit, când de fapt
practic nivelul de iluminare rămânea constant, conducea de asemenea la creșterea
productivității. Rezultatele studiului și modul cum fiecare variabilă modifică productivitatea
muncii sunt descrise în literatura de specialitate și nu fac subiectul acestei teze. Importantă
este concluzia.
Cercetătorii au concluzionat (în anii 1930) că angajații erau mai productivi fiindcă
considerau că sunt monitorizați individual. Deci simplul fapt că angajații au devenit
conștineți că sunt considerați importan ți pentru companie și sunt monitorizați, i-a facut
să își schimbe comportamentul, la anumiți stimuli fiind mai productivi. Concluzia de bază
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
93
se menține și astăzi, însă cercetătorii au reușit să identifice și alți factori care modifică
productivitatea muncii. Acești factori vor fi prezentați în cele ce urmează.
6.2 Influen ța factorilor de mediu asupra st ării de bine și productivit ății muncii
”All things are poison and nothing is without poison. It is only the dose that makes a
thing not a poison.”11 (Paracelsus, 1538)
În mod empiric, proiectanții au considerat că mediul construit influențează starea de
bine a ocupanților și productivitatea lor, ceea ce s-a și dovedit. Un exemplu extrem este
Sindromul Clădirilor Bolnave (subcapitolul 2.16 ”Zonele geopatogene și sindromul clădirilor
bolnave.” )
Toți factorii de mediu care pot crea starea de bine sau un mediu confortabil, pot avea
valori care să conducă la un mediu nesănătos sau neproductiv. În continuare sunt prezentate
influențele pe care le au factorii de mediu asupra stării de bine, confortului, productivității
muncii etc.
6.3 Confortul și ne-productivitatea muncii
6.3.1 Defini ția confortului
Conform DEX (Dicționarul EXplicativ al limbii române), confortul este defint ca:
”Totalitatea condițiilor materiale care asigură o existență civilizată, plăcută, comodă și
igienică. – Din fr. confort”
Pe de altă parte, conform Oxford Dictionaries, confortul este definit ca:
Confortul –def.: ”o stare de ușurință fizică și lipsa durerilor sau a constrângerilor;
aspecte care contribuie la ușurința fizică și starea de bine; prosperitate și stilul de viață
aigurat de ea.”12
Cea de-a doua definiție consideră confortul ca o componentă a stării de bine.
Autorul consideră confortul ca totalitatea senzațiilor care dau per ansamblu o stare
neutră, pe care le experimentează simțurile unei persoane, într-un mediu, atât în interiorul cât
11 ”Toate lucrurile sunt otravă și nimic nu este fără otravă. Doza este cea care face diferența între lucru și otravă” 12 Traducerea textului din engleză aparține autorului. Comfort is “a state of physical ease and freedom from pain or constraint; things that contribute to physical ease and well-being; prosperity and the pleasant lifestyle secured by it.”
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
94
și în exteriorul unei clădiri. Această idee este împărtășită și de (Wagner și Schakib-Ekbatan,
2011:54), conform cărora ”termenul de confort este de obicei asociat cu perceptia senzorială
și reacția fizică la stimulii de mediu cum ar fi temperatura, intensitatea luminoasă sau nivelul
de zgomot”. Stimulii sunt interpretați subiectiv, fiind procesați cu ponderi diferite, ce vor
varia de la o persoană la persoană. O persoana se poate simți confortabil într-un mediu, dar să
nu se simtă bine per ansamblu, de exemplu să fie bolnavă. Ceea ce înseamnă că o stare de
confort nu implică neapărat și o stare de bine, sau conform (Wagner și Schakib-Ekbatan,
2011:54), (di)satisfacția cu un aspect al mediului, nu implică neapărat o legătura cu senzația
de confort. Trebuie precizată de la început lucrării considerarea confortului ca o
componentă a stării de bine a unei persoane. Confortul nu ține cont de starea psihologică a
unei persoane, ci doar de efectul (calitatea și intensitatea) stimulilor din mediu asupra
simțurilor unei persoane. Starea de bine este rezultatul suprapunerii senzației stimulilor de
mediu (deci a confortului) peste fundalul psihologic și fiziologic al persoanei. Acesta este
motivul pentru care un același mediu, poate fi considerat confortabil de către o persoană, dar
stresant de către o alta.
Confortul poate fi privit și din punct de vedere social. De exemplu, Shove (2003) si
Chappells și Shove (2005) fac o istorie a schimbărilor în nivelurile dorite de confort și
curățenie survenite pe parcursul ultimelor generații. Ceea ce considerăm astăzi confortabil,
mâine s-ar putea să nu mai fie privit astfel, datorită evoluției tehnologice (cum arătau orașele
fără instalații de canalizare sau alimentare cu apă, sau o comparație între confortul călătoriei
cu primele mijloace de transport, și cele din prezent). Conform (Humphreys, 2005:318) și a
teoriei sociale a lui René Girard (Kirwan, 2004), odată ce nevoile fundamentale au fost
satisfăcute, dorința umană manifestă un comportament mimetic ce produce schimbări în ceea
ce este dorit și intensitatea cu care este dorit. Tot Humphreys (2005:318) consideră că astfel
de schimbări s-ar aplica și dorinței pentru o anumită calitate a mediului interior. Un astfel de
comportament mimetic ar conduce la asignarea de ponderi variabile să fie atașate diverselor
aspecte variabile ale mediului interior, nu numai în funcție de timp, dar și în funcție de
cultură.
Autorul consideră că acest tip de comportament și raționament uman îl îndreptățește să
considere fezabilă o metodă universală de control a clădirior bazată pe măsurarea undelor
celebrale produse de creierul ocupanților, fiindcă ocupanții sunt cei mai buni senzori, ei știu
cel mai bine cum se simt, fapt reflectat în tiparul undelor celebrale.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
95
În opinia autorului, confortul descrie o stare fizică, pe când starea de bine este un
termen cu un înțeles mai cuprinzător decât termenul confort și ține cont atât de starea fizică
cât și de cea psihologică. Folosirea frecventă a cuvântului ”confort” consider că se datorează
obișnuinței din vorbire, dar și formelor asemănătoare în diferite limbi (”comfort” în engleză,
”Gemüdelich”, ”Komfort” în germană, ”confort” în franceză) ceea ce este un avantaj în
vorbire, deoarece vorbitorii înțeleg foarte ușor despre ce este vorba.
6.3.2 Confortul termic
Scopul acestui capitol este de a prezenta elementele de bază ale teoriei confortului
termic, necesare pentru a înțelege modul cum confortul termic influențează productivitatea
muncii și punctele slabe ale teoriei confortului termic, astfel încât autorul să își poată aduce o
contribuție în domeniul îmbunătățirii condițiilor de mediu.
6.3.2.1 Noțiuni de bază
Confortul termic este unul din factorii de bază care influențează starea de bine a
oamenilor și productivitatea muncii, însă nu este și suficient. Confortul termic este diferit de
senzația termică. Senzația termică depinde de temperatura pielii (cald sau rece). Conform
(Hedge, 2011:1), confortul termic este un concept psihologic ce depinde de starea fiziologică
dorită (de la neconfortabil la confortabil). Conform ASHRAE 55-2004, confortul termic este
un răspuns subiectiv, sau o stare a minții, în care o persoană exprimă satisfacție cu condițiile
de mediu termic, și poate fi influențat de o mulțime de factori contextuali sau culturali.
Starea de disconfort termic este dată de diferența de temperatură între membre
superioare/ inferioare și corp. Datorită poziției lor pe corp și vascularizării, extremitățile
membrelor se răcesc/ încălzesc primele, comparativ cu restul corpului. Ca urmare, măsurarea
diferenței de temperatură între corp și temperatura la nivelul palmei sau la nivelul piciorului
este cea mai bună metodă de detectare a disconfortului termic.
Evaluarea confortului termic se face pe bază de indici și este descrisă în standardele
EN ISO 7730 și ASHRAE 55, cele două fiind dezvoltate în paralel, dar cu mici diferențe.
Standardul ASHRAE 55 definește în mod clar condițiile acceptabile de majoritatea
membrilor unui grup expus la aceleași condiții. Majoritatea este definită clar ca formată din
cei 80% ocupanți ce declară acceptabile condițiile de mediu. Spre deosebire de ASHRAE 55,
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
96
standardul EN ISO 7730 declară un mediu confortabil chiar dacă există 5% ocupanți
nesatisfăcuți în condiții de neutralitate termică (PMV=0).
Conform standardului internațional adoptat și în România, SR EN ISO 7730:2006, în
introducere, la pagina v, este menționat faptul că senzația termică este de fapt o stare de
echilibru termic între fluxul de căldură produs de organism și fluxul de căldură cedat către
mediul înconjurător. Acest schimb de căldură depinde de următorii parametrii:
-temperatura aerului [°C],
-temperatura medie de radiație tmr [°C],
-viteza curenților de aer față de corpul uman [m/s]
-umiditatea relativă a aerului φ[%]
-presiunea parțială a vaporilor de apă [Pa]
-izolația termică oferită de haine, [clo]
-rata metabolică, [met]
-tipul activității prestate, [met]
în care,
1 unitate metabolică (M) = 1 met = 58,2 W/m2;
1 unitate de îmbrăcăminte = 1 clo = 0,155 m2 K/W;
1 clo menține pe termen indefinit starea de confort termic a unei persoane sedentare (1 met),
pentru temperatura de 21°C, 50% umiditate relativă și viteza curentilor de aer de 0.01m/sec.
Deoarece o aceeași cantitate de căldură poate fi schimbată prin diverse combinații de
parametrii de mediu, senzația termică a corpului depinde de combinația parametrilor
menționați, și astfel evaluarea senzației termice se face pe baza unui indice compus, care ține
cont de toți acești factori termici. Indicele este denumit P.M.V.=Predicted Mean Vote= Vot
Mediu Prezis și este definit pe o scală cu 7 trepte de la valoarea -3 la +3, conform Tabel 6-1.
Tabel 6-1 Scala în 7 trepte a senzației termice. Conform SR EN ISO 7730:2006
-3 -2 -1 0 +1 +2 +3 Rece Răcoare Ușor răcoare Neutru Ușor cald Cald Fierbinte
Indicele PMV , este calculat pe baza formulei din Ecuația 6:1 (ISO 7730:2006):
PMV = [0.303×exp(-- 0.036 × M) + 0.028] ×
×(M – W) – 3.05 × 10-3 × [5733 – 6.99× (M – W) – pa] – 0.42 [(M – W) – 58.15] –
- 1.7 × 10-5 M (5867 – pa) – 0.0014×M× (34 – ta) –
- 3.96 × 10-8 ×Fcl × [(tcl + 273)4 – (tmr + 273)4] – Fcl×hc (tcl – ta)
Ecuația 6:1
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
97
în care: tcl este temperatura pe suprafața hainelor [°C] hc este coeficientul de transfer termic convectiv, [W/m2K]
fcl este factorul de suprafață a îmbrăcăminții,
Icl este izolația termică a îmbrăcăminții, [m2K/W].
tcl = 35.7 – 0.028× (M – W) – Icl×3.96 × 10-8× Fcl× [(tcl + 273)4– (tmr + 273)4]+Fcl×hc ×
× (tcl – ta) Ecuația 6:2
<−××
>−×−×=
arar
arc
vtatclpentruv
vtatclpentrutatclh
1,1238,2_1,12
1,1238,2_38,225,025,0
Ecuația 6:3
>+≤+
=WKmIpentruI
WKmIpentruIf
clcl
clclcl
/2078,0_,645,005,1
/078,0_,290,100,1 2
Ecuația 6:4
Indicele PPD ( Predicted Percentage Dissatisfied=Procentul Prezis de Nesatisfăcuți)
este un indice ce exprimă nivelul de confort termic ca un procent de persoane nesatisfăcute
dpv. termic, și este direct determinat din indicele PMV, conform Ecuația 6:5 și reprezentat în
Figura 6-1:
)PMV 0,2179- PMV 53exp(-0,033 95 -100 PPD 24 ×××=
Ecuația 6:5 Deoarece nu toate clădirile pot obține un mediu care să corespundă valorii PMV=0 și
PPD=5%, mediile din clădiri pot fi evaluate și încadrate pe categorii A,B,C în funcție de
valoarea PMV și PPD, conform Tabel 6-2.
Figura 6-1 Grafic PPD în funcție de PMV obținut pe baza ecuației PPD=f(PMV) din SR EN ISO 7730:2006
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
98
În afară de indicii PMV și PPD din standarde, există și alți indicatori ai confortului
termic, standardizați sau nu. (Auliciems și Szokolay, 2007) prezintă detaliat indici care
caracterizează mediul dpv. al confortului sau al stresului termic, dar și temperaturi derivate,
care caracterizează mediul dpv. al efectului combinat dat și de ceilalți factori ce descriu
mediul dpv. termic, în afara temperaturii aerului măsurată după termometrul cu bulb uscat.
Nu face subiectul tezei prezentarea indicilor și nici a temperaturilor derivate, cu
excepția temperaturii operativă. Autorul menționează că există multe articole în care se
discută cu privire la ce temperatură descrie și se corelează cel mai bine cu senzația termică. O
discuție pe această temă este prezentată în (Auliciems și Szokolay, 2007:44).
Tabel 6-2 Categorii de ambianțe termice. (Conform Tabel A1 din SR EN ISO 7730:2006)
Senzația termică per ansamblu a corpului
Disconfort local
Procent de nesatisfăcuți % cauzat de
Categoria* PPD %
PMV Rata 13 senzației de curent
de aer diferența de temperatură pe verticală
pardoseli calde sau
reci
asimetria radiației
A <6 -0,2<PMV<+0,2 <10 <3 <10 <5 B <10 -0,5<PMV<+0,5 <20 <5 <10 <5 C <15 -0,7<PMV<+0,7 <30 <10 <15 <10
*Toate criteriile trebuie satisfăcute simultan pentru fiecare categorie.
Temperatura operativă (top) este prezentată deoarece studiul ASHARE RP-1161 despre
confortul termic adaptiv a concluzionat că top este corelată cu satisfacția termică.
Temperatura medie de radiație nu poate fi măsurată direct, deoarece trebuie cunoscute
mărimea și temperatura tuturor suprafetelor din mediul respectiv, lucru greu de realizat și
utilizat în practică. Pentru a ține cont totuși de influența temperaturii medie de radiație sunt
calculate 3 mărimi derivate:
-temperatura operațională,
-temperatura efectivă standard (SET),
-noua temperatura efectivă (ET*).
13 Traducerea autorului pentru termenul englezesc ”Draft rate”. ”Draft” este definit ca senzația ”de curent de aer”, senzație nedorită de răcire locală a corpului cauzată de mișcarea aerului. (Olesen și Brager, ASHRAE Journal, August 2004:24)
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
99
Pentru a înțelege seminficația lor să presupunem că mutăm ocupantul unei încăperi
într-o cameră imaginară în care experimentează anumite condiții similare cu camera reală, în
funcție de temperatura derivată de calculat. Prezintă interes doar temperatura operativă.
Conform noului ASHRAE 55-2010, temperatura operativă (top) este egală cu
temperatura măsurată cu termometrul cu bulb uscat, care conduce la același schimb de căldură
de la corpul uman, fără haine, în poziția șezut pe scaun, relaxat lăsat pe spate aflat într-un
mediu ipotetic în care temperatura pereților și a aerului sunt egale, iar viteza curenților de aer
este de 7,6 cm/s sau 15 fpm (feet per minute).
Top = 0.48tr + 0.19[√vta - (√v – 2.76)ts
în care: Ecuația 6:6 ta = temperatura media a aerului (°C)
tr = temperatura medie de radiație (°C)
ts = temperatura medie a pielii (°C)
v= viteza aerului (cm/s)
(1cm/s = 1.97 fpm)
În concluzie, autorul este de părere că indicii care descriu mediul doar dpv. termic
oferă o imagine insuficientă asupra calității mediului respectiv. Uneori acești indici nici nu țin
cont de factorii personali, ci măsoară doar mediul. Un indice de confort global compus care să
caracterizeze mediul dpv. complet și să țină cont și de factorii personali este de dorit. Un prim
pas în acest sens va fi prezentat în lucrare.
6.3.2.2 Discuții pe baza confortului termic
Autorul menționează că în acest capitol va prezenta doar observațiile sale asupra
teoriei confortului termic din SR EN ISO 7730:2006. Teoria confortului termic este criticată
de mulți cercetători, printre care și (Ghiauș și Inard,2004:31), care propun un exemplu ce
dovedește o contradicție a teoriei și necesitatea controlului individual asupra parametrilor de
mediu, însă prezentarea lor nu este în scopul tezei.
Se observă că în ecuația ”tcl” ( temperatura pe suprafața hainelor) apare și în
termenul stâng, și în termenul drept al ecuației, ceea ce înseamnă că procedura sa de calcul
este iterativă. Pentru a elimina această incertitudene dată de calculul iterativ al unei
temperaturi prezise, afectată de o mulțime de factori reali care nu pot fi controlați și de care
ecuația nu ține cont, autorul tezei propune în cadrul sistemului dezvoltat, măsurarea
directă a temperaturii pe suprafața hainelor (sau a corpului), prin intermediul unei
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
100
traductor de temperatură de precizie, traductor conform cu standardul EN ISO 7726:2001.
Detalii în Capitolul 7 ”Senzori și traductoare de parametrii fiziologici ai ocupanților și pentru
factori de mediu”.
Indicele PPD prezice numărul persoanelor nesatisfăcute, sau neconfortabile termic de
o anumită combinație de factori de mediu. Din această definiție reținem următoarele aspecte:
(1) Chiar dacă se măsoară parametrii de mediu, teoria actuală prezice numărul de
persoane care se simt neconfortabil, prezicere realizată pe baza unor rezultate din studii de
laborator, care diferă de situația reală.
(2) Ce se întâmplă dacă într-o clădire reală se întâmplă să lucreze numai/ majoritatea
persoane care la testele de laborator formează partea statistică de 5% a celor nemulțumiți de
mediu? Teoria confortului termic consideră statistic că 5% dintre ocupanți sunt nesatisfăcuți
de mediu, fără să țină cont de satisfacția reală a ocupanților cu mediul.
(3) Faptul că și în condiții de mediu pe care majoritatea de 95% le găsesc lipsite de
disconfort, există totuși 5% care sunt nesatisfăcuți, este un indiciu clar asupra faptului că
satisfacția ocupanților cu clădirea depinde de mai mulți factori, nu numai de confortul termic.
Din acest motive, autorul propune un sistem de evaluare în timp real a satisfacției ocupanților
cu factorii de mediu. Sistemul este implementat pe microcontrolerul AVR, iar prelucrarea
informației se face cu inteligență artificială. Algoritmii genetici optimizează combinația de
parametrii de mediu, în funcție de preferințele ocupanților, introduse printr-o consolă cu 7
butoane, corespunzătoare scălii cu 7 trepte a senzației termice din standardul de confort termic
SR EN ISO 7730:2006. Cu cât ocupanții folosesc mai des consola, crește ponderea acordată
comenzii de la consolă, comparativ cu parametrii măsurați. Scopul sistemului este obținerea
unui mediu mai satisfăcător, în funcție de satisfacția reală a ocupanților cu mediul din clădire,
în condiții de eficiență energetică.
În opinia autorului, în teoria confortului temic există două abordări. Prima se referă la
definirea standardelor de confort termic pe baza schimbului de căldură între organism și
mediu, iar cea de-a doua se referă la modelul de confort termic adaptiv. Unele clădiri mențin
ocupanții la același nivel de temperatură și nu le permit să controleze mediul, altele permit
varierea temperaturii în funcție de preferințele ocupanților. Primul tip de clădire poate fi
stresant pentru ocupanți și oricum costisitor de înteținut, al doilea este larg acceptabil și mai
ieftin de întreținut.
Tot mai multe studii demonstrează existența fenomenului de ”confort termic
adaptiv” . De referință sunt Raportul ASHRAE RP-884 din 1997 și Raportul ASHRAE RP-
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
101
1161 din 2004. În Raportul 884:1997 este demonstrat modul cum ocupanții clădirilor ventilate
natural sunt confortabili într-un domeniu mai larg de temperaturi decțt ocupanții clădirilor cu
instalații de ventilare controlate centralizat. Obiectivul Raportului 1161:2004 a fost de a
investiga modul cum este influențat confortul de posibilitatea de control personal asupra
mediului. Studiul s-a desfășurat într-o clădire ventilată natural din California, atât vara cât și
iarna. Rezultatele studiului arată faptul că ocupanții cu grade diferite de control personal
asupra mediului conduc la răspunsuri termice diferite, chiar și pentru aceleași condiții de
mediu, nivel de îmbrăcăminte sau activitate. Aceste cercetări oferă sprijin empiric pentru rolul
pe care îl are modificarea așteptărilor din modelul adaptiv al confortului termic. Sentimentul
de control conduce la relaxarea așteptărilor și la acceptarea unui interval mai mare de variație
a temperaturii. Conform Bordass et al. (1994), oamenii acceptă variații mai mari de la o sursă,
dacă îî cunosc comportamentul, cum este cazul clădirilor ventilate natural. Tot Bill Bordass
afirmă că împuternicirea ocupanților de a controla sistemele de climatizare din clădire a
condus la pornirea acestora mult mai rar decât cazul funcționării continue.
Studiul ASHRAE RP-1161 concluzionează că este important ca clădirile să fie
proiectate astfel încât ocupanții să fie participanți activi în bucla de reglare climatică, nu
doar simpli receptori a oricăror condiții climatice furnizează sistemul de gestiune tehnică a
clădirii. (Brager, Paliaga, de Dear, 2004:32). Această concluzie vine în sprijinul modelului
proceselor din clădirile inteligente dezvoltat de autorul tezei și prezentat în Figura 4-1
”Model conceptual general al proceselor între ocupanți și o clădire inteligentă și cele
două tipuri de evaluare a clădirii.”
În opinia autorului, rezultatul studiilor cu privire la confortul termic adaptiv, care
confirmă faptul că un grad mai mare de control asupra mediului conduce la mărirea
satisfacției cu mediul și la mărirea intervalului de temperaturi considerat confortabil, va fi
folosit în dezvoltarea unui sistem de interacțiune cu ocupanții, sistem implementat pe
microcontroler AVR, ce folosește inteligență artificială. Deoarece ocupanții sunt cei mai buni
senzori, ei comunică sistemului starea lor de confort/ satisfacție cu mediul, iar sistemul o
învață și poate comanda fie sistemul de ventilare climatizare, fie poate indica ocupanților
momentul optim când să deschidă fereastra, în funcție de balanța temperaturilor interior-
exterior, aporturi termice interioare și degajări de CO2.
Toate aceste studii nu au menționat modul cum temperatura influențează
productivitatea muncii. Aceasta este prezentată în cele ce urmează.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
102
6.3.3 Relația între temperatur ă și performan ța în lucru
6.3.3.1 Fundamentul știin țific
Temperatura aerului afectează direct productivitatea muncii. Clădirile supraîncălzite
fac risipă de energie, sunt neconfortabile și conduc la un mediu neproductiv, deoarece
temperaturile mai mari dau senzația de moleșeală, somnolență, în timp ce temperaturile mai
mici, care dau senzația de ușor răcoare, stimulează productivitatea, însă nu sunt neapărat
confortabile.
Seppanen et al. (2006b) au raportat 24 de studii și 148 de evaluări, pe baza cărora a
rezultat Figura 6-2. Putem spune că această relație va avea un domeniu larg de aplicare,
deoarece studiile au fost efectuate în medii cu activități variate. Masurarea performanțelor s-a
facut penttru activități ce presupuneau sarcini complexe, sarcini vizuale simple, sarcinilor ce
necesită vigilență sau lucru manual din birouri, dar și activități legate de învățat. Datele
rezultate au fost prelucrate prin acordarea de ponderi și normalizare. Diferiților indicatori li s-
au acordat ponderi în funcție de importanța respectivului indicator în performanța per
ansamblu a biroului. Normalizarea a fost efectuată pentru a arăta procentul în care se modifică
performanța pentru o modificare a temperaturii de 1°C. Figura 6-2 arată corelația între
temperatură și modificarea performanțelor la fiecare creștere a temperaturii cu 1°C, cu un
grad de încredere de 90%. Din Figura 6-2 rezultă faptul că performanța crește dacă
temperatura este sub 23-24°C și scade dacă este peste aceste valori. Panta curbei este zero
jurul valorii de 22°C. Curbele din Figura 6-3 sunt derivate din cele prezentate în Figura 6-2,
considerând că performanța maximă este 1 la temperatura de 22°C.
Conform ASHRAE RP-1161, senzația termică de ”ușor răcoare” este mai bine
acceptată atât iarna cât și vara. În cazul în care oamenii simt o altă stare decât cea neutră
(PMV=0), o parte significantă dintre ei vor întotdeauna mai rece, atât iarna cât și vara când
fenomenul este mai accentuat. (2004:22).
Roelofson (2001) a concluzionat de asemenea că o valoare PMV= - 0,5, deci ”ușor
rece” este dorită de mai mulți ocupanți, și mărește productivitatea muncii. Aceste studii susțin
rezultatul obținut de Seppanen, și anume faptul că temperatura optimă la care
productivitatea este maximă pentru munca intelectuală de birou este de 21,5°C.
Creșterea temperaturii peste 21,5°C conduce la scăderea productivității muncii.
Productivitatea scade cu 2% pentru fiecare 1°C, dacă temperatura crește peste 25°C, rezultat
bazat pe modelul din Figura 6-4.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
103
Figura 6-2 Variația performanței (∆P% per °C de creștere a temperaturii) în funcție de temperatură. Valorile pozitive indică o îmbunătățire a performanței la creșterea temperaturii, iar valorile negative arată o scădere a performanței la creșterea temperaturii. (Seppanen et al. 2006b, Wargocki et al. 2006:30)
Figura 6-3. Performanța relativă în funcție de temperatură. Curbele sunt derivate pe curbele dinFigura 6-2 considerând că performanța maximă este 1 la temperatura de 22°C. Relația este semnificantă pentru temperaturi sub 20°C sau peste 24°C. (Seppanen et al. 2006b, Wargocki et al. 2006:30).
Graficul din Figura 6-4 reprezintă rezultatul suprapus al mai multor studii legate de
efectele temperaturii aerului asupra productivității (Sepannen et al.,2003; Saari și Aalto,2011).
Acesta susține faptul ca există o corelație între temperatura aerului și productivitate, iar
temperatura optimă este în jurul valorii de 21,5°C.
90% Intervalul de încredere
Neponderat Ponderat cu nr de cazuri si relevanta rezultatului Ponderat cu nr. cazuri
Temperatura [°C]
Performanța relativa
Temperatura [°C]
Raportat in fiecare studiu Neponderat Ponderat cu nr de cazuri si relevanta rezultatului
Ponderat cu nr. cazuri Grad de incredere 90% asupra ponderilor
Variatia perfor-mantei pentru 1°C crestere a tempera-turii, [%]
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
104
Figura 6-4 Sumarul studiilor legate de scăderea productivității și a performanței în funcție de temperatura aerului. (Sepannen et al.,2003; Saari, Aalto, 2011)
6.3.3.2 Domeniul de aplicare și concluzii Rezultatele mai sus menționate se aplică în toate domeniile în care activitatea este de
tip intelectual, sedentar. Studiile și graficele prezentate mai sus sunt bazate pe temperatura
aerului. Însă studiul american ASHRAE RP-1161 (2004:31) menționează că valoarea
temperaturii operativă este cea care se corelează cel mai bine cu satisfacția ocupanților cu
mediul, și nu temperatura aerului. Temperatura la care ocupanții se simt ”neutru” dpv. al
senzației termice este corelată puternic cu temperatura operativă, și are valori de 23°C vara și
22,1°C iarna.
6.3.4 Confortul vizual
6.3.4.1 Lumina și ciclurile circadiene
În 2002, David Berson et al. au descoperit un nou tip de fotoreceptor din ochi, pe
lângă deja cunoscutele celulele cu conuri și bastonașe. Noul fotoreceptor denumit ”novel” are
Scaderea performantei, %
Temperatura [°C]
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
105
propriile conexiuni nervoase la glanda pineală și la nucleul supraciasmatic14, care este ceasul
biologic al creierului. Sensibilitatea fotoreceptorului „novel” variază cu lungimea de undă a
luminii. Pe baza diminuarii concentrației hormonului melatonină, Brainard a determinat
curbele de sensibilitate spectrală și acțiune biologică a ochiului, din Figura 6-5. Prin
compararea celor două curbe din Figura 6-5 se observă că efectul maxim biologic al luminii
este dat de culoarea albastru, la λ=464nm, iar intensitatea senzației (sensibilitatea) vizuală
maximă λ=1 corespunde culorii verde-gălbui pe lungimea de undă λ≈555nm (Moroldo,
1999:8), (Bommel și Beld, 2004).
Figura 6-5 Curba spectrală de acțiune biologică Bλ și curba de sensibilitate spectrală vizuală Vλ. (Bommel și Beld, 2004:257)
Ca urmare, lumina bogată în componentă spectrală albastră (λ = 464 nm), după
trecerea prin culoarea verde, obținută la răsăritul Soarelui, are efect maxim de declanșare a
resetării ciclurilor circadiene.
Ciclurile circadiene sunt o manifestare bioritmică a funcțiilor organismului, cu o
perioadicitate de 24 de ore. Ciclurile circadiene sunt sincronizate și resetate de lumină, în
special cea naturală, dar și lumina artificială afectează ciclurile circadiene, defazându-le în
timp. Deoarece compoziția spectrului de culoare a lămpilor de iluminat artificial este diferită
de cea a luminii naturale de-a lungul unei zile, ea nu produce aceleași efecte benefice pentru
organism ca lumina naturală.
Variația culorii luminii naturale de-a lungul zilei de la albastru la răsărit spre roșiatic la
apus sincronizează organismul uman despre momentul din zi, din an și cu poziția pe suprafața
Pământului. Odată cu înserarea, și cu scăderea nivelului de iluminare naturală, în absența
luminii artificiale, începe producția de melatonină, un hormon responsabil cu inducerea stării
de somn. Însă lumina artificială din locuințe, în special lumina albastră produsă de ecranele
televizoarelor, calculatoarelor etc, afectează procesul natural al producerii de melatonină, 14 Traducerea termenului ”suprachiasmatic nucleus (SNC)” îmi aparține.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
106
dereglează ciclul circadian, defazându-l în timp. Chiar și trezirea din somn și aprinderea unei
lumini puternice (peste ~50lux) pentru scurt timp dereglează ciclul circadian.
În opinia autorului, instalațiile de iluminat artificial din locuințe trebuie concepute să
funcționeze în funcție de momentul din zi și noapte. Deoarece bioritmul este diferit ziua și
noaptea, pentru a nu îl afecta prin stimulul lumină, trebuie să existe un iluminat redus pentru
noapte (de ex. la toaletă și pe holuri) și unul pentru zi.
În documentarul Secret Life of Buildings (2011) este prezentat efectul arhitecturii și al
luminii asupra stării de bine. Suprafețele mici vitrate conduc la o cantitate mai mică de lumină
naturală in interior, iar organismul uman este afectat de acest stimul. Proiectarea pentru
eficiența energetică nu dă aceleași rezultate ca proiectarea pentru sănătatea oamenilor.
Proiectarea clădirilor pentru a obține certificări și performanțe energetice de valoare mare
conduce la arhitecturi cu ferestre mici, și implicit la un mediu nesănătos, datorită:
- Reducerii cantității de raze ultraviolete care pătrund în interior și sterilizează mediul.
- Reducerii cantității de lumină naturală ce pătrunde în interior și declanșează
producerea în organism de hormoni și vitamine produse sub acțiunea luminii.
6.3.4.2 Indici pentru confortul vizual
Confortul vizual depinde de nivelul de iluminare al mediului (pe suprafața utilă), de
coeficientul de uniformitate al iluminării, de valoarea indexului de orbire (UGR-Unified Glare
Rating), de temperatura de culoare a luminii, de culoarea luminii, de indicele de redare a
culorilor. Culoarea luminii si indicele de redare al culorilor este o funcție de intervalele de
lungime de undă produsă de către lampă. Proprietățile fizice (culoare, filtrare, transparență)
ale aparatajului optic al corpului de iluminat contribuie la modificarea proprietăților fluxului
luminos emis de lampă (Bianchi, Mira, Moroldo, Georgescu, Moroldo:1998),(Moroldo:1999).
Coeficientul de uniformitate a iluminării are legătură cu calitatea iluminatului.
C.U.I. indică uniformitatea distribuției nivelului de iluminare pe planul util. Valorile sale sunt
specificate în Normativul NP061-2002. În prezent, proiectarea pentru eficiența energetică
conduce la funcționarea iluminatului doar în zona unde sunt ocupanți, pe baza unor detectoare
de prezență.
Indexul de orbire (UGR) se calculează în funcție de poziția ocupantului față de
corpurile de iluminat și tipul corpurilor de iluminat.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
107
Nivelul de iluminare, E [lux], este ales în funcție de tipul acțivității desfășurate și de
destinația spațiului (încăperii). Standardul românesc care definește aceste valori este NP061-
2002. De exemplu, pentru o activitate intelectuală, spațiu cu destinația de birouri, nivelul de
iluminare pe suprafața utilă (biroul) este recomandat a fi 500lx, produs cu lămpi cu un indice
de redare a culorii de 80-90. În camerele de comandă, nivelul de iluminare trebuie să fie
ridicat, pentru a intrerupe ciclurile circadiene și a preveni adormirea operatorilor.
Indicele de redare a culorii, Ra [-], cuantifică cât de bine redă culoarea unui obiect,
lumina produsă de o lampă. Acest indice ia valori in intervalul 0-100. Valoarea 100
corespunde lămpilor cu incandescență sau celor cu halogen. Valoarea 20 corespunde pentru
lâmpile cu vapori de sodiu de joasă presiune.
Temperatura de culorare a luminii, Tc [K] are valori în intervalul (0; 5800) și este
parametrul care poate avea influența cea mai mare asupra senzației termice resimțită de
ocupanții unei clădiri. Datorită distribuției spectrale a luminii și implicit a tipului de lampă
folosit, lumina poate crea o senzație de cald sau de rece ocupanților unei încăperi. Lumina
având temperatura de culoare de 4000K ”alb culoarea zilei” are aceeași distribuție spectrală ca
și lumina zilei, deci creează o senzație neutră. Lumina albă produsă de către lămpi poate avea
o nuanță caldă sau rece, respectiv fiind alb cald(Tc<4000K) sau alb rece (4000K<Tc<5800K).
Din acest motiv, încăperile cu suprafețe mari vitrate, situate pe fațada sudică, în emisfera de
nord, au aporturi de căldură mai mari decât cele situate pe fațada nordică. Pentru a reduce
acest efect, lămpile de iluminat din încăperile sudice vor avea o lumină alb-rece, iar cele
dinspre nord, o lumină alb caldă.
Din punct de vedere semiotic, culoarea suprafețelor și a luminii transmite un mesaj.
Chiar și în natură unele specii de animale folosesc culorile pentru a transmite mesaje de
atenționare. Tot dpv. semiotic, un mediu cu iluminare mare, dă senzația de proaspăt, de
siguranță. Astfel, arhitectura, lumina și culoarea afectează starea de bine.
Un mediu interior plăcut privirii depinde de arhitectura spațiului dar și de stimulii
vizuali. Arhitectura și lumina naturală poate fi considerată ca o componentă de bază a stării de
bine, iar iluminatul artificial un stimul, o componenta dinamică. Deoarece ciclurile circadiene
ale oamenilor, (ciclurile pe care se bazează funcționarea organismului) sunt sensibile la
lumină (naturală și artificială), proiectarea arhitecturii clădirii și a instalațiilor de iluminat
trebuie să se facă ținând cont de efectul pe care îl are lumina asupra organismului uman.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
108
6.3.5 Confortul acustic
Studiile pe bază de chestionare (Frontczak et al, 2011), și studiile prin investigații
neurologice (Secret life of Buildings:2011) au aratat (Figura 6-6) că zgomotul este unul dintre
principalii factori care nemulțumește și scade productivitatea muncii ocupanților din clădiri,
mai ales în clădirile de birouri amenajate de tip ”open-space” . Conform studiului lui Moezzi,
Mithra și Goins (2011:32), activitățile care necesită concentrare, scrisul și cititul de texte
tehnice devin activități imposibile datorită zgomotului. Sarcinile complexe cognitive sunt
afectate de zgomot de valoare 70-80dB(A). Subiecții din studiu citesc mai puține rânduri și
fac mai multe erori în scris, pentru zgomot de 80dB(A), comparativ cu situația la 55db(A).
Zgomotul poate provenii de la echipamentele de birou, discuții, zgomotul de la circulații etc.
Figura 6-6 Posibilitatea (cu interval de încredere de 95%) de mărire a satisfacției cu spațiul de lucru în funcție de parametrii mediului interior și caracteristicile clădirii, men ționate în studiu. (Frontczak et al., 2011).
În documentarul ( Secret life of buildings, ep 1/2/3, 2011) cercetătorii au demonstrat
prin investigații neurologice, mecanismul prin care zgomotul afectează atenția. Un subiect a
fost echipat cu o casca cu senzori pentru undele celebrale. Subiectul efectuează o activitate de
birou, casca cu senzori fiind conectată la aparatele de măsură. Cât timp este liniște, activitatea
celebrală depinde doar de activitatea desfășuată. Într-un mediu zgomotos, creierul
reacționează, activitatea celebrală devenind foarte intensă, și astfel concentrarea se pierde.
Cantitatea de spațiu
Nivelul de zgomot Intimitatea vizuală
Culorile și texturile Ușurința interacțiunii
Confortul cu finisajele Temperatura
Mediul izolat fonic
Nivelul de iluminare
Calitatea aerului
Mentenanța clădirii
Mobilier ajustabil
Confortul vizual Curățenia clădirii
Curățenia biroului
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
109
În concluzie, datorită impactului deosebit de puternic pe care zgomotul îl are în
reducerea productivității muncii intelectuale, de creație, trebuie luate de măsuri de protecție
impotriva sa. Spațiile de birouri de tip open-space, sau clădirile cu atrium permit transmiterea
zgomotului și scad productivitatea muncii. Măsuri de izolare fonică trebuie luate.
6.3.6 Confortul olfactiv
Prospețimea aerului este un termen rar utilizat în temele de proiectare pentru
instalațiile de ventilare-climatizare, cu toate că toate lumea înțelege senzația pe care o
reprezintă. Ea este influențată de culoare, spațialitate și calitatea aerului. Dacă se consideră
aerul de pe munte ca fiind foarte proaspăt, calitatea aerului ar depinde de concentrația de CO2,
temperatură, umiditatea relativă și mișcarea aerului.
Conform cercetarilor (Clements-Croome, 1996) și (Bako-Biro et al, 2008), relația de
dependență între debitul de aer proaspăt FA (l/s/persoană) și temperatura aerului Ta (°C) în
intervalul 21,5-25,5°C, la o umiditate relativă în intervalul 44-60%, pentru 10% oameni
nesatisfăcuți este:
ln(FA)= 0,2085 Ta - 3,37, așadar o dependență exponențială. O ușoară modificare a
debitului de aer proaspăt influențează mult temperatura aerului.
Unitatea de măsură a senzației olfactive resimțite este „olf”-ul. 1 olf reprezintă
senzația olfactivă resimțită de ocupanții unei încăperi ventilată cu un debit de aer proaspăt de
10l/s*pers.
Confortul olfactiv depinde de calitatea aerului. Cu toate că este deosebit de important
pentru sănătatea ocupanților, conform (Frontczak et al,2011), una dintre primele surse de
nemulțumire a ocupanților cu mediul din clădire este calitatea aerului interior. Se observă în
Figura 6-7 scorul mic pe care l-a obținut satisfacția cu calitatea aerului. Studiile lui Wagner și
Schakib-Ekbatan (2011: 55, 56) indică faptul că satisfacția cu calitatea aerului este puternic
corelată cu satisfacția per ansamblu cu temperatura, și dată fiind puternica corelație satisfacție
termică-satisfacția cu clădirea, înseamnă că ocupanții doresc o calitate mai bună a aerului.
Prin calitatea aerului înțelegem lipsa poluanților din aer interior și exterior clădirii. În
continuare ne vom referi la aerul interior clădirii. Calitatea aerului este legată de ventilare.
Tipul de ventilare și debitul de aer necesar depind de destinația spațiului ventilat (climatizat),
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
110
de procesele ce se desfășoară în acel spațiu, de numărul ocupanților, de degajările de căldură,
umiditate sau noxe (eg. fumul de țigară15).
Figura 6-7 Diagrama satisfacției față de parametrii evaluați în studiul CBE. Ordinea este de la cel mai mare nivel al satisfacției la cel mai scăzut. Extremitățile casuțelor sunt întervalul de încredere de 25% și 75%. Linia verticală indică valoarea mediană. Pentru toți parametrii, valorile minime și maxime sunt -3 și +3. (Frontczak et al., 2011)
Ventilarea prin deplasare (de tip piston) este cea mai bună, efectivă, deoarece după
cum îî spune și numele, aerul introdus impinge întregul volum de aer existent din încăpere.
Indiferent de tipul de ventilare ales, (de tip piston saude tip amestec) există mai multe
criterii de alegere a debitului de ventilare:
- criteriul termic se referă al debitul de aer necesar preluării sarcinii termice și de
umiditate
- criteriul calității aerului interior (criteriul igienic) conduce la un debit de ventilare
necesar pentru a indeplini cerințele de calitate a mediului interior (eliminarea mirosurilor –
corelate cu concentrația de CO2 ce este un indicator al activității umane (ASHRAE 66-2001),
senzația de prospețime. Acest criteriu este specificat și în ASHRAE 66-2001:
”6.2. Indoor Air Quality Procedure: This procedure provides an alternative
performance method to the Ventilation Rate Procedure for achieving acceptable air quality.
The Ventilation Rate Procedure described in 6.1 is deemed to provide acceptable indoor air
15 ETS –Environemntal Tabacco Smoke
Ușurința interacțiunii Nivelul de iluminare Confortul finisajelor
Curățenia clădirii Clădirea per ansamblu
Mentenanța clădirii Cantitatea de spațiu
Confortul vizual Curățenia biroului
Biroul Culorile și texturile
Mobilier ajustabil Intimitatea vizuală
Calitatea aerului Nivelul de zgomot
Temperatura Mediul izolat fonic
Nivelul satisfacției
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
111
quality, ipso facto. Nevertheless, that procedure, through prescription of required ventilation
rates, provides only an indirect solution to the control of indoor contaminants. The Indoor Air
Quality Procedure provides a direct solution by restricting the concentration of all known
contaminants of concern to some specified acceptable levels. It incorporates both quantitative
and subjective evaluation.” ( ASHRAE 66-2001)
Deoarece aerul exterior este introdus în interiorul clădirii pentru ventilarea și
climatizarea acesteia, este important ca acesta sa aibă un conținut cât mai mic în poluanți.
Calitatea aerului este un factor important în cazul Sindromul Clădirilor Bolnave. Calitatea
aerului afectează oamenii atât din punct de vedere fiziologic, cât și din punct de vedere
psihologic:
6.3.6.1 Efectul fiziologic al mirosului
Fiziologic. Durează doar 4 secunde de când inspirăm, până când aerul inspirat ajunge
în sistemul circulator. Creierul are nevoie să fie bine oxigenat pentru a ne simți în formă.
Cantiatea de oxigen dizolvat în sânge (spO2) variază între 89-97%. La o concentrație de 97%
ne simțim energici, iar la o concentrație de 87% ne simțim somnoroși. Așadar o mică variație
în concentrație face o diferență are efecte majore. Pe lângă conținutul de gaze (azot, oxigen
etc), aerul mai conține contaminanți (poluanți), fie sub forma altor gaze, fie sub forma de
particule/ pulberi în suspensie. Nu face obiectul acestei teze studiul poluanților atmosferici.
Concentrația acestor substanțe este cea care poate face diferența între viață și moarte. O listă
cu concentrațiile de interes a principalilor contaminanți ai aerului interior este prezentată în
ASHRAE Standard 62-2001, Tabelul B-2, pag 104 din 187.
Bioxidul de carbon este prezentat separat. Cu toate ca nu este un considerat un
poluant în cazul când provine din activitea metabolică, concentrația de bioxid de carbon este
folosită ca un indicator (înlocuitor) al mirosului produs de ocupanții unei clădiri (bioefluenți
umani). Concentrații mici de CO2 creează starea de somnolență, scăzând productivitatea; la
concentraţii mai mari de 7% apar amețeală, dureri de cap, dificultăți respiratorice și
inconștiența de câteva minute până la o oră. Deoarece în clădirile de birouri munca este de
natură statică pe o perioada lungă de timp, debitul de aer de ventilare trebuie mărit pentru a
reduce concentrația de CO2 și a compensa lipsa mișcării. Sunt necesare pauze scurte de
mișcare și relaxare.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
112
Deorece CO2 este folosit ca un indicator al gradului de ocuparea al unei clădiri și
deoarece productivitatea depinde de concentrația de CO2, ea trebuie folosită ca un parametru
de control a funcționării instalației de climatizare-ventilare. Anexa C din ASHRAE 66-2001
se referă la nivelului de CO2 corelat cu rata de ventilare. Pentru alte surse de CO2 decât
oamenii, controlul la sursă este recomandat.
6.3.6.2 Efectul psihologic al mirosului
Ne amintim de o clădire în care am fost prin mirosul ei, care ne rămâne întipărit în
minte. Din punct de vedere psihologic, mirosul este un stimul subliminal. O stare fizică,
psihologică ”se leagă” de un stimul, anume un miros, iar când acel stimul miros este simțit din
nou, acea amintire, stare este declanșată. Dacă ocupanții unei clădiri lucrează într-un mediu
cu un miros urât (eg. o carpetă veche), acel miros va fi un stimul pentru ei, care nu îi va lăsa
să se concentreze la activitatea productivă, afecând astfel productivitatea muncii. Cât timp
stimulul miros este prezent, angajații și implicit productivitatea au de suferit.
Pe de altă parte, un mediu cu un miros proaspăt, plăcut, stimulează productivitatea.
Takenoya descrie in (Clements Croome,2006:334) cum în clădirea Kajima din Japonia se
folosesc arome pentru stimulare productivității angajaților. Parfumul injectat în instalația de
ventilare diferă în funcție de perioada din zi, de la miros de lemn, la miros de flori și chiar
miros de citrice, cu rol de a stimula concentrarea, productivitate și relaxarea.
6.3.7 Relația între rata de ventilare și absenteism datorat îmboln ăvirii
6.3.7.1 Fundamentul știin țific Relația cantitativă între rata de ventilare și absenteismul pe termen scurt datorat
îmbolnăvirii este prezentată grafic în Figura 6-8. Această relație a rezultat din combinarea
datelor din mai multe studii publicate, a unui model teoretic de transport a infecțiilor
respiratorii și din folosirea studiilor în care absenteismul datorat îmbolnăvirii de scurtă durată
au fost obținute ca rezultate (Fisk et al. 2003, Wargocki et al. 2006:26).
Relația ține cont de efectele ventilației, filtrării și de depunerea / sedimentarea
particulelor asupra concentrațiilor aeropurtate de particule infecțioase, cât și de procesul prin
care facilitarea transmiterii bolilor într-o clădire conduce la mai mulți ocupanți infectați, care
la rândul lor constituie o nouă sursă de particule înfecțioase.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
113
6.3.7.2 Domeniul de aplicare. Deoarece relația prezentată în Figura 6-8 este obținută prin prelucarea mai multor seturi
de date empirice, există o familie de curbe ce corelează numărul de schimburi de aer cu
apariția îmbolnăvirilor. Relaţia are mai multe surse de incertitudine şi este aplicabilă doar în
cazul spaţiilor de birouri de tip deschis (open-plan) sau când aerul este recirculat în clădire.
Un cititor ar putea aprecia grosolan că o dublare a debitului de aer proaspăt conduce la o
scădere cu 10% a numărului de îmbolnăviri.
Figura 6-8 Tendințe prezise între rata de îmbolnăvire și demisii datorate condițiilor de lucru, raportat la rata de ventilare (Fisk et al. 2003, Wargocki et al. 2006:26).
6.3.8 Relația între rata de ventilare si performan ța în lucrul de birou
6.3.8.1 Fundamentul știin țific
Relația dintre numărul de schimburi de aer și performanța în lucrul de birou este
obținută prelucrând date din cinci studii efectuate în clădiri de birouri și două studii de
laborator în care subiecții au simulat lucrul la birou (Seppanen et al, 2006a). Aceste studii au
cuantificat performanța în lucru, măsurând timpul de reacție, performanța muncii simulate
(viteza de tastare, citire, operația de adunare) dar și performanța muncii adevărate într-un call-
center (durata convorbirilor telefonice). Fiecare înregistrare a fost ponderată cu numărul de
subiecți. Diferiților indicatori de performanță le-au fost acordate ponderi în funcție de
importanța respectivului indicator în performanța per ansamblu a lucrului de birou. Datele au
fost normalizate prin calcularea variației performanței raportată la creșterea ratei de ventilare
la 10 L/(s *persoană). Modificarea normalizată a productivității (%) în funcție de rata de
ventilare, cu un interval de încredere între 90% și 95% este prezentată în
Nr. de schimburi de aer, h^-1
Prevalenta îmbolna-virilor relativ la prevalenta fără ventilare
Îmbolnaviri în spitale (Drinka 1996) Imbolnăviri în barăci (Brundage 1986) Modelul de concentratie a particulelor Imbolnaviri in barăci, (Brundage1983) Imbolnăviri in birouri (Milton 2000)
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
114
Figura 6-9 Creșterea perfomanței (∆P% la 10 L/(s*persoană) creștere a ratei de ventilare) . (Seppänen et al. 2006a, Wargocki et al, 2006:27)
6.3.8.2 Domeniul de aplicare
În Figura 6.9 este prezentată relația pe parcursul diverselor etape de prelucrare a
datelor. Forma curbelor prezentate indică faptul că mărirea ratei de ventilare până la
aproximativ 40L/s*persoană) conduce la creșterea performanței în lucru, insă cele mai mari
variații ale performanței sunt până la valoarea de 20L/(s*persoană). Creșterea ratei de
ventilare peste valoarea de 20L/(s*persoană) produce efecte, însă mai mici decât până la
această valoare. Deoarece relația a fost obținută din prelucrarea datelor obținute pentru tipul
de actvitate de birou, relația este aplicabilă pentru acest tip de activitate.
Următoarea ecuație (Seppanen et al., 2005a) poate fi folosită pentru evaluarea
performanței la oricare două rate de ventilare diferite, considerând că rata de ventilație crește
de la valoarea V0 la V1. Raportul între performanța la rata de ventilare V1, (P(V1)) și
performanța la rata de ventilare V0, (P(V0) este:
( )( ) ( )
×= ∫
1
0
^
0
1 1,0expV
V
dvvVP
VP λ Ecuația 6:7
în care ( )v^
λ este variația / schimbarea în performanță la fiecare 10L/(s*persoană) la rata de
ventilație v . Un exemplu de utilizare a acestei relații este prezentat în Figura 6-10 în care
ratele de referință a ventilației (V0) au fost setate la 6,5 respectiv 10 L/(s*persoană).
Raportat în fiecare studiu Neponderat
Ponderat cu nr. cazuri
Ponderat cu nr de cazuri si relevanta rezultatului 90% interval de incredere 95% interval de incredere
Rata de ventilare, L/s*persoana
Variatia performantei pentru fiecare 10L/s*pers, [%]
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
115
Figura 6-10. Efectul creșterii ratei de ventilație asupra performanței relative manifestată la valoarea de referin ță de 6,5 respectiv 10 L/(s*persoană). (Seppanen et al., 2006a, Wargocki et al 2006:28).
6.3.9 Relația între calitatea perceput ă a aerului interior și performan ța în lucru
6.3.9.1 Fundamentul știin țific
Relație de dependență între procentul de nemulțumiți și debitul de ventilare este
exponențială și este prezentată în Figura 6-11; pentru a satisface majoritatea de 80% a
ocupanților este nevoie de o creștere mică a debitului de ventilare (7 L/(s*persoană).
Figura 6-11. Corelația între debitul de aer de ventilare si procentajul celor nemulțumiti. (Ventila ția funcție de percepția calității aerului) (Sursa:REHVA Guidebook no4 ”Ventilation And Smoking”, slide 14/ 32 PPT presentation, Annual meeting 15thOctober 2008)
Rata de ventilare , q [l/s*olf]
Procent nesatisfăcuti [%]
Rata de ventilare , [l/s*persoana] Rata de ventilare , [l/s*persoana]
Performanta
relativa
Performan
ta relativa
Ponderat cu nr. cazuri Ponderat cu nr de cazuri si relevanta rezultatului Neponderat
Ponderat cu nr. cazuri Ponderat cu nr de cazuri si relevanta rezultatului Neponderat
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
116
Relația între calitatea percepută a aerului interior și performanța în cazul activității la
birou a fost obținută prin prelucrarea datelor din trei experimente cu subiecți efectuând un
lucru simulat în laborator (Wargocki et al., 2000b,c). Calitatea aerului a fost modificată prin
varierea debitului de aer proaspăt sau eliminarea sursei de poluare din birou; sursa de poluare
a fost o mochetă veche de 20 de ani.
Relația cantitativă indică o creștere a performanței de 1,1% la fiecare reducere de 10%
a proporției de persoane nemulțumite de calitatea aerului, pe intervalul 25-70% nemulțumiți.
Aceasta corespunde și unei creșteri a performanței de 0,50% pentru fiecare reducere de 1
decipol în intervalul 2-13 decipoli. Conform (Fanger, 1988), decipolul este măsura cantitativă
a calității aerului măsurată pe baza evaluării f ăcute de subiecți umani.(Wargocki et al,
2006:28).
Figura 6-12 Performanța lucrului de birou simulat în funție de proporția persoanelor nemulțumite de calitatea aerului (R2=0,784; P=0,008), (Wargocki et al., 2000b,c)
Bako-Biro (2004) a verificat rezultatele obținute de Wargocki, și a efectuat propriile
experimente folosind alte surse de poluare (ecrane de calculator cu tub CRT, linoleum,
adeziv, rafturi cu cărți și hârtie). Conform Figura 6-13, modificarea cu 10% a proporției de
nemulțumiți de calitatea aerului, are ca rezultat o modificare de 0,8% a performanței.
Diferența între studiile celor doi autori este că în cazul lui Bako-Biro, performanța ține cont
doar de dactilografiat, pe când în cazul lui Wargocki, performanța ține cont de dactilografiat,
adunare și citirea unui text.
Nesatisfăcuti de calitatea aerului %
Performanta %
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
117
6.3.9.2 Domeniul de aplicare.
Birouri: folosind relațiile exprimate în cele două figuri, un cititor poate prezice efectul
pe care îl are asupra performanței, îmbunătățirea calității aerului în birouri.
Figura 6-13 Performanța dactilografiatului în funcție de proporția de nemulțumiți de calitatea aerului. (R2=0,6012) (Bako-Biro, 2004; REHVA Guidebook no6)
Spații publice gen cafenele, restaurantue, baruri etc, locuri în care se fumează. În
aceste spații poluantul principal este fumul de țigară. REHVA Guidebook no4 conține
informații pentru proiectarea de sisteme de ventilare eficiente, pentru a obține calitatea dorită
a aerului.
6.4 Evaluare productivit ății în cl ădirile nereziden țiale din România dpv. al calit ății mediului și al conceptului de cl ădire inteligent ă
În articolul în curs de publicare în Jurnalul Intelligent Buildings International, autorul
tezei a introdus și susținut cu dovezi știinșifice ipoteza conform căreia unul din factorii care
contribuie la productivitatea scăzută a muncii în clădirile nerezidențiale din România este
calitatea necorespunzătoare a clădirilor, care nu oferă angajaților un mediu de stare de bine.
De obicei mediul din aceste clădiri a fost proiectat să fie confortabil, termic și vizual,
însă studiile științifice recente (cele prezentate în capitolele de mai sus ) devedesc faptul că un
mediu confortabil nu este productiv. Doar un mediu în care ocupanții resimt starea de
bine conduce la productivitatea muncii. În articol am propus metode de îmbunătățire a
calității mediului din clădirile existente, din punct de vedere al principiilor promovate de
conceptul de clădire inteligentă.
Calitatea perceputa a aerului, % nesatisfăcuti
Materiale de construcție
Ecran calculator
Carpetă de slaba calitate
Performanta relativa
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
118
Deseori guvernatorul Băncii Naționale a României, Mugur Isărescu, prezintă statistici
în conferințele de presă, conform cărora productivitatea muncii în România este redusă, fără
să dea nici un motiv pentru aceasta. Este adevărat faptul că productivitatea muncii la nivel de
economie este diferită în funcție de ramură, iar guvernatorul a prezentat o situație statistică
globală, însă generalizând la nivelul economiei ceea ce se întâmplă la nivel individual, se
obțin statisticile prezentate de guvernator.
Conform glosarului BNR, productivitatea muncii poate fi definită ca un index egal cu
raportul între ieșiri pe intrări, producție reală împărțită la consumul de muncă, toate acestea
fiind greu de cuantificat. De exemplu ”producția” poate fi Produsul Intern Brut, valoarea
producției industriale etc, iar ”consumul de muncă” poate fi numărul de angajați, ore lucrate.
Autorul consideră că deoarece angajații români pot lucra în clădiri sau țări diferite, cu
rezultate diferite, singura diferență este mediul în care lucrează. Productivitatea muncii și
starea de bine depind de factori sociali, caracteristici personale, organizație și mediu ambinat
(Clements-Croome, 2002). În timp ce primii trei factori pot fi modificați ușor, modificarea
condițiilor de mediu ambiant de către angajați este imposibilă dacă clădirea nu oferă
posibilitatea. Autorul își bazează demonstrația ipotezei pe experiența proprie inginerească
asupra mediului construit din România, a conceptului de confort care influențează construcția
sa, a sondajelor statistice realizate de autor printre specialiști în domeniul construcțiilor, pe
statisticile de la Institutul Național de Statistică și pe rezultatele științifice cu privire la
influența factorilor de mediu asupra productivității și stării de bine.
Articolul publicat este atașat tezei în Anexe.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
119
Capitolul 7 Senzori și traductoare de parametrii fiziologici ai ocupan ților și pentru factori de mediu
Cei mai buni și inteligenți senzori sunt oamenii.
Rolul folosirii acestor senzori și traductoare este de a realiza o buclă de feedback între
ocupant și clădire. Autorul este de părere că sistemele unei clădiri inteligentă trebuie să fie
controlate în mod adaptiv în funcție de starea/ stările ocupanților, și bineînțeles în funcție de
mediul natural.
7.1 Stadiul actual al realiz ărilor în domeniul dispozitivelor medicale electronice flexibile Progresul tehnologic al microelectronicii și nanotehnologiilor a permis creeare de
circuite electronice flexibile. Monitorizarea semnelor fiziologice ale oamenilor, a stării lor de
sănătate poate fi făcută de acum în mod continuu, nu doar când omul se îmbolnăvește și
ajunge la doctor.
În opinia autorului, în viitor clădirile inteligente vor avea grijă și de sănătatea
ocupanților, pe lângă faptul că trebuie să asigure un mediu sănătos. Clădirile inteligente vor fi
dotate cu receptoare de unde radio care să recepționeze datele de la dispozitive medicale
portabile. În funcție de parametrii fiziologici măsurați clădirile inteligente vor putrea regla
parametrii de mediu, astfel încât să satisfacă pe deplin ocupanții și să îi țină sănătoși.
Figura 7-1 Dispozitiv medical electronic flexibil, cu proprietăți fizice similare pielii. Poate monitoriza temperatura pielii, undele ECG și EMG. (Electrocardiograma și Electromiograma) (Kim et al, 2011).
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
120
În Figura 7-1 este prezentat un dispozitiv medical flexibil, de dimensiunea unui
timbru, care poate măsura temperatura corpului printr-un filament de platină ( similar
termorezistenței), undele ECG (electrocardiograma=activitatea electrică a inimii), undele
EMG (electromiograma=activitatea electrică a mușchilor) și tensiunea mecanică din piele.
Dispozitivul este dotat cu LED-uri indicatoare, bobină radio-frecvență pentru a genera
energiea electrică necesară funcționării din undele radio din aer și antenă pentru transmiterea
informației către un cititor receptor. Nu se specifică distanța la care poate fi recepționat
semnalul. Autorul tezei l-a contactat pe șeful laboratorului unde a fost produs dispozitivul și
întrebat cu privire la disponibilitatea pe piață a dispozitivului. La nivelul lunii august 2011,
răspunsul a fost că momentan dispozitivul este produs cu dificultate doar pentru studii de
laborator, urmând ca pe la sfărșitul anului 2012 să se încerce producția sa largă.
În Figura 7-2 este prezentată o lentilă de contact pentru măsurarea presiunii oculare,
folosită în terapia glaucomului. Lentila conține un inel subțire de platină care se întinde și își
modifică rezistența electrică pe măsură ce globul ocular se umflă, datorită presiunii oculare.
Pe marginea lentilei este o antenă din aur, care transmite semnalul la un dispozitiv de
înregistrare portabil.
Figura 7-2 Lentilă de contact care măsoară tensiunea oculară, folosită în terapia glaucomului. (IEEE Spectrum 2010)
Figura 7-3 Banda ”Armband” pentru umăr, inregistrează temperatura pielii, rezistivitatea pielii și accelerațiile.
În Figura 7-3 este prezentat un dispozitiv ce măsoră temperatura și rezistivitatea pielii
precum și accelerația corpului. Prin prelucrarea temperaturii și a rezistivității pielii (scade pe
măsură ce transpirăm, indicator al eforului fizic), este calculată o valoare a fluxului de căldură
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
121
emis. În opinia autorului, această mărime este discutabilă, deoarece depinde de variabile care
nu pot fi luate în calcul de aparat, precum: tipul îmbrăcăminții, umiditatea ei, viteza curenților
de aer, postura corpului, temperatura medie de radiație. Standardul de confort termic de
asemenea necesită calcularea temperaturii pe suprafața hainelor, însă o face printr-o metodă
iterativă, ruptă de realitate și afectată de aceleași erori ca și în cazul acestui aparat.
Autorul propune corelarea temperaturii pielii sau pe suprafața hainelor cu senzația termică
PMV, ambele metode de mai sus fiind în opinia sa, inutile și rupte de realitate.
Avantajele folosirii aparatelro mai sus prezentate și controlul clădirilor în funcție de
răspunsul fiziologic al ocupanților sunt următoarele:
-îmbunătățirea stării de sănătate a populației
-implementarea medicinei preventive
-creșterea satisfacției ocupanților cu mediul,
-reducerea numărului de concedii medicale și a demisiilor
-reducerea numărului de îmbolnăviri care se tratează în sistemul de sănatate
- degrevarea sistemului de sănătate de o parte din numărul de pacienți
Dezavantajul acestor aparate este că nu transmit datele în timp real, fie nu pot face
transmisia în timp real, fie au nevoie de energie din exterior pentru a face transmisia, fie nu
există un aparat care să recepționeze datele și care să fie instalat convenabil, fie sunt prea mari
pentru a fi purtate și a se uita de ele. În cazul bandei Armband datele sunt memorate și sunt
accesibile doar după ce sunt descărcate.
Pentru un sistem de control al clădirii în timp real este nevoie de date disponibile în
timp real, de aceea nu voi folosi nici unul din aceste dispozitive momentan, ci voi realiza
propriul meu dispozitiv, simplu, și cu transmisie a datelor imediată.
7.2 Controlul cl ădirilor inteligente pe baza undelor celebrale ale ocupan ților
Când pronunțăm cuvântul inteligent ne gândim la inteligența umană. Tocmai de aceea
autorul are ideea de a controla o clădire cu adevărat inteligentă pe baza undelor celebrale ale
ocupanților. În lume există deja unele realizări tehnice apropriate de cea propusă de autor.
Kevin Warwick a reușit să controleze un roboțel folosind neuroni din creier de
șoarece, crescuți artificial peste o rețea de electrozi (Warwick, 2012).
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
122
Semnalele creierului sunt folosite pentru convertite în semnale de control pentru
dispozitive protetice. Astfel s-a reușit antrenarea șobolanilor și maimuțelor pentru a manevra
brațe robotice. (Guizzo, 2010:10).
Autorul a investigat posibilitatea de a măsura undele celebrale ale ocupanților și pe
baza lor să controleze instalațiile din clădire. Ideea se bazează pe ipoteza că starea de bine,
satisfacția ocupanților produce un anume tipar de unde celebrale, care pot fi recunoscute de
inteligența artificială, în speță rețelele neuronale artificiale.
Discutând această idee revoluționară cu un lector de la School of Psychology,
Universitatea din Reading, și cu un doctor neurolog din cadrul Centrului Medical de
Tratament Ambulatoriu al Armatei ”Acad. Stefan Milcu”, autorul tezei a obținut răspunsurile
următoare.
Conform discutii (reprodusă mai jos) cu Philip Beaman, judecata umană este bună la
judecati relative, dar nu și la judecăți absolute. Așsadar, ponderile satisfacției cu factorii de
mediu sunt relative la contextul in care se află o persoană. În cuvintele sale:
„ Cristian,
What sort of ANNs are you planning to use? The reason I ask is that obtaining weights for the comfort factors for the human body is not an easy task as these will most likely be situation-specific (human judgment is bad at absolutes but good at relatives, so -- for example -- a change in lighting levels would probably raise the weight given to that factor for one individual compared to another who is experiencing an identical environment but without the recent change in lighting). This is in part because of adaptive nature of the human experiencing the environment (from a human perspective, there is no point allocating only 50% satisfaction weighting to temperature if you are on the verge of freezing to death, to use an extreme example. If on the other hand the temperature is within a range humans are known to find comfortable (say, 18-25 degrees or something) then you might be more interested in whether you can see or not -- but that again will depend upon what you are using your vision for (e.g. fine-detail working vs general locomotion)).
Your best bet might be to try and get the ANN to learn appropriate weights by backpropagating error feedback from human users (assuming you're using a multi-layer ANN with a back-propagation learning algorithm) within a given range of temperature, luminance and air-quality -- but this would be extremely time and resource-intensive, I'm afraid, and I'm not sure it would ultimately be practical.
Dr Philip Beaman (Senior lecturer in Cognitive Psychology at School of Psychology & Clinical Language Sciences, The University of Reading) „
Conform discuției cu doctorul neurolog, singura modalitate de a măsura vreun aspect
fiziologic al satisfacției cu mediul este măsurarea unui hormon din lichidul cefalo-rahidian,
lichidul dintre craniu și creier. Această metodă este practic imposibilă.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
123
Pentru moment, autorul nu are suficient de multe cunoștințe de neurologie și fiziologie
pentru a realiza un sistem neinvaziv de comunicare creier ocupanți-calculator. Aceasta este o
temă de cercetare ulterioară.
Dispozitivul de măsură a parametrilor fiziologici ai ocupantului (temperatura, in acest
caz) este de natura pervasivă, neintruzivă, putând fi montat ori într-un obiect cu care
ocupantul vine în contact (de exemplu în mouse-ul calculatorului, sau în scaunul de birou), ori
direct pe ocupant, prin intermediul unui plasture. Scopul este de a măsura direct temperatura
ocupanților pentru a calcula nivelul de confort termic sau starea de bine.
Conform standardului SR EN ISO 7730:2006, nivelul de confort depinde de schimbul
de căldură între corp și mediu, și pentru calculul indicelui PMV este necesar calculul prin
metode iterative a temperaturii pe suprafața hainelor ocupanților. Procedura este complicată,
depinde de parametrii ale căror valori nu pot fi determinate corect și rapid, pentru a o face o
metodă utilizabilă în practică.
Autorul propune o metodă de măsurare directă printr-un senzor, a temperaturii pe
suprafața hainelor (sau chiar a temperaturii pe suprafața pielii), cu următoarele avantaje:
- măsurarea directă este singura metodă de obținere a valorii reale a temperaturii, nici
un calcul pe un model matematic ca cel din standardul SR EN ISO 7730:2006 nu poate ține
cont de factorii reali de influneță și de intensitate lor.
-metoda este simplă și precisă, datorită preciziei termorezistenței.
-măsurarea temperaturii membrelor superioare sau inferioare este cel mai bun
indicator al disconfortului termic.
Conform cercetărilor profesorului japonez Schakuya, prezentate în cadrul workshop-
ului de la Karlsruher Institut fur Technologie (2012), la care a participa și autorul tezei, starea
de disconfort termic este dată de diferența de temperatură între membrele superioare/
inferioare și corp. Datorită poziției lor pe corp și vascularizării, extremitățile membrelor se
răcesc/ încălzesc primele, comparativ cu restul corpului. Ca urmare, măsurarea diferenței de
temperatură între corp și temperatura la nivelul palmei sau la nivelul labei piciorului este cea
mai bună metodă de detectare a disconfortului termic.
Autorul propune folosirea următorilor senzori de temperatură pentru a măsura
temperatura pe corpul ocupanților:
- senzor de temperatură de tip termorezistență sau termistor, încorporat în obiecte cu
care oamenii interacționează și folosesc cu mâna mult timp, de ex: mouse-ul calculatorului,
telefonul mobil. În cazul încorporării senzorului de temperatură în mobilier, de exemplu
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
124
scaun, poate fi măsurată temperatura corpului, cu corecția potrivită. Această metodă este
neinvazivă, ocupanții nici nu simt ca sunt monitorizați.
- senzor de temperatură de tip termorezistență sau termistor, aplicat pe suprafața unui
plasture, pentru a măsura temperatura pe corp. Aceasta metodă simplă și rapidă este aleasă de
autor pentru modelul experimental.
- senzori de temperatură în IR, de tipul celor folosiți în termometrele cu raze LASER
pentru măsurarea temperaturii suprafețelor la distanță. Acești senzori pot fi încorporați în
mobilierul de birou în detectoare inteligente și pot măsura temperatura membrelor inferioare a
ocupanților, chiar și cu încălțăminte, deoarece câmpul lor de detecție este larg și nu necesită
orientare precisă. Simpla lor amplasare sub birou și orientare spre zona picioarelor este
suficientă. Prin corelarea temperaturii exterioare cu temperatura măsurată a membrelor
ocupanților, și folosind inteligența artificială se poate anula efectul rezistenței termice a
încălțăminții și afla temperatura pe piele.
Dispozitivul folosit în teză constă într-o termorezistență Pt1000 montată pe un suport
de tip plasture și montajul adaptor (puntea Wheatstone). Temperatura corpului sau a hainelor
ocupantului este citită de microcontrolerul AVR și corelată cu celelalte informații, cu scopul
controlului instalațiilor din clădire pentru a realiza starea de bine a ocupanților.
Figura 7-4 Dimensiuni comparative între termorezistență și termistor. Datorit ă dimensiunii și liniarit ății caracteristicii statice, senzorul ales pentru măsurarea temperaturii pe suprafața pielii sau a temperaturii pe suprafața hainelor este termorezistența.
Caracteristicile de măsură ale termorezistenței Pt1000 folosite în cadrul tezei sunt
conforme cu standardul ISO 7726:2001 ”Ergonomia ambianțelor termice- Instrumente pentru
măsurarea mărimilor fizice”.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
125
Tabelul 2 din EN ISO 7726:2001 menționează următoarele erori acceptabile de
măsură, pentru ”Clasa (C) comfort”:
- temperatura aerului: precizia cerută : +/-0,5°C
precizia dorită: +/-0,2°C
- temperatura suprafețelor: precizia cerută : +/-1°C
precizia dorită: +/-0,5°C
Termorezistența folosită este de tip Pt1000 (R0=1000 Ω la 0°C), conformă cu
standardul EN 60751, clasa B, eroarea produsă este de +/-0,1% la 0°C.
Am folosit termorezistență Pt1000, deoarece dependența temperatură-rezistență
electrică (caracteristica statică) este liniară cu foarte bună aproximație pe intevalul de
temperaturi de interes în studiul confortului termic (0-50°C).
R=Ro(1+α∆T)
Rezoluția termică a termorezistenței este de 3,85 Ω / °C, (coeficientul termic
α=0,00385[Ω/(Ω*°C)] iar aparatul de măsură citește la rezoluție de 1 Ω, ca urmare acuratețea
citirii temperaturii este de:
1/3,85≈0,259 °C,
Concluzia este că se încadrează în limitele cerute de standardul EN ISO 7726:2001.
Figura 7-5 Plasturele cu senzor pentru măsurarea temperaturii pe suprafața hainelor ”tcl”. Valoarea temperaturii ”tcl” este calculată iterativ în SR EN ISO 7730:2006. Autorul tezei propune măsurarea ei directă, ce aduce beneficiile prezentate în lucrare.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
126
Capitolul 8 Tehnici de modelare pentru cl ădirile inteligente
Pentru a modela procese simple fizice ce au loc în instalații sau clădiri se construiește un
model matematic, ce va fi apoi validat. Pentru procese ce presupun interacțiunea mai multor
factori, între care nu se cunosc relațiile de dependență, se folosesc metode statistice de
modelare. Conform Schakle (1969) și Negoiță (1979): ”modelele probabilistice implică
cunoașterea tuturor evenimentelor viitoare cu presupunerea că unul dintre acestea se va
întâmpla neapărat. În realitate evenimentele viitoare nu sunt cunoscute și tocmai de aceea
limbajul teoriilor mulțimilor fuzzy, care exclude aditivitatea, se impune ca un instrument bun
de modelare.” Se observă o tendință spre realism în modelarea procesului de decizie. Acesta
este recunoscut ca un proces epistemologic16 (Negoiță, 1979), o noțiune folosită și în
semiotică17, aplicată în arhitectura epistemică-deontică-axiologică a sistemului cu agenți
MASBO pentru controlul clădirilor (Qiao, Liu, Guy, 2006).
Deoarece clădirile sunt construite pentru ocupanți, iar ocupanții influențează modul de
funcționare al clădirii, datorită variabilității lor comportamentale, modelarea
comportamentului ocupanților este o temă de interes. Modelele matematice pentru procese
fizice, aplicate în clădirile clasice, nu pot modela comportamentul uman. Există și modele
matematice care țin cont de modul cum funcționează raționamentul uman, și utilizează
incertitudinea și flexibilitatea în procesul de decizie. Modelele ce folosesc logica fuzzy,
rețelele neuronale și sisteme expert oferă posibilități mult mai bune de a modela
comportamentul uman, deoarece sunt tehnici ale inteligenței artificiale, știință care la
începuturile sale încerca să replicheze procesul inteligenței umane.
O altă clasificare împarte modelele în fizice și empirice:
Modelele fizice sunt bazate în întregime pe fenomene, legi, ecuații fizice cunoscute.
Modelele empirice sunt bazate pe rezultatele experiementelor.
Modelel pur fizice sau cele pur empirice au dezavantaje, de aceea se folosește o
combinație între cele două, pentru a le compensa dezavantajele. Într-un model combinat,
cunoașterea fizică reduce dimensiunile modelului, astfel încât este menținută validitatea
metodelor statistice (Lu, Clements-Croome și Viljanen, 2009:23).
16 EPISTEMOLOGÍE s. f. 1. Parte a gnoseologiei care studiază procesul cunoașterii (umane) așa cum se desfășoară în cadrul științelor; teorie a cunoașterii științifice. (DEX 1998). Teoria cunoașterii. 17 Semiotica este știința studiului semnelor și al sistemelor de semne. Ramură a logicii simbolice (matematice) care se ocupă cu studiul general al semnelor.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
127
8.1 Modelarea statistic ă
În cadrul tezei sunt interesat să aflu care dintre variabilele din baza de date sunt
corelate. Având în vedere că baza de date este cu răspunsuri privind satisfacția ocupanților cu
clădirea, și deoarece satisfacția ocupanților per ansamblu cu clădirea indică de fapt starea de
bine, identificarea corelațiilor între variabilelor individuale cu satisfacția per ansamblu cu
clădirea, este baza definirii unui indice de stare de bine. Indicele pe care îl propune autorul
este o contribuție originală și este mai mult decât orice alt indice de confort conceput până în
prezent.
Folosind programul profesionist de prelucrare statistică IBM SPSS, pe perioada
stagiului doctoral la Universitatea din Reading, autorul a prelucrat baza de date în două etape:
- Metoda Analizei Componentelor Principale
- Metoda Regresiei Liniare Multiplă.
8.2 Noțiuni de statistic ă folosite pentru prelucrarea bazelor de date
Determinarea corelațiilor înseamnă suprapunerea unui model matematic peste valorile
experimentale. Corelația este o măsură a asocierii liniare. Modelul matematic este liniar.
Aproximarea datelor experimentale cu ecuația unui model matematic se numește regresie
matematică. În cazul regresiei matematice liniare simple, modelul are ecuația:
ε+∗+= xBBy 10 Ecuația 8:1
în care coeficienții de regresie liniară sunt: B0 reprezintă de fapt intersecția cu axele de coordonate. (în engleză: intercept) B1 reprezintă panta dreptei ε reprezintă eroarea cu care modelul statistic aproximează punctele experimentale.
Pe lângă valorile lui coeficienților ”B”, epsilon, programul statistic calculează diverși
indicatori care arată gradul de încredere în valorile afișate. Dintre aceștia menționez următorii:
(1) Valoarea p (Significantul) (în engleză ”p-value (Sig)”). În cazul regresiei liniare
simple, valoarea p-Sig arată dacă coeficienții de regresie sunt diferiti de zero. Această valoare
calculată de un test indică faptul dacă putem respinge sau nu respinge ”ipoteza nulă” conform
căreia coeficienții de regresie liniară sunt nuli. Daca nivelul de semnficanță este mic
(Sig<0,05), parametrul respectiv este util pentru model.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
128
p-value(Sig) ≤0,001 Rezultatul testului este foarte semnificat, ipoteza nulă trebuie
respinsă, coeficienții sunt diferiți de zero.
p-value(Sig) <0,005 Testul este semnificativ la nivel de 5% și sunt dovezi să
respingem ipoteza nulă.
p-value(Sig) =(0,1; 0,05) Există dovezi slabe în favoarea celeilalte ipoteze, conform
căreia coeficienții nu sunt nuli.
p-value(Sig) >0,1 Nu există dovezi să respingem ipoteza nulă.
(2) Termenul β este dovada existenței asocierii între valorile testate.
(3) Coeficientul Spearman rho de corelație se folosește pentru date de tip gradual
(0,1,2,3,4,..), cum sunt cele din baza de date: 0=foarte nesatisfăcut......5 =foarte satisfăcut.
Corelația poate fi negativă sau pozitivă, coeficienții de corelație au valori în intervalul -1:1.
Corelația pozitivă are unghiul tangentei între 0 și 90°. -de la 0...0,6 / -0,6....0 este o corelație slabă, de obicei înseamnă că nu există nici
o corelație între variabilele testate. -de la 0,6 ... 0,8 / -0,6 .....-0,8 există o relație moderată de corelare -de la 0,8 ....1 / -0,8.......-1 există o corelație puternică între cele două variabile.
8.3 Punct de vedere matematic asupra dependin ței satisfac ției par țiale cu satisfac ția per ansamblu
Se cunoaște faptul că dacă o mărime de ieșire depinde doar de o singură mărime de
intrare, relația de dependență este de ordinul întâi.
y=f(x) este o relație de ordinul 1.
Dacă mărimea de ieșire depinde de ”n” mărimi de intrare, relația de dependență este
de ordinul ”n” sau ”n-k”, după cum urmează.
y=f(x1, x2, x3......xn)
În cazul în care cele ”n” variabile sunt independente una de cealaltă, relația de
dependență este de ordinul ”n”. Dacă cele ”n” mărimi de intrare nu sunt independente, și
există o relație de legătură între ele, atunci relația de dependență este de ordinul ”n-k”, în care
”k” este numărul de relații de interdependență între variabile. Acesta este și principiul analizei
dimensionale. Definiția complexelor adimensionale din analiza dimensională este :
O relație fizică (scrisă cu respectarea teoremelor I si II a analizei dimensionale)
cuprinzând n+1 mărimi, poate fi (re)scrisă ca o relație între n+1-k complexe adimensionale,
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
129
dacă se renunță la sistemul inițial de unități de măsură si se adoptă un sistem propriu
fenomenului studiat, format din mărimile x1, x2, …, xk
Ce legătură are analiza dimensională și Teorema Pi cu satisfacția oamenilor? O idee de
cercetare viitoare este de a încerca creerea de complexe adimensionale între factorii de care
depinde starea de bine, folosind Teorema Pi, pentru a putea obține un model al unui indice de
satisfacție (confort) global, folosind Teorema Pi, și nu metode statistice.
Starea de bine depinde de mai mulți factori decât satisfacția din punct de vedere termic.
Presupunând că pe lângă confortul termic, sunt îndeplinite condițiile pentru ca un ocupant să
se simtă același nivel de satisfacție și din punct de vedere al confortului sonor, olfactiv,
luminos. Ne propunem să răspundem la întrebarea: este perceput un mediul ca satisfăcător
per ansamblu, în cazul în care suntem satisfăcuți în parte de anumite aspecte?
Aplicăm teoria probabilităților. Probabilitățile multiple se înmulțesc. (Efectele
suprapuse se înmulțesc). Conform (Humphreys, 2005: 319), dacă reacțiile oamenilor la cele
cinci aspecte ale mediului ar fi independente de celelalte și aspectele însăși ar fi independente
între ele, procentajul estimat de persoane satisfăcute cu toate cele cinci aspecte ale mediului ar
fi de 80% ridicat la puterea a 5-a, respectiv 33%. Valoarea de 80% provine din standardul
ASHRAE55-2004 care declară un mediu confortabil dacă majoritatea de 80% dintre ocupanți
acceptă condițiile de mediu.
33%0,330,32760,8(80%) 55 =≈== Ecuația 8:2
Astfel, 67% din ocupanți ar fi nemulțumți de calitatea mediul interior. Acest rezultat ne
îndreptățește să considerăm că, calculul satisfacției folosind metode statistice este o
presupunerea făcută este greșită. Din punct de vedere strict matematic, satisfacția per
ansamblu nu depinde de satisfacția produsă individual de fiecare aspect al mediului.
8.4 Definirea unui Indice de confort global Teoria confortului din standardele SR EN ISO 7730:2006 și ASHRAE55 definește
PMV și PPD ca indicatori doar pentru confortului termic. Deoarece nu doar confortul termic
este important, autorul va definii un indice de stare de bine. Întâi sunt prezentate realizările
din domeniu, apoi autorul aplică metode statistice în programul SPSS pe o altă bază de date
pentru a calcula un nou indice de stare de bine.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
130
8.4.1 Ponderile relative ale celor șase aspecte de mediu ce contribuie la confortul per ansablu
Nevoia de a acorda ponderi diferitelor aspecte este bazată pe faptul ca nu toți
parametrii de mediu au o contribuție egală la starea de bine. Această presupunere a fost testată
folosind analiza regresivă multiplă, deoarece folosind media artimetică ar rezulta ponderi
egale pentru fiecare parametru. Pentru a prezice evaluarea confortului, au fost folosite valorile
individuale ale celor șase aspecte, și nu valorile medii.
Humphreys (2005:322) a prelucrat datele din proiectul SCAT și au rezultat coeficienții
de regresie (ponderile) prezentate în Tabel 8-1.
Tabel 8-1 Coeficienții de regresie pentru prezicerea confortului per ansamblu bazat pe 6 aspecte. (Humphreys,2005)
Coeficienții SE t p (Constanta) 1,24 0.062 20,0 <0,001 Căldura 0,39 0,023 17,0 <0,001 Mi șcarea aerului 0,16 0,024 6,6 <0,001 Umiditate 0,12 0,024 4,8 <0,001 Lumin ă 0,05 0,023 2,3 0,020 Zgomotul 0,13 0,019 6,6 <0,001 Calitatea aerului 0,36 0,021 17,2 <0,001
Notă: Variabila dependentă: confortul per ansamblu. R2=0,26, n=4655
Conform rezultatelor din tabelul de mai sus, căldura și calitatea aerului sunt parametrii
care produc cea mai multă satisfacție angajaților din spațiile de birouri din Europa; calitatea
aerului este reclamată cel mai des, iar îmbunătățirea calității aerului ar contribui la
îmbinătățirea stării de bine. Studiul de la Berkeley a evaluat și el aspectele evaluate în
proiectul SCAT, însă rezultatele sale (Figura 6-7 ) indică faptul că aspectele cu ponderea cea
mai mare sunt ușurința interacțiunii și cantitatea de lumină; temperatura și calitatea aerului
sunt printre aspectele care produc cea mai mica satisfacție.
Valorile din Tabel 8-1 obținute de Humphreys (2005: 323) sunt obținute prin
prelucrarea statistică a datelor obținute în 5 țări europene, astfel că aceste valori nu sunt
specifice unei țări. Populațiile din țări diferite au diferite preferințe pentru confort, bazate pe
cultură, specificul climatic al țării etc. Folosirea acestor valori medii pentru 5 țări europene
pentru evaluarea clădirilor (pe baza carora au fost obținuți) din orice țară, va conduce la
rezultate eronate. Motivul este că ocupanții clădirii au evaluat acea clădire cu ponderi în
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
131
funcție de specificul cultural al țării respective, și nu în funcție de media satelor participante la
studiu.
8.4.2 Expresia indicelui de confort global
Un indice de confort global trebuie să țină cont de ponderea fiecarui parametru
(aspect) ce influențează confortul și de parametrul respectiv. Ca urmare, indicele global este
exprimat ca o sumă de produse între ponderi și parametrul/ aspectul evaluat. Ponderile
(coeficienții de regresie) sunt în Tabel 8-1.
Dificultatea majoră în definirea unui astfel de index constă în definirea de ponderi
relativ stabile pentru aspecte diferite ale mediului. Aceste ponderi depind de preferințele
fiecărei persoane, deci de factorul personal, dar și în funcție de activitatea prestată. Mai mult
decât atât, populațiile diferitelor țări vor aprecia diferit un anumit mediu, chiar și numai
datorită diferențelor de climă dintre țări. Eu consider că preferințele personale sunt variabile
în timp, în funcție de anotimp, starea fiziologică și starea psihologică.
În opinia autorului, fiecare persoană stabilește ponderea pe care o are fiecare aspect al
mediului ambiant în satisfacția pe care o obține într-un mediu. Astfel, ponderile sunt calculate
de către creier. Funcționarea organismului uman produce tensiuni electrice, de valoare mică,
dar măsurabile. Starea în care se află funcționarea creierului este caracterizată de undele
produse: unde alfa, unde beta, unde teta, unde delta. Fiecare tip corespunde unui tip de
activitate. Cea mai bună metodă de stabilire a ponderilor ar fi măsurarea răspunsului
fiziologic al organismului la acțiunea unui stimul, e.g: aspect al mediului ce trebuie evaluat.
Aceasta s-ar putea face fie prin măsurarea (tiparului) undelor celebrale, fie prin măsurarea
unui alt răspuns al organismului, deoarece mintea și corpul sunt legate.
În absența unei metode de a măsura direct răspunsul corpului ocupanților la acțiunea
factorilor de mediu, s-a folosit chestionarea ocupanților. Aceasta este o metodă indirectă de
măsurare, și este afectată de:
-imprecizie. Persoanele intervievate nu pot exprima exact ceea ce simt (ponderea
acordată), fiindcă încearcă să transpună în numere sau cuvinte un sentiment, o senzație. În
acest caz s-ar putea folosi logica fuzzy pentru captarea răspunsului ocupanților.
-echidistanța scării de măsură a satisfacției. Scările de măsură care folosesc răspunsuri
prin cuvinte nu sunt echidistante precum scările ce folosesc numere (e.g. scara likert : -3, -2, -
1, 0, 1, 2, 3).
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
132
Valorile ponderilor din chestionare vor fi apoi obținute prin prelucrare statistică.
Folosind prelucrarea statistică a chestionarelor din proiectul SCAT, Humphreys (2005:323) a
obținut 8.4.1) ponderile pentru 6 aspecte de mediu, prezentate în Tabel 8-1.
Conform (Humphreys, 2005:323), indicele de confort global folosește coeficienții
dinTabel 8-1 și are expresia:
Ecuația 8:3 în care St este codul de satisfacție pentru temperatură, Sma este pentru mișcarea aerului, Su este
pentru umiditate, Si este pentru iluminat, Sz este pentru zgomot iar Sca este pentru calitatea
aerului. Codul de satisfacție este un număr 0,1,2 care a fost atribuit (Humphreys,
2005:320), scalei de preferință în cinci trepte. Această scală a fost redusă la trei niveluri
aproximative de satisfacție. Nesatisfacția totală ( e.g.”prefer....mult mai rece”) este codată ”0”,
nesatisfacția/ satisfacția marginală (e.g. ”aș prefera....puțin mai cald/ rece”) este codată ”1”,
iar satisfacția (e.g. ”prefer să nu se schimbe”) este codată ”2”.
8.5 Prelucrarea statistic ă în programul SPSS a bazei de date pentru a ob ține un indice de stare de bine
Comparativ cu indicele global de confort calculat de Humphreys, autorul calculează un
indice de stare de bine. Humphreys a folosit baza de date din programul european SCAT, eu
voi folosi baza de date KIT, începută de Elke Gossauer și continuată de Karin Schakib-
Ekbatan. Baza de date contine 4375 de seturi de date, răspunsuri ale ocupanților din 50 de
clădiri din Germania, analizate pe parcursul a 8 ani. Am folosit această bază de date deoarece
pe parcursul doctoratului de 3 ani de zile mi-ar fi fost imposibil să realizez baza de date și să
realizez și teza de doctorat.
Pentru a obține expresia modelului matematic a indicelui stării de bine, prima dată a
fost nevoie de utilizarea unei metode de reducere a datelor, (metoda Principle Component
Analysis), apoi pe setul de variabile redus ca număr din cele 10 componente selectate a fost
aplicată regresia multiplă liniară.
I=1,24+0,39*St+0,16*Sma+0,12*Su+0,05*Si+0,13*Sz+0,36*Sca
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
133
8.5.1 Metoda analizei componentelor principale
(Principal Components Analysis- PCA) este folosită deoarece baza de date are 250 de
variabile cu 4300 de seturi de date, care sunt imposibil de explorat dpv. al corelațiilor între
două variabile, datorită numărului mare de combinații de investigat (133.837.500 de
combinații de analizat rând pe rând este ceva imposibil).
500.837.13343002
2502494300
!248!2
!2504300250
2 =××=××
=×C
Ecuația 8:4 Denumirea generală pentru metodele statistice de reducere a numărului de variabile
analizate este ANALIZĂ FACTORIALĂ, iar în cadrul tezei, autorul folosește o subtehnică a
sa, denumită ANALIZA COMPONENTELOR PRINCIPALE (Principal Components
Analysis).
Analiza componentelor principale (A.C.P.)este o metodă ce conduce la descoperirea
unui număr mai mic de variabile între care există combinații liniare ale variabilelor inițiale, iar
aceste combinații explică o mare parte din variabilitatea modelului de corelații. Metoda
A.C.P. este doar o metodă de reducere a cantității de date de analizat. Pe lângă indicarea
varibilelor strâns corelate, unul din rezultatele ”Analizei Componentelor Principale” este
indicele statistic R2 (R Square); de exemplu o valoarea a indicelui R2=75% înseamnă că 75%
din totalul corelațiilor existente între variabilele (~250) din baza de date se datorează celor
câteva (~113 variabile ) identificate de metoda componentelor principale.
După aplicarea metodei de reducere a numărului de variabile au rezultat 25 de
componente principale (seturi de variabile) care cumulat explică 75% din varianța datelor din
toată baza de date. Din cele 25 de componente principale au fost selectate prime 10
componente care cumulativ explică 56% din varianța datelor. Cele 10 componente principale
extrase din baza de date, conțin acum doar 113 variabile, care pot fi explorate mai ușor dpv. al
corelațiilor. Corelația este o măsură a asocierii între două variabile.
Algoritmul Principle Components Analysis încearcă să exprime variația unei mărimi
în funcție de variația altor date (mărimi) din baza de date. În programul IBM SPSS algoritmul
poate fi executat urmând calea:
Analyze--> Dimension Reduction----> Factor--->Principle Components Analysis
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
134
Figura 8-1 Grafic cu numarul de componente principale și valoarea procentului cât explică din varianța tuturor datelor din baza de date. Se aleg numai componentele înaintea cotului.
În anexa este prezentat tabelul cu toate componentele extrase. Se observă în tabel că
primele 25 de componente sunt de inters deoarece au valori proprii (eigenvalue) mai mari ca
1, și explică cumulativ 76% din varianța tuturor datelor din baza de date. Din cele 25 de
componente principale au fost extrase doar primele 10 componente care explică cumulativ
56% din varianța datelor din baza de date.
Se observă că variabilele care formează cele 10 componente sunt puternic asociate de
anumite aspecte ce produc satisfacție ocupanților. Componenta cu cel mai mare procent de
explicare a varianței totale a datelor nu este confortul termic, ci satisfacția cu aspectele sociale
ale clădirii. Aceste rezultate obținute de autor vin în sprijinul rezultateleor lui Himanen
conform căreia, ”holul de la intrare din sticlă a fost considerat mai important decât spațiul de
lucru”.
Elementele componentei 1 sunt legate de satisfacția cu aspectele sociale ale clădirii.
Elementele componentei 2 sunt legate de condițiile acustice și de spațiu ale clădirii.
Elementele componentei 3 sunt legate de condițiile termice și de calitate a aerului.
Elementele componentei 4 sunt legate de condițiile de iluminat din clădire.
Elementele componentei 5 sunt legate de importanta factorilor de mediu.
Elementele componentei 6 sunt legate de satisfacția cu finisajele și mobilierul
Elementele componentei 7 sunt legate de condițiile de temperatura și acustice.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
135
Elementele componentei 8 sunt legate de confortul olfactiv.
Elementele componentei 9 sunt legate de condițiile de iluminat natural.
Elementele componentei 10 sunt legate de condițiile de umiditate.
8.5.2 Analiza statistic ă prin regresia liniar ă
Modelul de regresia liniară presupune că există o relație de dependență liniară între
variabila dependentă și fiecare predictor. Existența unei corelații între două variabile,
înseamnă că între cele două variabile există o relație matematică, adică exact ceea ce ne
interesează pentru a putea definii un indice de stare de bine global. Relația de dependență
între variabile poate fi liniară sau de ordin superior și se verifică printr-un grafic simplu în
coordonate valoare dependentă (Oy)-valoare independentă (Ox). Aproximarea relației de
corelație între satisfacția totală cu clădirea și satisfacția per ansamblu cu parametrii de mediu,
conduce la grafice de tipul celor din Figura 8-2.
Figura 8-2 Corelația satisfacția per ansamblu cu clădirea , satisfacția per ansamblu cu temperatura. Se observă în partea dreaptă sus coeficientul R2=0,194 din variația satisfacției cu clădirea per ansamblu este explicat de satisfacția cu temperatura. Tabel 8-2 Sumarul modelului statistic de regresie multipl ă liniar ă. Predictorii explică 62,4% din totalul varianței variabilei dependente.
Sumarul Modelului b
Model R R Pătrat R Patrat Ajustat Eroarea Standard a estimării
1 ,790a ,624 ,623 ,614
R2 indică cât de mult din varianța din variabila dependentă este explicată de variabilele
incluse în model. Variabilele incluse în model sunt cele de pe prima coloană din Figura 8-2.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
136
Valoarea ”R2 ajustat” ajustează valoarea R2 în cazul în care numărul de seturi de date folosit
este mic. Valorile coeficienților ”Beta” sunt folosite pentru a compara contribuția fiecărei
variabile independente în explicarea variabilei dependente. Valoarea Sig<0,05 înseamnă că
variabila face o contribuție unică semnificativă în prezicerea variabilei dependente. Valoarea
coeficientului ”Parte” ridicat la pătrat indică contribuția unică a acelei variabile în valoarea
totală R2 sau cât e mult ar scădea R2 dacă acea variabilă nu ar fi inclusă în model. Tabel 8-3 Valorile coeficienților de regresie liniară multipl ă pentru indicele de stare de bine, obținuți de autor.
Coeficienți Nestandar-
dizați
Coeficienți
Standar dizați
Valoarea lui B cu
95,0% grad de
încredere Corelatii
Statistica Colinearitat
e
Model B Eroare
Standard Beta t Sig. Lim. Infer
Lim. Sup.
Ordin Zero
Partiale
Parte
Toleranta VIF*
(Constanta) -,060 ,047 -1,279 ,201 -,152
,032 (10x) Per ansamblu, cat de nemultumit / multumit sunteti de conditiile acustice/ zgomot la locul de munca?
,075 ,016 ,083 4,588 ,000 ,043 ,107 ,542 ,100 ,061 ,545 1,835
(15x) In general, cat de nemultumit sau multumit sunteti de tipul spatiului de lucru si de caracteristicile sale spatiale?
,245 ,018 ,272 13,907 ,000 ,210 ,279 ,656 ,290 ,186 ,467 2,142
(31x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de iluminat la locul de munca.
,082 ,016 ,081 5,033 ,000 ,050 ,114 ,474 ,109 ,067 ,689 1,452
(38x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de temperatura la locul de lucru in acest anotimp.
,064 ,014 ,075 4,644 ,000 ,037 ,091 ,441 ,101 ,062 ,682 1,466
(51x) Satisfactia per ansamblu cu calitatea aerului in aceast anotimp, la locul de munca.
,135 ,015 ,153 8,851 ,000 ,105 ,165 ,552 ,190 ,118 ,596 1,678
(58x) Satisfactia per ansamblu cu finisajele/ designul spatiului dvs. de lucru.
,202 ,016 ,207 12,710 ,000 ,171 ,234 ,563 ,267 ,170 ,673 1,485
(65x) Satisfactia per ansamblu din punct de vedere al prieteniei cladirii cu utilizatorul
,238 ,020 ,208 11,735 ,000 ,199 ,278 ,611 ,248 ,157 ,568 1,760
a.Variabila Dependentă: (60x) In general cat de satisfacut sunteti cu conditiile per ansamblu de la locul de munca?
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
137
Trebuie remarcat faptul că valoarea totală R2 pentru model (0,624) nu este egală cu
suma tuturor coeficienților ”Parte” ridicați la pătrat, deoarece aceștia reprezintă numai
contribuția unică a fiecărei variabile, orice suprapunere sau varianță comună fiind exclusă.
Din analiza Tabel 8-3 rezultă că nu trebuie eliminate din model nici una dintre
variabile, deoarece nici una dintre ele nu are o valoare a coeficientului Sig. mai mare decât
valoarea 0. Ca urmare se poate spune că valoarea coeficientului Sig ne îndreptățește să
respingem ipoteza nulă. Se observă totuși faptul că valoarea coeficientului Sig corespunzător
constantei de regresie este mai mare decât limita de acceptare de 0,05, și dacă ar fi fost
variabilă ar fi trebuit eliminată, însă deoarece este un coeficient ce reprezintă tăietura unei axe
de coordonate de către dreapta de regresie, și deoarece semnificanța includerii sale în model
este de doar 0,2, includerea sa nu afectează mult modelul matematic de regresie.
Valorile coeficienților nestandardizați ”B” din Valoarea ”R2 ajustat” ajustează
valoarea R2 în cazul în care numărul de seturi de date folosit este mic. Valorile coeficienților
”Beta” sunt folosite pentru a compara contribuția fiecărei variabile independente în explicarea
variabilei dependente. Valoarea Sig<0,05 înseamnă că variabila face o contribuție unică
semnificativă în prezicerea variabilei dependente. Valoarea coeficientului ”Parte” ridicat la
pătrat indică contribuția unică a acelei variabile în valoarea totală R2 sau cât e mult ar scădea
R2 dacă acea variabilă nu ar fi inclusă în model.
Tabel 8-3 sunt folosite pentru a scrie ecuația regresiei liniare multiple:
exB...xBBy iippi110i ++++=
Ecuația 8:5
în care: yi este valoarea variabilei dependente în cazul ”i” p este numărul de predictori (variabilele independente) bj este valoarea coeficientului j, j=0,...,p xij este valoarea cazului i al predictorului j. ei este eroarea observată în cazul i. În cazul din teză variabila dependentă a fost aleasă variabila cu răspunsul la întrebarea:
”În general cat de satisfacut sunteti cu conditiile per ansamblu de la locul de munca? ” , deci
variabila dependentă este satisfacția resimțită de ocupanți per ansamblu cu clădirea, cu alte
cuvinte starea de bine a ocupanților datorată clădirii.
Folosind valorile coeficienților nestandardizați ”B” de regresie liniară din Valoarea ”R2
ajustat” ajustează valoarea R2 în cazul în care numărul de seturi de date folosit este mic.
Valorile coeficienților ”Beta” sunt folosite pentru a compara contribuția fiecărei variabile
independente în explicarea variabilei dependente. Valoarea Sig<0,05 înseamnă că variabila
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
138
face o contribuție unică semnificativă în prezicerea variabilei dependente. Valoarea
coeficientului ”Parte” ridicat la pătrat indică contribuția unică a acelei variabile în valoarea
totală R2 sau cât e mult ar scădea R2 dacă acea variabilă nu ar fi inclusă în model.
Tabel 8-3 și aplicând exB...xBBy iippi110i ++++=
Ecuația 8:5, rezultă următoarea formulă pentru indicele de stare de bine ”ISB” :
Ecuația 8:6 în care: ”Sx” reprezintă satisfacția18 per ansamblu cu factorul ”x” , și poate avea valori
unitare între 0 (total nesatisfăcut) și 4 (total satisfăcut).
Sacustică este satisfactia per ansamblu cu condițiile acustice din clădire, Sspațiu este satisfacția per ansamblu cu spațiul de lucru. Siluminat este satisfacția per ansamblu cu condițiile de iluminat. Stemperatură este satisfacția per ansamblu cu condițiile de temperatură din clădire Scalitate_aer este satisfacția per ansamblu cu condițiile de calitate a aerului din
clădire Sfinisaje&design este satisfacția per ansamblu cu finisajele și designul folosit în
clădire Sclădire este satisfacția per ansamblu cu cât de prietenoasă este considerată clădirea
pentru diverse activități ale ocupanților. De exemplu siguranta oferită în cazul lucrului peste program, siguranța tehnică constructivă, instalațiile sanitare, aspectul fațadei etc.
Graficul din Figura 8-3 indică faptul că modelul statistic aproximează bine valorile reale. Reziduriile sunt diferența între valoarea obținută și cea prezisă a variabilei dependentă.
8.5.3 Concluzii cu privire la indicele de stare de bine și cel de confort global.
Cu toate că numărul de termeni din indicele de stare de bine dezvoltat de autor diferă
de indicele lui Humphreys, se pot observa unele similarități care validează reciproc
corectitudinea metodelor aplicate de Humphreys si autorul tezei, în determinarea indicelui de
stare de bine.
18 O formulare mai corectă dar lungă este: Nivelul de satisfacție per ansamblu declarat de ocupanți în raport cu condițiile acustice, de iluminat, condițiile termice, de spațiu etc. Acest nivel de satisfacței este aflat în urma studiilor post ocupare.
ISB = -0,060 + 0,075*Sacustică + 0,245*Sspațiu + 0,082*Siluminat + 0,064*Stemperatura + 0,135*Scalitate_aer + 0,202*Sfinisaje&design + +0,238*Sclădire
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
139
Figura 8-3 Graficul de reziduuri obținut pentru regresia liniară. Linia groasă corespunde modelului statistic din regresie. Se observă că modelul aproximează bine realitatea (Reziduriile ZPRED pe axa Ox, ZRESID pe axa Oy) Tabel 8-4 Tabel comparativ între coeficienții indicilor compu și de stare de bine și de confort global
Diferențe din Tabel 8-4 sunt explicabile dacă luăm în calcul variabilitatea
preferințelor personale ale populațiilor din Europa, și faptul că Humphreys a combinat date
din 5 țări europene, în timp ce indicele de stare de bine calculat de autor este realizat cu date
dintr-o singură țară europeană.
Satisfacția cu..... Valoarea ponderilor indicelui de stare de bine calculat de autor
Valoarea ponderilor indicelui calculat de Humphreys
Constanta -0,060 1,24 Temperatura 0,064 0,39 Mișcarea aerului - 0,16 Umiditatea - 0,12 Lumina 0,082 0,05 Zgomot 0,075 0,13 Calitatea aerului 0,135 0,36 Finisaje și design 0,202 - Clădirea 0,238 -
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
140
8.6 Prelucrarea statistic ă în programul SPSS a bazei de date folosite în programele de inteligen ță artificial ă
Datele folosite pentru rețeaua neuronală provin dintr-o bază de date ce conține rezultate
ale studiilor privind diverși factori de influență a confortului termic din clădiri și răspunsuri
ale ocupanților cu privire la satisfacția cu mediul dintr-o clădire.
Pentru prelucrarea bazei de date am folosit programul de prelucrare statistică IBM
SPSS, oferit de Universitatea din Reading, pe perioada stagiului doctoral. Deoarece rețele
neuronale învață să aproximeze valorile de ieșire în funcție de valorile de intrare, prima dată
aautorul a analizat statistic baza de date pentru a afla între care dintre variabilele din baza de
date (satisfacția cu și despre anumiți parametrii ai clădirii) există corelații statistice. Scopul
este de a determina statistic ce variabile predictor sunt corelate cu variabila ”satisfacția per
ansamblu cu clădirea” (starea de bine a ocupanților) și apoi folosesc variabilele predictor ca
intrări într-o rețea neuronală, ce va prezice o valoare de ieșire, care trebuie să fie apropiată ca
valoare cu variabila exactă din baza de date.
A rezutat faptul că satisfacția ocupanților cu o clădire este corelată cu satisfacția
termică. Următoarele variabile sunt corelate cu ”satisfacția termică”: capacitatea de a
influența condițiile termice, calitatea aerului, senzatia termica resimțită, umiditatea aerului. La
rezultate asemănătoare au ajuns si Wagner și Schakib-Ekbatan (2011:55).
Autorul a selectat apoi parametrii respectivi din baza de date în programul de analiză
statistică IBM SPSS și le-a aplicat o analiză a variabilelor lipsă pentru a-i pregăti în vederea
utilizării lor într-o rețea neuronală artificiala. Rezultatele analizei variabilelor lipsă sunt
prezentate în Tabel 8-5.
După analiza celor 5 parametrii, eliminarea datelor incomplete, am introdus datele
intr-un fisier de tip .txt, cu un antet special și am rulat programul de rețele neuronale
realizat în Microsoft Visual C++, conceput la Universitatea din Reading, ca urmare a
participarii la cursul de Retele Neuronale al profesorului Richard Mitchell.
Deoarece variabilele ”Temperatura percepută în cameră” și ”Umiditatea_
_aerului_perceputa” au cele mai multe valori lipsă (~1350), pentru o predicție corectă
realizată de rețelele neuronale, acește două variabile vor fi eliminate, iar datele de intrare
pentru rețelele neruronale vor fi date de ceilalte trei variabile boldite, prezentați în Tabel 8-5.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
141
Tabel 8-5 Analiză statistică univariată pentru parametrii semnificativi utiliza ți în programele de inteligență artificial ă
Statistici univariate
Valori lipsă Nr. de Extremea
Nr
seturi
de
date Media
Deviația
Standard
Număr
valori Procente Joase Înalte
Temp_perceputa_camera 3018 3,19 1,078 1357 31,0 207 90
Posib_influ_temp_aer 3853 1,89 1,209 522 11,9 0 0
Calitatea_aerului_satisfac
tia_per_ansamblu
4154 2,08 1,133 221 5,1 0 0
Temperatura_satisfactia_
per_ansamblu
4336 2,17 1,177 39 ,9 0 0
Umiditatea_aerului_percepu
ta
3022 1,45 ,809 1353 30,9 0 15
a. Numar de cazuri în afara domeniului (Q1 - 1.5*IQR, Q3 + 1.5*IQR).
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
142
Capitolul 9 Aplica ții ale inteligen ței artificiale în cl ădirile inteligente
Inteligența artificială este o tehnică din știința calculatoarelor care încearcă să replice
inteligența umană. Conform lui Kevin Warwick (2012), scopul inițial al inteligenței artificiale
în perioada sa de început (anii 1940-1950) a fost acela de a face calculatoarele să facă lucruri,
care dacă ar fi fost făcute de oameni ar fi fost considerate inteligente, adică să copieze
comportamentul oamenilor. În cea de-a doua perioadă de dezvoltare a inteligenței artificiale
(1980-1990) au fost construite creiere artificiale pentru a ca inteligența artificială să evolueze
de la sine.
În prezent, inteligența artificială este folosită în aplicații în timp real, în finanțe, în
industrie etc. Creierele artificiale au propriul lor corp și se pot mișca și percepe lumea în
modul lor propriu ( de exemplu vehicule militare fără echipaj, roboții, vehiculele fără șofer).
9.1 Rețele neuronale artificiale
Rețelele neuronale artificiale (RNA) sunt o tehnică a inteligenței artificiale care încearcă
să replice în domeniul microinformaticii, procesul de învățare caracteristic inteligenței umane.
Reţelele neurale (neuronale) artificiale (R.N.A.) sunt modele computaţionale paralele
cu grade de complexitate variate, constituite din unităţi de procesare elementare, de cele mai
multe ori adaptive, denumite neuroni, interconectate, conform unei organizări ierarhice pe
niveluri (straturi). Aceste sisteme interacţionează cu obiectele lumii reale (mărimile de intrare
în rețea) în acelaşi mod în care funcţionează sistemele nervoase biologice.
Caracteristicile esenţiale ale R.N.A. sunt: natura lor adaptivă şi paralelismul intrinsec.
Natura adaptivă se referă la rezolvarea problemelor folosind "învăţarea din exemple" în locul
"programării" tradiţionale. Astfel, acolo unde există datele de instruire dar înţelegerea
problemei este redusă sau incompletă, această caracteristică asigură modelelor computaţionale
neurale o utilitate deosebită. Rețelele neuronale artificiale pot fi implementate atât pe
hardware cât și software. Kevin Warwick (2012) a reușit chiar creșterea unui creier de
șoarece, peste o rețea de electrozi, folosit la controlul unui roboțel.
Datorită naturii lor adaptive și a faptului că pot procesa volume mari de date, RNA
sunt modele computaționale folosite în următoarele domenii:
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
143
recunoaşterea şi clasificarea formelor,
sinteza şi recunoaşterea vorbirii,
interfeţe adaptive între oameni şi sisteme fizice complexe,
aproximarea funcţiilor,
compresia de date a imaginilor,
memorii asociative,
clasificare nesupervizată (clustering),
predicţie,
optimizarea combinatorială,
modelarea sistemelor neliniare,
De exemplu: predicția confortului termic în funcție de anumiți parametrii măsurați,
predicția cursului de schimb sau al acțiunilor, predicția consumului de electricitate. Rețelele
neuronale sunt folosite și la descoperirea de corelații, însă numai pe acelea pe care au fost
învățate să le descopere.
Elementele de baza ale unei rețele neuronale artificiale sunt neuronii artificiali. Primul
model de neuron artificial a fost conceput de McCulloch și Pitts în anii 1940.
În mod general, un neuron artificial este caracterizat de 5 componente:
-setul de intrări ”x i”
-setul de ponderi ”wi”
-pragul de activare ”w0”(bias sau threshold)
–funcția de activare ”f”
–ieșirea neuronului ”y”
Intrările trebuie să fie valori normalizate, adică valori discrete în intervalul (0-1).
Neuronii biologici sunt conectati între ei prin dendrite (căi de intrare a informației),
axoni (calea de ieșire) și sinapse (legăturile), în timp ce neuronii artificiali sunt interconectați
între ei prin legături, care au diverse ponderi (modelează sinapsele).
Figura 9-1 Modelul neuronului artificial liniar. P entru funcția de activare liniară, f=k=1.
Σ k
w0 (bias)
w1
w2
wn
Ieșire (O)
x1
x2
xn
Intrări O=k*(Σ(xi*w i)+w0) ....
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
144
La fel cum neuronii biologici au un prag de excitare la care sunt declanșați, neuronii
artificiali au un prag de activare și o funcție de activare care poate fi de diverse tipuri: lineară,
sigmoidală, Gaussiană, identitate sau de tip treaptă.
Tabel 9-1 Funcțiile de activare ale neuronilor artificiali.
Treaptă unitară
≥>
=0_,1
0_,0)(
xpentru
xpentruxf
Sigmoidală
xexf β−+
=1
1)(
Lineară
>>>+
<=
max
minmax
min
_,1
_,
_,0
)(
xxpentru
xxxpentrubmx
xxpentru
xf
Gaussiană
2
2
2
)(
2
1)( σ
µ
πσ
−−
=x
exf
Identitate
xxf =)(
Neuronul artificial își calculează ieșirea în funcție de Ecuația 9.1. Acesta este
rezultatul aplicării funcției de activare asupra sumei ponderate a intrărilor, mai puțin valoarea
pragului de activare. Rezultatul se compară cu pragul de activare. Ieșirea „O” a neuronului
este declanșată dacă valoarea calculată este mai mare decât pragul de activare. Rezultatul
poate fi transmis altor neuroni.
∑=
0 )+)∗=n
ii ww1i
(xf(O
Ecuația 9:1
În cazul funcției de activare liniară, f=k=1.
Rețelele neuronale practice pot avea mii de valori ce le caracterizează și care trebuie
setate. De aceea ele trebuie ”să învețe” să își seteze aceste valori folosind reguli automate de
învățare. Prima regulă de învățare este cea Hebbiană:
”Dacă doi neuroni se declanșează în același timp, trebuie întărită puterea legăturii
dintre ei, adică ponderea legăturii trebuie mărită.” Folosind valoarea ieșirii calculată de rețea
”O” și cunoscând valoarea dorită ”T”, se calculează corecția valorii ponderii în procesul de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
145
antrenare, folosind așa numita ”regulă delta”, din Ecuația 9:2 cu formula corespunzătoare
funcției de activare. Regula delta este folosită pentru a învăța rețele perceptron cu un strat.
rr xw ** δη=∆ Ecuația 9:2
În ”regula delta”, ”termenul delta ‘δ’ ” = eroarea * derivata funcției de activare.
Din Ecuația 9:1 ”z” este suma ponderată a intrărilor, inclusiv bias-ul.
Pentru funcția de activare liniară, O=z
OTeroareaeroareadz
zd
dz
dO
−===
==
1*
1)(
δ
Ecuația 9:3
Pentru funcția de activare liniară ”regula delta” de variație a celei de-a ”r” ponderi =
rata de învățare* eroarea * a r-a valoare de intrare.
rrr xOTxw *)(*** −==∆ ηδη Ecuația 9:4
Pentru funcția de activare sigmoidală, expresia mărimii de ieșire este:
)1(
1)1( 1
z
z
eeO −
−−
+=+=
Ecuația 9:5
)1()1()11(
)1()1()1()1(
122
22
OOOOeO
eeeedz
dO
z
zzzz
−×=−×=−+×=
=×+=−××−×+=
−−
−−−−−−
Ecuația 9:6 Termenul delta este:
)1( OO −×=δ Ecuația 9:7
Formula de corecție a valorii ponderilor neuronilor cu funcție de activare sigmoidale este:
rrr xOOxw *)1(**** −==∆ ηδη Ecuația 9:8
Funcțiile de activare sigmoidale au dezavantajul de a conduc la un număr mai mare de
epoci necesare pentru a învața (1000 epoci sunt necesare pentru a învâța tabelul de adevăr al
problemei de logică matematică ”ȘI”) comparativ cu doar 20 epoci pentru funcții de activare
liniare, însă au avantajul că aproximează mult mai bine, eroarea fiind mult mai mică.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
146
Rețelele neuronale artificiale multi strat cu feed-forward, cu funcții de transfer sigmoidale pot
aproxima aproape orice funcție continuă de mai multe variabile.
Exista și alte tipuri de rețele neuronale, ca de exemplu rețele asociative fără ponderi
denumite și rețele n-tuple sau rețele bazate pe RAM, însă cea mai simplă este cea de tip
Perceptron. Pentru a putea învăța (să își poată modifica ponderile interne în funcție de
valoarea de ieșire dorită și cea obținută), rețelele neuronale trebuie să aibă un fel de feedback,
o metodă prin care să propage valoarea erorii de la ieșire înspre nodurile de intrare.
Regula delta poate fi folosită pentru a ”învăța” rețele neuronale Perceptron cu un
singur strat, și utilizează eroarea între ieșirea actuală și valoarea țintă (valoarea cunoscută a
ieșirii). Regula delta se poate aplica și pentru nodurile de ieșire ale rețelelor Perceptron multi
strat (MLP), fiindcă se cunosc ieșirile din setul de antrenare. Dar pentru nodurile ascunse nu
se cunosc valorile țintă. Ca urmare este nevoie de o altă metodă de învățare pentru rețele
neuronale multi strat (perceptroni multistrat), metodă fiind numită Backpropagation. Mai sunt
și alte metode de a învăța rețele neuronale multistrat, ca de exemplu Simple Adaptive
Momentum, și metode stocastice: Directed Random Search, Chemotaxis (Mitchel, 2012).
Backpropagation este cea mai folosită metodă de învățare și folosește Regula Delta
Generalizată (generalizarea regulei delta folosită la rețelele într-un singur strat). Pentru fiecare
set de date, se aplică următoarele etape de învățare:
-se calculează ieșirile actuale, -se calculează erorile și valorile delta în nodurile de ieșire, -erorile și valorile delta din nodurile ascunse sunt calculate prin propagarea
valorilor delta înpoi (propagarea înapoi=back propagation, de aici provine denumirea metodei)
-ponderile în nodurile ascunse / de ieșire sunt ajustate cu valoarea definită de regula delta generalizată.
Procesul de învățare este caracterizat de următorii parametrii:
-sămânța pentru generarea de ponderi aleatorii, -impulsul -rata de învățare. -eroarea ce provine din procesul de învățare.
Sămânța și Ponderile. Eroarea rețelelor neuronale depinde de ponderile inițiale.
Pentru a încerca să se reducă eroarea de antrenare, se generează diverse ponderi aleatoare.
Valoarea ponderiilor este obținută dintr-un algoritm care generează numere aleatoare în
funcție de numărul inițial introdus, denumit sămânță (seed).
Impulsul. În limba engleză se folosește termenul ”momentum” ,tradus corect în limba
română prin ”impuls”, pentru a descrie inerția procesului de antrenare a rețelelor neuronale în
direcția direcția minimizării erorii de antrenare. Impulsul are valori în domeniul 0...1.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
147
”Impulsul19” aplicat procesului de învățare permite rețelei neuronale să nu se oprească
într-un minim local. Eroarea de antrenare a rețelei este ca un bolovan care se rostogolește la
vale, pe panta unui munte. În absența impulsului, în zona unde întâlnește o vale formată de un
vârf de extrem local, rețeaua neuronală poate considera că eroarea începe să crească din nou ,
când de fapt era decât un extrem (maxim) local. Folosind impulsul în antrenarea rețelei și
minimizarea erorii de antrenare, procesul de antrenare decurge în direcția de minimizare a
erorii și depășește extreme locale (Figura 9-2), la fel cum un bolovan care se rostogolește are
impuls mecanic dat de produsul între masă și viteză ce îî permite să treacă peste obstacole: cu
cât se rostogolește mai mult la vale, cu atât viteza sa crește și implicit crește și impulsul.
Figura 9-2 Paralelă între minimizarea erorii de antrenare și rostogolirea unui bolovan la vale și depăsirea minimelor locale.
Rata de învățare „η” caracterizează cât de repede își modifică rețeaua neuronală
ponderile ca urmare a minimizării erorii de antrenare. O valoare mare a ratei de învățare
micșorează numărul de epoci până la convergența soluției (eroarea minimă de antrenare), dar
mărește eroarea de antrenare.
Eroarea de antrenare este valoarea care indică cât de bine a învâțat rețeaua neuronală
să aproximeze valoarea de ieșire, în funcție de valorile de intrare. Uzual se folosesc
următoarele formule pentru calculul erorilor.
19 Termenul românesc de ”moment” al unei forțe în raport cu un punct se traduce în limba engleză prin ”moment of momentum”. În concluzie în limba română traducerea corectă a termenului englezesc ”mommentum” este IMPULS. Exemplu: o pasăre și o locomotivă se pot deplasa amândouă cu aceeași viteză, însă efectul produs de ciocnirea celor două de un alt corp este total diferit, datorită impulsului=masă*viteză.
nr. epoci
Eroare de antrenare (SSE, MSE)
În lipsa impulsului, minimizarea erorii s-ar opri în acest minim local.
În lipsa impulsului, bolovanul s-ar opri în acestă vale
0
v
impuls
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
148
SSE=Sum of Squared Errors= suma pătratelor erorilor.
MSSE =Mean Sum of Squared Errors= media aritmetică a pătratelor erorilor.
Erorile la care se referă SSE și MSSE sunt egale cu diferența între valoarea reală și
valoarea calculată de rețeaua neuronală.
( ) ( )2
1
2
1_
1
2 ∑∑∑===
−=−==n
i
n
iRNAcalculatreal
n
ii OTxxSSE ε
Ecuația 9:9
( ) ( )n
OT
n
xx
nMSSE
n
i
n
iRNAcalculatreal
n
ii ∑∑∑
===
−=
−== 1
2
1
2_
1
2ε
Ecuația 9:10
9.1.1 Principiul de func ționare al re țelelor neuronale
O rețea neuronală are un strat de neuroni de intrare, unul sau mai multe straturi de
neuroni ascunși și una sau mai multe ieșiri.
Principiul de funcționare al rețelelor neuronale este următorul:
-Se inițializează ponderile cu niste valori arbitrare.
-Se prezinta setul de date de antrenare rețelei neuronale, se rulează rețeaua.
-Se calculează eroarea intre iesirea dorita si iesirea rezultata din rularea retelei.
-Se modifica ponderile conexiunilor în functie de eroare, rata de invatare si de
moment.
-Se ruleaza din nou reteaua pana cand eroarea de antrenare este mai mica decât o
limita stabilită
-Se prezinta setul de date de validare
-Se prezinta setul de date pe care trebuie să ruleze rețeau neuronala
9.1.2 Normalizarea datelor experimentale Datele experimentale provin dintr-o bază de date cu 4300 de seturi de date. După
prelucrarea datelor statistic, și îndepărtarea celor incomplete, au mai rămas 3036 de seturi de
date complete, repartizate 60% pentru antrenare, 20% pentru validare și 20% pentru rulare.
Baza de date cuprinde răspunsurile ale ocupanților cu privire la nivelul lor de satisfacție cu
diverse aspecte ale mediului din clădire, de la satisfacția momentană și per ansambu cu
temperatura, cu umiditatea, cu nivelul de iluminare, cu calitatea aerului etc, până la întrebări
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
149
legate de satisfacția cu suprafața ferestrelor, apropierea de fereastră, posibilitate de control a
ferestrelor, a sistemului de climatizare etc. La marea majoritate a acestor întrebări, răspunsul
ocupanților este dat pe o scală de la 0 la 4, în care valoarea 0 corespunde ”foarte nesatisfăcut”,
iar 4 ”foarte satisfăcut”, așadar valoarea intermediară 2 corespunzănd nivelului ”satisfăcut”.
Normalizarea datelor este necesară deoarece dacă între valorile relative ale datelor există
diferențe mari, ele pot ”trage ” valoarea ponderii spre o valoare extremă.
Înainte de a fi folosite pe o rețea neuronală, datele trebuie pre-procesate. Este vorba de
normalizarea datelor, care se face după formula:
Dmin)-xDmin)/(Dma-(D*Imin)-(Imax IminI += Ecuația 9:11
în care:
Dmin este valoarea minimă a datelor. Dmax este valoarea maximă a datelor. Imin, Imax este domeniul intrărilor, între 0 și 1.
În cazul datelor folosite de autor, Dmin=0 și corespunde nivelului de ”foarte nesatisfăcut”. Dmax=4 (5) și corespunde nivelului de ”foarte satisfăcut”.
9.1.3 Rezultate ob ținute în Microsoft Visual C++ cu re țelele neuronale
Rețeaua neuronală realizată în Microsoft Visual C++ a fost folosită și pentru a afla
influența pe care o au parametrii ce descriu o rețea neuronală, asupra funcționării ei (număr de
epoci până la stabilizarea erorii și valoarea minimă a erorii). A fost folosită o rețea cu 3
variabile de intrare, 4 neuroni ascunși și o variabilă de ieșire, descrisă în continuare. Buna
funcționare a rețelei neuronale realizată în Visual C++ a fost validată prin comparare cu rețea
similară din Matlab.
9.1.3.1 Structura rețelei neuronale artificiale Pe parcursul stagiul doctoral la Universitatea din Reading am realizat un program
pentru realizarea de rețele neuronale în software-ul de programare Microsoft Visual C++ .
În mod general, rețeaua poate fi configurată simplu sau multi strat, cu neuroni de tip
Perceptron și poate avea unul sau mai multe straturi de neuroni ascunși. Neuronii pot avea
funcții de activare liniară sau sigmoidală. Se poate configura numărul de epoci de antrenare,
valoarea ratei de învățare, valoarea impulsului și un număr ”sămânță” pentru inițializarea de
ponderi aleatoare. Algoritmul de funcționare și învățare este feed-forward backpropagation.
Rețeaua neuronală artificială utilizată în teză are structura prezentată în Figura 9-3.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
150
Stratul de intrare folosește 3 intrări corespunzătoare seturilor de valori ale celor trei
variabile care se corelează cel mai bine cu satisfacția per ansamblu cu condițiile de mediu
dintr-o clădire. Variabilele de intrare folosite sunt: temperatura percepută, posibilitatea de a
influența direct temperatura mediului și calitatea aerului, iar ca variabilă de ieșire a fost aleasă
satisfacția per ansamblu cu temperatura.
Stratul de neuroni ascunși conține 4 neuroni cu funcție de activare de tip sigmoidală.
Autorul a ales 4 neuroni, deoarece creșterea numărului de neuroni în stratul ascuns conduce la
mărirea numărului de epoci necesare atingerii convergenței soluției (stabilizării valorii erorii
de antrenare și implicit stabilizarea ponderilor). Pentru a testa influența numărului de neuroni
în stratul ascuns asupra performanțelor rețelei neuronale, autorul a variat doar numărul de
neuroni ascunși, în timp ce menținute constante constantele de învățare (rata de învățare 0,1 și
impuls 0,2). În cazul rețelei neuronale cu 4 neuroni, convergența soluției a fost atinsă în epoca
14200, iar în cazul rețelei cu 5 neuroni în stratul ascuns, convergența soluției a fost realizată
după 22800 de epoci, deci un număr de epoci aproape dublu. Nici eroarea relativă procentuală
datorată antrenării nu a scăzut cu mult ci doar de la 0,018967 (rețeaua cu 4 neuroni) la
0,018639 (în cazul rețelei cu 5 neuroni), după cum rezultă din Ecuația 9:12.
Figura 9-3 Rețeaua neuronală creată și folosită în programul Microsoft Visual C++.
Stratul ascuns cu 4 neuroni Strat de intrare pt.
cele 3 variabile Strat de ieșire cu un neuron
w2(0,1)
w2(0,2)
w2(0,3)
w2(0,4)
w3(0,1)
w2(1,1)
w2(1,2)
w2(1,3) w2(1,4)
w2(2,1)
w2(2,2)
w2(2,3)
w2(2,4)
w2(3,1) w2(3,2)
w2(3,3)
w2(3,4)
w3(1,1)
w3(2,1)
w3(3,1)
w3(4,1)
x1(1)
x1(2)
x1(3)
x2(1)
x2(2)
x2(3)
x2(4)
x3(1)
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
151
%73,1[%]100018639,0
018639,0018967,0
[%]1004
54
=×−=
=×−=neuroniretea
neuronireteaneuroniretearel MSSE
MSSEMSSEε
Ecuația 9:12 În stratul de neuroni de ieșire este un singur neuron cu funcție de activare sigmoidală
deoarece este o singură variabilă de ieșire.
Notațiile folosite în Figura 9-3 sunt următoarele:
- xr(i) este ieșirea nodului ”i” din stratul ”r”;
- wr(i,j) este ponderea legăturii ”i”c ătre nodul ”j” din stratul ”r”; pentru bias i=0.
În fereastra din Figura 9-7 sunt prezentate valorilor ponderilor rezultate pe baza rulării
rețelei neuronale din Figura 9-3, în cazul parametrilor de antrenare ce duc la cea mai mică
eroare de antrenare. Aceste ponderi au următoarele valori:
w2(0,1)= -2,3648, w2(1,1)=5,8389, w2(2,1)=0,99796, w2(3,1)= 1,1517,
w2(0,2)= -9,2868, w2(1,2)=7,0561, w2(2,2)= -1,8308, w2(3,2)= 7,3802,
w2(0,3)= -4,5847, w2(1,3)=6,139, w2(2,3)= -4,7948, w2(3,3)= 0,23718,
w2(0,4)= -0,25315, w2(1,4)=10,314, w2(2,4)= -8,7251, w2(3,4)= -0,86035,
w3(0,1)= -1,8413, w3(1,1,)=3,1282, w3(2,1)=0,95045, w3(3,1)= -2,66, w3(4,1)= -1,1807;
9.1.3.2 Rezultate obținute prin rularea re țelei neuronale artificiale în VisualC++
În programul de rețele neuronale realizat în Microsoft Visual C++ am rulat 27 de
diverse combinații de valori ale ratei de învățare și ale impulsului. Toate combinațiile de
parametrii rulați sunt prezentate în ”Tabel 9-2” .
Pe baza rezultatelor (număr de epoci pentru stabilizarea soluției și a mediei sumei
patratului erorilor ) am obținut graficele următoare.
În Figura 9-4 se poate observa diferența între valorea exactă a satisfacției per ansamblu
cu temperatura, în funcție de ceilalți trei parametrii cu care este corelată statistic, și valorea
estimată de rețeau neuronală a satisfacției cu aceeași parametrii. Se observă buna corelație,
curbele se suprapun pe cea mai mare majoritate a graficului.
Din Figura 9-5 se observă corelația crescătoare între eroarea de antrenare și creșterea
impulsului. Din Figura 9-5 și Figura 9-6 putem trage următoarea concluzie: pe măsură ce
crește impulsul, scade numărul de epoci pâna la minimizarea erorii, dar crește eroarea de
antrenare.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
152
Tabel 9-2 Tabel centralizator cu combinațiile de parametrii de antrenare experimentați pt. antrenare rețelelor neuronale.
Nr. Crt. Sămân ța Rata învățare Impulsul
Eroare initial ă
Nr epoci convergen ță
Eroare antrenare MSSE Observa ții
1 0 0,1 0,2 0,10749 14200 0,018967 fisier date salvat 2 0 0,1 0,3 0,10749 11400 0,018978 3 0 0,1 0,4 0,10749 10600 0,018995 4 0 0,1 0,5 0,10749 30000 0,019158 5 0 0,1 0,7 0,10749 9400 0,019267
6 0 0,2 0,2 0,10749 30000 0,01914 La 30.000 epoci continuă să scadă
7 0 0,2 0,3 0,10749 14000 0,019179 8 0 0,2 0,5 0,10749 8400 0,019046 9 0 0,2 0,7 0,10749 5200 0,019203
10 0 0,3 0,2 0,10749 50000 0,019196
50k+. La 30.000 epoci MSSE=0,019208
11 0 0,3 0,3 0,10749 9400 0,019041 12 0 0,3 0,4 0,10749 5800 0,019074 13 0 0,3 0,5 0,10749 4600 0,019126 14 0 0,3 0,7 0,10749 3200 0,019386 15 0 0,4 0,2 0,10749 6800 0,019063 16 0 0,4 0,3 0,10749 6400 0,019096 17 0 0,4 0,4 0,10749 4800 0,019145 18 0 0,4 0,5 0,10749 3600 0,019221 19 0 0,4 0,6 0,10749 3400 0,019347
20 0 0,4 0,65 0,10749 3800 0,019444
de aici rezultatul incepe sa devină (neconvergent)
21 0 0,4 0,7 0,10749 21800 0,019419 22 0 0,5 0,2 0,10749 4400 0,019115 23 0 0,5 0,3 0,10749 4400 0,01916 24 0 0,5 0,4 0,10749 3000 0,019226 25 0 0,5 0,5 0,10749 3000 0,019325
26 0 0,5 0,6 0,10749 20800 0,01934 de aici incepe sa devina instabil
27 0 0,5 0,7 0,10749 23000 0,019339
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
153
Compara ție între valorile reale și valorile prezise de re țeaua neuronal ă
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76 81 86 91
Nr. seturi de date
Val
oare
nor
mal
izată
Valori reale Valori prezise de rețeaua neuronala
Figura 9-4 Cât de bine a învățat rețeaua neuronală să aproximeze satisfacția termică per ansamblu cu clădirea. Comparație între valorile reale și valorile prezise de rețeaua neuronală. Pentru claritatea reprezentării grafice s-au ales doar 100 de seturi de date.
Dependen ța erorii de antrenare de impuls
0,0189
0,019
0,0191
0,0192
0,0193
0,0194
0,0195
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Impulsul
Ero
area
de
antre
nare
rata invatare 0,1rata invatare 0,2rata invatare 0,3rata invatare 0,4rata invatare 0,5
Figura 9-5 Corelația eroare de antrenare-impuls
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
154
Influen ța impulsului și ratei de înv ățare asupra minimiz ării erorii
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
Impulsul
Nr
epoc
i pen
tru
min
imiz
area
ero
rii
rata invatare 0,1
rata invatare 0,2rata invatare 0,3rata invatare 0,4rata invatare 0,5
Figura 9-6 Influența impulsului și ratei de învățare asupra stabilizării soluției
În figurile următoare sunt prezentate două capturi de ecran cu programul rulat pentru
rețele neuronale și ponderile rezultate în urma rulării.
Figura 9-7 Captură de ecran cu rularea programului și cele 21 de ponderi pentru rețele neuronale artificiale cu 4 neuroni în stratul ascuns. Rularea pentru rata de învătare 0,1 și impuls 0,2 cu 14200 epoci până la convergența soluției. Se observă faptul că pe ultimele 1800 de epoci eroarea a rămas constantă la valoarea minimă, 0,018967, deci valorile ponderilor s-au stabilizat.
De la epoca 14200 soluția a devenit convergenta (eroarea nu mai scade)
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
155
Figura 9-8 Captură de ecran cu rularea programului pentru rețele neuronale artificiale cu 4 neuroni în stratul ascuns. Rularea în varianta cu rata de învătare 0,2, impuls 0,5 , 8400 epoci până la convergența soluției.
Figura 9-9 Rularea rețelei neuronale cu 5 neuroni în stratul ascuns, 26 de ponderi și aceleași constante: rata de invățare 0,1 și impuls 0,2. Se observă atingerea convergenței soluției după 22800 de epoci de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
156
antrenare, comparativ cu cele 14200 epoci în cazul rețelei cu 4 neuroni în stratul ascuns. Varianta rețelei cu 5 neuroni redce eroarea relativă cu doar 1,73% fața de cazul celei cu 4 neuroni ascunși.
Eroarea relativa absoluta pe setul de antrenare (18 21valori)
0
50
100
150
200
1 111 221 331 441 551 661 771 881 991 1101 1211 1321 1431 1541 1651 1761
nr seturi date
abs(
eroa
re r
elat
iva)
eroare relativa absoluta
Figura 9-10 Eroarea relativă absolută pe setul de date de antrenare. Rularea rețelei cu rata de învătare0,1, moment 0,2 , 14200 epoci până la convergența soluției
În Figura 9-8 se observă faptul că pe ultimele 4600 de epoci peste epoca de stabilizare
a erorii, eroarea a rămas constantă la valoarea minimă, 0,019046. Numărul de epoci este mai
mic, însă eroarea este mai mare decât în cazul cu rata învățare 0,1 și impuls 0,2.
Compara ție între valoarea exact ă și valoarea aproximat ă de rețeaua neuronal ă
00,1
0,20,30,4
0,50,60,7
0,80,9
1 223 445 667 889 1111 1333 1555 1777 1999 2221 2443 2665 2887
num ăr de seturi de date
valo
area
nor
mal
izată
val exactă
val din RNA
Figura 9-11 Comparație între valoarea exactă și valoarea aproximată a ieșirii de către rețeaua neuronală cu rata de învătare 0,1, moment 0,2 , 14200 epoci până la convergența soluției.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
157
9.1.4 Validarea in Matlab a rezultatelor ob ținute cu re țeaua neuronal ă realizat ă în Visual C++ Pentru validarea rezultatelor obținute cu rețeaua neuronală realizată de autor în
Microsoft Visual C++, autorul a creat in Matlab o rețea neuronală artificială cu aceleași
proprietăți cu a celei din Visual C++, și aceleași date de intrare și ieșire:
-același număr de noduri de intrare (3) -acelasi număr de neuroni în stratul ascuns (4) -același număr de neuroni de ieșire (1) -acelasi număr de noduri de ieșire (1) -aceeași funcție de activare a neuronilor, funcția sigmoidală.
Figura 9-12 Rețeaua neuronală realizată în Matlab.
Figura 9-13 Graficul erorii de antrenare. Se observă în partea de sus a imaginii valoarea erorii 0,017691, similară celei din reteaua neuronală din Microsoft Visual C++
Rezultatul antrenării din Figura 9-13, valoarea erorii MSSE =0,017691 este similară
celei obținute cu rețeaua neuronală creata în programul Microsoft Visual C++. Diferența de
număr de epoci necesar antrenării provine din faptul că Matlab folosește algoritmul rapid de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
158
antrenare Levenberg-Marquardt, în timp ce programul din Visual C++ folosește metoda
clasică feed-forward cu backpropagation. Având în vedere că folosind două metode diferite
am ajuns aproximativ la același rezultat al erorii de antrenare, se poate concluziona că
modelul rețelei neuronale din Visual C++ este validat cu un software recunoscut.
Figura 9-14 Graficul de performanță a rețelei neuronale.
9.1.5 Calculul indicelului de stare de bine folosin d o re țea neuronal ă artificial ă Rețeua neuronală realizată în Matlab are performanțe superioare celei realizată în
Visual C++. Din acest motiv rețeaua neuronală realizată în Matlab este folosită pentru
calculul indicelui de stare de bine. Rețeaua neuronală folosită (Figura 9-15) folosește ca date
de intrare variabilele din ecuația indicelui de stare de bine (Ecuația 8:6) iar ca date de ieșire
valoarile variabilei dependente ”satisfacția per ansamblu cu locul de muncă”.
Figura 9-15 Arhitectura rețelei neuronale artificiale în Matlab pentru calculul Indicelui Stării de Bine.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
159
Figura 9-16 Cea mai buna performanta pe datele de validare este 0,02816, la epoca 6
Figura 9-17 Graficele pentru regresii indică cât de bine calculează rețelele neuronale valoarea de ieșire, pentru seturile de date.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
160
Valoarea ”R” din Figura 9-17 indică corelația între valoarea calculată de rețeaua
neuronală și valoarea țintă. În mod ideal, liniile de regresie (cele colorate) ar trebui să se
suprapună peste linia punctată de pe diagonală.
Compara ția valorilor Țintă, Calculate de Re țeaua Neuronal ă și de Indicele de Stare de Bine
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 601
Nr.de seturi de date de testare
valo
are
norm
aliz
ata
Valoare Tinta Valoare Retea Neuronala Valoare Indice Stare de Bine
Figura 9-18 Grafic comparativ intre valoarea exactă (ținta), valoarea indicelui de stare de bine calculat de rețeaua neuronală și valoarea Indicelui de Stare de Bine.
În Figura 9-18 se observă că valoarea indicelui de stare de bine calculat de către
rețeaua neuronală artificială se suprapune peste valoarea calculată cu formula Indicelui de
Stare de Bine. La începutul graficului se poate observa un mic decalaj între valorile calculate
cu rețeaua neuronală artificială și cele calculate cu Indicele de Stare de Bine. Spre sfârșitul
graficului se obsevă o mai bună corespondență (predomină o singură culoare pe grafic) între
valoarea exactă (țintă) declarată de către ocupanți, valoarea calculată de rețelele neuronale și
cea calculată cu Indicele de Stare de Bine.
În concluzie, deoarece graficele celor trei variabile au aproximativ aceeași formă și
valori, rezultă faptul că cele două metode de calculare a nivelului de stare de bine
funcționează corect și pot fi folosite în practică.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
161
9.2 Algoritmii Genetici
9.2.1 Noțiuni folosite în domeniul algoritmilor genetici
Un algoritm genetic este format dintr-o populație de mai mulți indivizi, fiecare dintre
ei reprezentând o soluție potențială a problemei ce necesită a fi optimizată. Fiecare individ
este reprezentat de un cromozom, iar fiecare cromozom este compus din gene. Genele sunt
folosite să codifice variabilele problemei de optimizat. Găsirea combinației potrivite de allele
(valori concrete) pentru gene, înseamnă găsirea unei combinații bune pentru problema de
optimizat.
Ca și în genetica biologică, în tehnica algoritmilor genetici se folosesc operatorii
selecție, mutație și încrucișare. Prin aplicarea acestor operatori indivizilor din populație,
gradul de adaptare sau potrivire (”fitness rate”-ul) al indivizilor va crește pe parcursul
generațiilor.
9.2.2 Paralel ă între evolu ția biologic ă și cea din domeniul știin ței calculatoarelor.
Acidul dezoxyribonucleic (ADN-ul) este un acid ce se găsește în nucleul celulelor
biologice și conține instrucțiuni genetice folosite în creșterea și funcționarea tuturor
organismelor vii, cu excepția virusurilor ARN. Segmentele de ADN purtătoare a informației
genetice sunt denumite gene. Allela este valoarea pe care o poate lua o gena ( de exemplu
gena pentru culoarea ochilor poate da ochilor, culoarea albastră, verde, maro, neagră). În
interiorul celulelor, ADN-ul este organizat în structuri lungi, denumite cromozomi. Un om are
46 de cromozomi. Cromozomii se găsesc în nucleul celulei și sunt formați dintr-o combinație
de gene.
Similar, cromozomii algoritmilor genetici sunt formați din gene, iar asupra lor se
execută operațiile genetice (selectare, încrucișare, mutație). Populația de șiruri de numere
(biți) obținută prin alăturarea parametrilor funcției de optimizat se numește cromozom (sau
genotipul genomului) codează soluțiile candidate, numite indivizi.
În biologie, genotipul este dat de ADN și reprezintă informația moștenită. Conține
instrucțiunile despre cum se construiește ceva, o soluție.
În inginerie, genotipul poate fi comparat cu o listă cu toți parametrii necesari pentru a
construii o mașină, sau a configura un program cu rețele neuronale, de exemplu: nr. de noduri
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
162
de intrare, nr. neuroni, legături, ponderi, rata de învățare. Fiecare parametru poate fi
considerată o genă.
Anumite combinatii de parametrii/ gene pot fi mai bune decât altele. Evoluția este o
căutare în acest spațiu n-dimensional (Figura 9-19) al combinațiilor de gene, pentru a găsi cea
mai bună combinație.
Figura 9-19 Spațiul n-dimensional (3D) al combinațiilor de gene.
9.2.3 Stadiul actual al utiliz ării algoritmilor genetici în optimizarea proceselor și func ționării instala țiilor din construc ții
Mai mulți cercetători au scris articole în care prezintă diverse abordări de realizare a
unui algoritm genetic pentru optimizarea funcționării instalației de ventilare.
Nabil Nassif et al (2003) au optimizat strategia de control pentru instalația de ventilare
climatizare folosind un algoritm genetic cu doua obiective clasice: consumul de energie și
confortul termic.
Kolokotsa et al. (2002) folosesc un controler fuzzy optimizat cu algoritmi genetici
pentru a controla mediul dintr-o clădire. Tehnicile de optimizare ale algoritmului genetic sunt
aplicate pentru a deplasa funcțiile de apartenență ale controllerului fuzzy, pentru a satisface
preferințele ocupanților și a minimiza consumul de energie. Algoritmul genetic are ca scop
satisfacerea cerințelor ocupanților și în același timp reducerea consumului de energie. După
extragerea valorilor optime pentru comfort de către A.G., controllerul fuzzy este acordat să
producă noile condiții de mediu interior.
Autorul consideră că funcțiile de cost dau calitatea mediului interior rezultat. În timp ce
algoritmul genetic produce combinații posibile ale PMV de exemplu ”-1,7”, ceea ce duce spre
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
163
senzația de rece, trebuie considerat și efectul acestei temperaturi asupra productivității muncii.
Factorul uman nu trebuie exclus din bucla de reglare, el este cel mai important.
Chang și Yifei (2011) folosesc o rețea neuronală artificială de tip Radial Base
Function pentru a calcula valoarea PMV. În cazul rețelei de tip RBF următorii parametrii sunt
importanți: ponderea de ieșire Wi, centrele cij și lățimile bi. Un algoritm genetic este folosit
pentru a optimiza parametrii rețelei neuronale artificiale RBF.
9.2.4 Descrierea modului de func ționare al algoritmilor genetici. În principiu, un algoritm genetic caută cea mai bună combinație de parametrii de
intrare pentru o funcție, în timp ce satisface anumite criterii. Funcția asupra căreia se aplică
optimizarea se numește obiectiv, (pot fi multiple), iar condiția în funcție de care se realizează
optimizarea se numește constrângere (pot fi multiple). Constrângerea este implementată prin
valori ale intervalului de variație ai anumitor parametrii (de exemplu: consum de energie,
temperatură etc). Funcția de cost este o sumă ponderată de diferențe ridicate la pătrat, între
valorile inițiale și cele optimizate ale parametrilor din constrângere. Optimizarea multi-
obiectiv este realizată prin minimizarea funcției de cost. Tuturor combinațiilor de parametrii li
se calculează gradul de potrivire (fitness rate-ul), definit ca inversul funcției de cost:
fit F=1/cost F
Interesează combinațiile pentru care gradul de potrivire (fit F) este mare, de aceea
funcția de cost (cost F) trebuie minimizată.
Combinațiile cu grad de potrivire ridicat sunt selectate și evoluate în speranța obținerii
de combinații cu grade de potrivire mai bune. Nu doar combinațiile cele mai bune sunt
selectate ci și o parte din cele cu scor de potrivire mic, deoarece nu există nici o garanție că
cele mai bune soluții din epoca prezentă vor conduce la cele mai bune soluții de viitor.
Pentru a exemplifica acestea se consideră funcția din Figura 9-20.
Dată fiind o funcție ( de exemplu funcția fitness (funcția grad de potrivire)-definită
anterior) se cere să se găsească punctele extreme, în acest caz punctele de maxim. Deoarece
nu se cunoaște unde sunt punctele de extrem sau dacă funcția este continuă, se crează o
populație de soluții, răspândite uniform pe suprafața graficului funcției din Figura 9-20. Unii
membrii ai populației se află în locuri de minim, în timp ce alții se află în apropiere de valori
maxime.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
164
Deoarece algoritmii genetici (A.G) calculează valoarea funcției doar în punctul în care
sunt aplicați, și nu pot calcula gradientul de variație a mărimii de ieșire, metoda de căutare a
extremelor cu A.G. nu poate garanta găsirea maximului fără o explorare infinită20 a
domeniului.
Figura 9-20 Populația de indivizi la generația întâi. Exemplu de funcție de potrivire (fitness function). (Sursa http://computing.dcu.ie/~humphrys/Notes/GA/evolution.html#natural.evolution )
Ca urmare, membrii populației care au cele mai mari valori ale funcției de potrivire se
reproduc (noua generație crează o nouă polulație de data aceasta în jurul punctelor de maxim),
după cum se poate vedea în Figura 9-21. Trebuie menționat faptul că nu doar singura soluție
cea mai bună se reproduce, ci un număr de membri cu cele mai bune valori. Astfel se păstreză
viabile mai multe opțiuni de evoluție. Motivul este că nu se poate știi dacă cei mai buni
membri ai generației actuale se află pe panta către punctul de maxim global, ce va fi atins în
generațiile viitoare.
Deoarece optimizarea se face pe un interval de funcționare, algoritmii genetici
functionează pe un domeniu, în care există anumite limitări date de de limitele procesului
(tehnologic) ce trebuie optimizat. Ideea care stă la baza folosirii operatorilor (mutație,
încrucișare) este de a transformă o soluție viabilă într-o altă soluție viabilă și în eliminarea
egalităților prezente în setul de constrângeri.
Concluzionând, algoritmul genetic poate fi asemănat cu o populație de cercetași care
nu cunosc teritoriul, dar încearcă să determine punctele extreme (de maxim), nu printr-o
deplasare continuă ci prin încercări discrete (un fel de salturi). Dacă saltul este prea mare,
vărful (punctul de extrem) poate fi ratat.
20 O teoremă matematică spune că între oricare două puncte există un alt punct, deci domeniul este infinit.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
165
Figura 9-21 Populația produsă la generația a 7-a. Se observă popularea în special a zonei maximelor.
9.2.5 Reprezentarea cromozomilor
Scopul reprezentării cromozomilor este să codifice toată informația folosită pentru
generarea de cod. Genele sunt memorate într-o ordine secvențială. Astfel, fiecare genă a
cromozomului poate reprezenta o operație matematică de exemplu. Valoarea genei este allela
și exprimă o informație.
Un cromozom cu 8 gene poate fi sub formă de șir de numere (biți) ca cel de mai jos.
Informația este de obicei binară, dar poate avea și alte forme de reprezentare ( de exemplu
”vector dublu” in Matlab).
1 1 0 1 1 1 0 1
9.2.6 Compara ție în reprezentarea func țiilor: Algoritmi Genetici comparativ Re țele Neuronale Artificiale.
În cazul rețelelor neuronale, scopul este de a corela o intrare cu n-dimensiuni cu
mărimea (valoarea) de ieșire corespunzătoare corectă. Cu alte cuvinte avem de-a face cu
reprezentarea funcției pe domeniul de definiție. Condiția este ca ieșirile să fie corecte pentru
multe intrări reprezentative de pe întreg domeniul de definiție.
În cazul algoritmilor genetici, scopul este de a găsi intrarea cu ”n-dimensiuni” care
conduce la cea mai mare mărime de ieșire. Aici nu este nevoie să realizăm reprezentarea
funcției pe domeniul de definiție (Humphrys).
Condiția este că dată fiind orice intrare, se cere să se prezinte ieșirea.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
166
Algoritmii genetici sunt utili când dorim să găsim și să folosim cea mai bună
combinație de n-parametrii. Nu interesează rezultatele celorlalte combinații.
Diferențe între algoritmii genetici și rețelele neuronale artificiale (Humphrys):
- Căutarea soluțiilor în spațiul stărilor- în acest caz există de obicei o distanță euristică
față de obiectiv. În cazul algoritmilor genetici, nu există nici o idee cât de departătă este
poziția actuală în care căutăm soluția față de soluția optimă.
- Rețelele neuronale artificiale- în cazul rețelelor neuronale artificiale se poate măsura
eroarea la antrenarea rețelei și chiar și un gradient, astfel încât să se știe dacă eroarea scade
sau crește.
În concluzie, în cazul algoritmior genetici, gradul de potrivire (fitness rate-ul) oferă
mai puține informații decât măsurarea erorii la rețelele neuronale. Algoritmii genetici
calculează valoarea funcției doar în punctul unde au fost aplicați și nu panta sau gradientul de
variație. Astfel nu se poate știi direcția în care trebuie modificate genele.
9.2.7 Etapele procesului de optimizarea folosind al goritmi genetici
Evoluția pornește de obicei de la o populație de indivizi generată aleator. Pe parcursul
fiecărei generații, gradul de potrivire al fiecărui individ este evaluat. Etapele de optimizare
sunt prezentate în Figura 9-22.
Toți indivizii populației sunt inițializați (1) și evaluați (2). Mai mulți indivizii care ar trebui să
își mențină moștenirea genetică sunt selectați probabilistic în etapa (3). Operatorul de
încrucișare (4) este primul care efectuează recombinarea informației genetice prin selectarea a
doi indivizi și mutarea unei părți din informația genetică de la unul la celălalt.
Ulterior, operatorul mutație (5) creează nou material genetic prin modificarea allelelor.
În final, indivizii sunt evaluați din nou (6). Procesul se reia iterativ până la indeplinirea
condiției de terminare ce poate fi un număr maxim de iterații impus sau atingerea
convergenței.
O caracteristică deosebit de importantă a algoritmilor genetici este ca materialul
genetic de calitate să fie transmis generațiilor viitoare. Acest fapt permite revenirea la decizii
eronate facute la un pas de optimizare anterior. Ca urmare, algoritmii genetici sunt folositi
pentru a rezolva probleme de optimizare neliniare.
Una din marile probleme ale folosirii algoritmilor genetici este găsirea unei reprezentări potrivite pentru problema de optimizat.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
167
Figura 9-22 Etapele de optimizare în cazul algoritmului genetic.
9.2.8 Utilizarea algoritmilor genetici în MATLAB pe ntru optimizarea st ării de bine
Matlab este un program destinat aplicațiilor tehnice, cu posibilități de dezvoltare de
aplicații prin intermediul ”Toolbox-urilor”. Pentru acest capitol autorul folosește Toolbox-ul
”Genetic Algorithm Tool”.
Cercetătorul propune folosirea algoritmilor genetici cu scopul de a optimiza starea de
bine a ocupanților dintr-o clădire. Deoarece algoritmii genetici optimizeză o funcție, în sensul
de minimizare a ei, iar interesul este de a avea un mediu care să conducă la un nivel de stare
de bine cât mai mare, funcția ”ISBfunctie” (Figura 9-23) asupra căreia se aplică minimizarea
este de fapt inversa expresiei Indicelui Stării de Bine. (ISBi=1 / ISB). Minimizarea inversului
conduce la maximizarea indicelui stării de bine. Funcția ”ISBfuncție” este scrisă de autor în
programul Matlab și se găsește în capitolul Anexe al tezei. Rolul funcției ”ISBfunctie” este de
a citi o bază de date cu răspunsuri privitoare la satisfacția ocupanților cu toate aspectele de
mediu dintr-o clădire ( de la satisfacția termică la satisfacția cu finisajele) și de a calcula
Indicele Stării de Bine. Pentru a fi folosită (Figura 9-23) în toolboxul de Algoritmi Genetici,
funcției ”ISBfunctie” i-a fost adaugată o nouă linie de cod care calculează inversul indicelui
stării de bine.
1. Inițializare
2.Evaluare
3. Selectie
4.Încrucișare
5.Mutatie
6.Evaluare
cel mai bun individ
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
168
Figura 9-23 Fereastra toolboxului pentru algoritmi genetici din MATLAB cu funcția indicelui de stare de bine ”ISBfunctie” introdus ă ca functie de optimizat (prima căsuță din stânga sus), și cei 7 factori ai ISB.
În teză, pentru a demonstra viabilitatea principiului de optimizarea a mediului dintr-o
clădire pentru starea de bine a ocupanților, autorul a rulat algoritmi genetici (Figura 9-24)
pentru a maximiza satisfacția per ansamblu cu clădirea.
Intrările în baza de date folosită de algoritmii genetici sunt 7 răspunsuri ale ocupanților
la chestionare cu privire la satisfacția termică (confortul termic), satisfacția cu condițiile de
iluminat (confortul vizual), satisfacția cu calitatea aerului (confortul olfactiv) dar și
caracteristici ale clădirii care produc satisfacție și nu au o categorie de confort atașat. De
exemplu satisfacția cu finisajele folosite în clădire, pe mobilier, satisfacția cu prietenia clădirii
cu ocupanții (chiar așa se numește rubrica din chestionar) dovedesc încă o dată faptul că
starea de bine este mai mult decât confort.
În Figura 9-24 sunt prezentate rezultatele rulării unui algoritm genetic, cu următoarea
interpretare:
În Figura 9-24, figura de pe rândul 1, coloana 1 este prezentată cea mai bună valoare a
funcției ”ISBfunctie” introdusă în algoritmul genetic, împreună cu generația la care a apărut.
Astfel, acest grafic se reduce la un punct, de aceea pare gol. Însă valoarile prezentate deasupra
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
169
sa (Best=0,2849, Mean= 0,5189) sunt validate prin reprezentarea grafică din Figura 9-25 a
datelor generate în Matlab.
Figura 9-24 Rezultatele rulării algoritmului genetic pentru determinarea combinație optime pentru starea de bine.
Se observă valoarea minimă de 0,2849, imediat sub linia orizontală de 0,3, și faptul că
toate valorile sunt distribuite de-o parte și de alta a valorii 0,5, ceea ce explică media media de
0,5189 calculată de algoritmii genetici.
Valoarea minimă de 0,2849 a funcției ”ISBfunctie” reprezintă de fapt inversul valorii
maxime a indicelui stării de bine. Valoarea minimă a funcției este găsită de algoritmul genetic
în urma procedurilor de încrucișare, mutație etc, aplicate asupra vectorilor de intrare din
Figura 9-24, figura de pe linia 1 coloana 2, este de fapt:
3,510,2849
1
ISBinvers
1 ISB ===
În Figura 9-24, figura de pe rândul 1, coloana 2 (partea dreaptă sus) sunt prezentate
valorile celor 7 componente ale vectorului de intrare (componentele satisfactiei) pentru
individul cu cea mai bună valoare a ratei de potrivire (fitness function) din generația actuală.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
170
Valoarea ISBfunctie
00,10,20,30,40,5
0,60,70,80,9
1
1 8 15 22 29 36 43 50 57 64 71 78 85 92 99
Nr set de date
Val
oare
a IS
Bfu
nct
ie d
in A
lg
Gen
etic
Valoarea ISBfunctie
0,2948 valoarea identificate de Algoritmul Genetic ca fiind cea mai bună.
Figura 9-25 Graficul valorilor calculate de algoritmii genetici confirma rezultatele din fereastra cu rezultate a toolboxului algoritmilor genetici (Figura 9-24).
În Figura 9-24, figura din coloana 2 randul 2 este prezentată o histogramă a valorilor
ratei de potrivire (fitness rate-ul) pentru generatia actuală. Se observă că majoritatea valorilor
sunt în jurul valorii 0,5, ceea ce corespunde cu valorile ratei de potrivire pentru fiecare din cei
20 de indivizi prezentate în figura de pe rândul 3, coloana 1.
În practică, optimizarea funcționării clădirii de către algoritmi genetici necesită o bază
de date cu înregistrări ale valorilor factorilor de mediu, consumului de energie, dar și
înregistrări ale satisfacției ocupanților produsă de acești factori de mediu. Legătura între
logica fuzzy și algoritmii genetici se face prin baza de date, prin intermediul valorii
temperaturii optime pentru productivitate sau a altor aspecte evaluate cu logică fuzzy de
sistemele instalate în clădire. În teză, sistemul cu logică fuzzy este demonstrativ și se rezumă
doar la evaluarea satisfacției ocupanților cu temperatura. În practică algoritmii genetici
generează combinații optime valorile parametrilor de mediu, dpv. al constrângerilor date de
limitarea intervalului de variație pentru unii parametrii, cum sunt: temperatura mediului
pentru a asigura condițiile de productivitate a muncii și limitarea consumului de energie.
Combinațiile factorilor de mediu vor fi experimentate de ocupanții care vor oferi feed-
back asupra modului cum se simt în aceste condiții, iar sistemul de control al clădirii
inteligente (Figura 10-6) prin intermediul interacțiunii cu ocupanții prin logicii fuzzy vor cere
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
171
algoritmului genetic noi combinații de factori de mediu, dacă cele generate nu satisfac
ocupanții. Procesul se reia, până când combinațiile de factori de mediu cu cea mai mare rată
de potrivire sunt evoluate și aplicate prin sistemul de gestiune tehnică a clădirii.
În concluzie, funcția ”ISBfunctie” folosită de algoritmii genetici a căutat combinațiile
de valori ale satisfacției cu temperatura, iluminatul, calitatea aerului etc, care conduc la o
valoare maximă a indicelui de stare de bine a ocupanților, dar la o valoare minimă a funcției
inverse. Similar, pe o bază de date cu înregistrări de temperaturi măsurate, temperaturi setate
ca referințe, energie consumată de chillere, cazane etc, algoritmii genetici vor căuta acele
combinații care satisfac mai multe constrângeri simultane (stare de bine, confort, economie de
energie) și astfel per ansamblu devin o combinație optimă pentru funcționarea clădirii,
combinație care cu greu, dacă nu imposibil, poate fi determinată de un administrator tehnic de
clădire. Astfel autorul a demonstrat cum pot fi folositi algoritmii genetici în determinarea
stării de bine din clădirile inteligente.
9.3 Logica Fuzzy Este mai bine să fii aproximativ corect decât precis greșit.
(Warren Buffett21)
9.3.1 Motivarea necesit ății utiliz ării logicii fuzzy în controlul instala țiilor
Instalațiile din clădiri sunt afectate de perturbații, iar semnalul transmis în sistemele de
control ale clădirii este de asemenea afectat de zgomot, produs fie datorită funcționării
instalației în sine, fie datorită problemelor de compatibilitate electromagnetică. Ca urmare
mărimea măsurată pe proces este afectată de erori și valoarea devine incertă. Sistemele
moderne de control trebuie să fie robuste (Larionescu și Caluianu, 2000). Aceasta se poate
face folosind logica mulțimilor vagi și implicit logica fuzzy.
Oamenii nu sunt buni la raționamente exacte, dar sunt buni la raționamente relative,
conform Philip Beaman de la School of Psichology, University of Reading. Oamenii nu pot
aprecia exact o temperatură, însă pot spune despre un mediu că este răcoros, cald sau
fierbinte. Limitele acestor calificative nu sunt exacte, ele sunt incerte, exact ca în logica fuzzy.
Pe de o parte avem clădirile care necesită sisteme de control cu logică fuzzy pentru a face
față impreciziei mărimior măsurate. Pe cealaltă parte avem ocupanții, care de asemenea
21 Traducerea maximei ”It is better to be approximately right than precisely wrong.” aparține autorului.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
172
evaluează mediul în care se află, și obțin senzații, descrise de noțiuni incerte și nu cu valori
exacte. Oamenii pot spune de exemplu: simt că este cam frig, sau aș prefera mai cald, și nu
pot măsura exact cu corpul temperatura mediului de 17,25°C etc.
Deoarece oamenii au simțuri prin care simt efectul combinat al tuturor factorilor de
mediu asupra lor, iar inteligența de care dispun le permite să raporteze satisfacția resimțita la
anumite valori ale factorilor de mediu asupra lor în funcție de activitatea pe care o desfășoara,
autorul consideră că ocupanții sunt cei mai buni senzori. Deoarece ocupanții sunt cei mai buni
senzori și pe baza rezultatelor studiilor statistice despre comportamentul și satisfacția
ocupanților cu clădirile și instalații, autorul consideră că ocupanții trebuie introduși în bucla
de reglare a instalațiilor din clădirile inteligente (Figura 4-1).
Pentru a demonstra acest deziderat, autorul a conceput un sistem cu regulator cu
logica fuzzy pentru comunicarea între ocupanți și sistemele de gestiune tehnică a clădirii
(BMS-ul), sistem implementat fizic pe un microcontroler AVR ATMega2560. Regulatorul
fuzzy a fost proiectat în programul științific MATLAB, toolboxul Fuzzy Logic, simulat și
implementat în SIMULINK, și apoi transformat în cod mașină și implementat fizic pe
microcontrolerul AVR Atmega2560. Funcționarea regulatorului fuzzy a fost verificată de
asemenea în programul PROTEUS.
Având în vedere că raționamentul pe baza impreciziei este comun atât sistemelor de
control cât și ocupanțiilor, autorul este de părere că logica fuzzy este tehnica potrivită pentru a
realiza interacțiunea sistemelor de control a clădirii cu ocupanții clădirii.
Logica fuzzy este o tehnică a Inteligenței Artificiale, folosită în microelectronică, ce
furnizează metodele reprezentării și manipulării cunoștințelor descrise imperfect, vagi sau
imprecise și stabilesc o interfață între datele descrise simbolic (cu cuvinte) și numeric (cifre).
(Caluianu, 2000:9)
În domeniul instalațiilor, pentru controlul procesele liniare (care depind de un singur
parametru) sau cele care se pot descompune în procese liniare se aplică teoria clasică de
automatizare.
În cazul în care procesele nu mai au o comportare liniară (depind de mai mulți
parametri, mărimi de intrare notate Xi) se aplică metode de reglare ce folosesc logica fuzzy.
Pentru aceasta se aplică teorema de aproximare fuzzy (Figura 9-26):
-curba de control se acoperă pe bucați (cu petice).
- fiecare petic reprezintă o regulă fuzzy.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
173
Figura 9-26 Teorema de aproximare fuzzy. Un alt punct de vedere care conduce la aplicarea logicii fuzzy în controlul proceselor neliniare
este dat în (Caluianu,2000:168):
„Interesul manifestat în literatura de specialitate pentru utilizarea unui controler fuzzy
există datorită posibilității de a face abstracție de un model formal al sistemului de
comandat, utilizăndu-se numai cunoștințele calitative ale unui expert.”
Aceste cunoștințe sunt exploatate sub forma unui ansamblu de reguli de tipul:
„DACĂ........ATUNCI......” „DACĂ ieșirea este Y1, ATUNCI comanda este U1” .... „DACĂ ieșirea este Yn, ATUNCI comanda este Un” Se poate spune că aceste reguli acoperă porțiuni din curba de control, sau că definesc
pe porțiuni funcția ce descrie procesul.
Echipamentul care stă la baza controlului fuzzy al instalațiilor este regulatorul fuzzy.
9.3.2 Proiectarea regulatorului cu logic ă fuzzy
Rolul regulatoarelor folosite în instalații este de a controla funcționarea instalației pe
care sunt instalate, prin acționarea asupra unui element de execuție. Structura fictivă a unui
regulator de tip fuzzy este prezentată în Figura 9-27, iar în Figura 9-28 este prezentat
regulatorul fuzzy realizat de autor în programul științific MATLAB, toolboxul cu logica
fuzzy. Regulatorul fuzzy realizat de autor este de tip Mamdani și este destinat controlului
temperaturii mediului ambiant la o valoare a temperaturii optimă pentru productivitatea
muncii, aleasă pe baza studiilor științifice prezentate anterior în teză.
Figura 9-27 Structura unui sistem de reglare automată cu regulator fuzzy.
Fuzzyficare Reguli+Inferență Defuzzyficare
Regulator fuzzy ε U
Element execuție
Traductor
Proces
Y( mărime de iesire) Yr
R
Xe
Y
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
174
Regulatorul fuzzy din Figura 9-28 a fost realizat după parcurgerea următoarelor etape:
(1) Stabilirea numărului de intr ări fuzzy în regulator. Autorul a considerat
reprezentative următoarele două mărimi de intrare fuzzy:
-Senzația Termică Actuală resimțită de ocupantul clădirii.
-Confortul Termic Dorit de către ocupantul clădirii.
Am considerat reprezentative aceste două mărimi de intrare fuzzy deoarece prima
descrie starea actuală, în timp ce a doua descrie direcția în care trebuie modificați factorii de
mediu. Mai mult decât atât, mărimile sunt introduse în sistem cu regulator fuzzy prin două
potențiometre liniare chiar de către ocupanții clădirii, ocupanți care sunt cei mai buni senzori,
iar faptul că li se acordă puterea de a influența mediul are efect asupra reducerii stresului și
contribuie la starea de bine și la mărirea productivității muncii prin ”Efectul Hawthorne”,
după cum am argumentat anterior. Nu am folosit ca mărimi de intrare în regulator valori de la
nici un tip de senzor uzuali în clădiri deoarece ar fi fost un demers ce ar fi anulat avantajul
utilizării logicii fuzzy. După cum am prezentat în subcapitolul ”Confortul Termic”, un mediu
este caracterizat dpv. al confortului termic asupra ocupanților, nu doar de către mărimi fizice
măsurabile direct (senzori de temperatură a aerului și a globului negru, de umiditate, de viteză
a curenților de aer, presiune de saturație a vaporilor de apă), ci și de factori personali ce țin de
variabilitatea ocupanților (gradul de izolație termică a hainelor, de nivelul metabolic, de
factori psihologici, fiziologici, de gradul de control asupra clădirii ), adică factori ce nu pot fi
măsurați cu senzorii și traductoarele din dotarea uzuală a clădirilor. O parte din acești factori
pot fi agregați în indicele PMV al senzației termice, însă acest indice este calculat statistic, și
nu ține cont de efectul real asupra ocupanților reali ai clădirii.
Sistemul cu logică fuzzy încorporată pe microcontrolerul AVR ATMega2560, propus de
autor, este un mare pas înainte în controlul clădirilor (fie ele și inteligente) deoarece
controlează instalațiile din clădire pe baza preferințelor reale ale ocupanților, nu cele obținute
pe bază statistică.
(2) Stabilirea numărului de ieșiri. Autorul a considerat temperatura mediului ca
mărime de ieșire din regulatorul fuzzy. Temperatura mediului este temperatura resimțită de
ocupanții clădirii și depinde nu doar de temperatura aerului ci și de temperatura medie de
radiație, viteza curenților de aer, umiditate, conform celor prezentate anterior în capitolul
despre productivitatea muncii și tipurile de confort.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
175
Figura 9-28 Regulatorul fuzzy realizat de autor în programul MATLAB. Regulatorul fuzzy este folosit pentru optimizarea productivita ții muncii prin modificarea temperaturii mediului.
Ieșirea din regulatorul fuzzy este o temperatură optimă pentru productivitatea muncii,
și nu un grad de deschidere a unei vane etc, deoarece valoarea optimă a temperaturii calculată
de regulatorul fuzzy este introdusă înt-un algoritm genetic ce are rolul de a determina valorile
optime ale factorilor de mediu pentru starea de bine a ocupanților și economia de energia.
Algoritmii genetici transmit la rândul lor către sistemul de gestiune tehnică a clădirii
setările optime, iar echipamentele de acționare de la nivelul de câmp sunt cele care închid
vanele de pe conducte, pornesc pompe, surse de căldură, frig, instalații de ventilare etc.
(3) Definirea domeniilor de definiție fuzzy (parcelarea fuzzy) a fost făcută ținând
cont de principiul conform căruia este permisă intersecția doar pentru graficele funcțiilor de
apartenență consecutive. Datorită faptului că graficele a două funcții de apartenență
consecutive se suprapun, o valoare poate aparține celor două domenii consecutive de definiție,
însă cu grade diferite de apartență la acel domeniu. De exemplu, un vot neutru pentru senzația
termică poate aparține cu diverse grade de apartenență subdomeniilor: neutru, ușor cald sau
ușor rece.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
176
Figura 9-29 Definirea funcțiilor de apartenență pentru ” Satisfacția Termică Actuală” și ”Confortul termic dorit” pe domeniul de definiție de la -3 la +3, conformă cu standardul SR-EN -ISO7730.
Definirea domeniilor fuzzy a condus la următoarele rezultate:
- Senzația Termică Actuală (Figura 9-29) și Confortul Termic Dorit (mărimile de
intrare) au fost definite similar pe un domeniu de la -3 la +3, conform domeniului indicelui
Vot Mediu Prezis (PMV) din standardul de confort termic SR EN ISO 7730:2006. Diferența
între o valoare din standardul ISO7730, și una folosită de sistemul propus de autor pentru
interacțiunea în timp real ocupant-clădire, este că valoarea din sistemul autorului exprimă
senzația reală produsă de clădire asupra ocupanților, în timp ce valoarea din standard este
calculată statistic, fără legătură cu senzația reală a ocupanților. Autorul folosește doar scara
de măsură -3+3, semnificația fiind cea prezentată. Mai mult decât atât, metoda de introducere
a răspunsului ocupanților prin intermediul a două potențiometre permite un domeniu continuu
de răspuns (orice valoare) între -3 și +3, nu doar o valoare întreagă, cum se practică răspunsul
la alte tipuri de sondaje, metoda autorului aducând avantajul preciziei.
Similar categoriilor de vot mediu prezis din standardul ISO7730, autorul a definit
următoarele 7 funcții de apartenență trapezoidale și domeniile lor, corespunzătoare senzațiilor
termice percepute și dorite de către ocupanții clădirii. Coordonatele funcțiilor de apartenență
trapezoidale sunt date de 4 valori, reprezentând colțurile poligonului. După cum se poate
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
177
observa în Figura 9-29, funcțiile de apartenență pentru mărimile de intrare și coordonatele lor
sunt:
– Frig ( -3, -3, -2, -1,5) – Răcoare (-2,5,-2,-1,-0,7) – Ușor răcoare (-1,5, -1,-0,7,0) – Confortabil (Neutru) (-0,7, -0,7,+0,7,+0,7) – Ușor Cald (0,+0,7, +1, +1,5) – Cald (+0,7, +1,+2,+2,5) – Fierbinte (+1,5, +2, +3,+3)
Funcția de apartenență Confortabil (sau Neutru) a fost definită în intervalul (-
0,7; +0,7) deoarece standardul SR EN ISO7730:2006, în TabelulA1 definește pe intervalul
PMV (-0,7, +0,7) trei clase de confort A (PMV= -0,2; +0,2), B (PMV= -0,5; +0,5) , C (PMV=
-0,7; +0,7) în care poate fi încadrat mediul dintr-o clădire cu ambianță termică moderată.
- Temperatura optimă de productivitate a muncii a fost definită pe un domeniu cuprins
între 15-35°C. Forma curbei rezultante (înfășurătoarea) este similară cu forma curbei de
variație a productivității muncii cu temperatura reprezentate în Figura 6-3 și Figura 6-4,
conform Rehva Book #6 (Wargocki et al., 2006:30).
Deoarece intervalul de valori posibile ale gradului de apartenență fuzzy (0...1)
corespunde cu domeniile de valori al performanței relative în muncă (0....1), autorul a
construit funcțiile de apartenență fuzzy cu un grad de apartenență maxim similar valorii
performanței relative în muncă funcție de temperatură.
Domeniile fuzzy au fost realizate cu funcții de apartenență de tip produs sigmoidal,
pentru a putea realiza diversele grade de apartenență mai mici decât 1, la fel cum
productivitatea muncii scade procentual față de valoarea maxima 100% =1, o dată cu
temperatura. După unii cercetători, productivitatea muncii este maximă în jurul temperaturii
de 21,5-22°C, după alții productivitatea scade cu 2% pentru fiecare grad Celsius în afara
intervalului 20-25°C. Ca urmare, mărimea de ieșire din regulatorul fuzzy are două funcții de
apartenență cu grad de apartenență maxim 1, pe intervalul 20-25°C, iar în afara acestui
interval gradul maxim de apartenență al funcțiilor este mai mic decât 1, de valoare egală cu
procentul de productivitate a muncii la temperatura respectivă (Wargocki et al. 2006:30).
Funcția de apartenență Produs Sigmoidal este rezultată din două curbe sigmoidale,
descrise de ecuația:
))(exp(1
1)(
kkk cxa
xf−−+
= Ecuația 9:13
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
178
în care: k=1,2. Parametrii a1 and a2 controlează pantele curbei din stânga și din dreapta.
Parametrii c1 și c2 controlează punctele de inflexiune pentru curba din stânga și dreapta.
Parametrii a1 și a2 trebuie să fie pozitivi și negativi.
Figura 9-30 Definirea funcțiilor de apartenență fuzzy pentru mărimea de ieșire. Domeniul de definiție 15-35°C și forma rezultată a curbei corespund curbei din graficul variația productivit ății muncii cu temperatura, prezentat anterior.
(4) Definirea regulilor fuzzy este operațiunea prin care se combină funcțiile de
apartenență ale intrărilor și a ieșirii cu ajutorul operatorilor matematici ”și”, ”sau”. Autorul a
urmărit ca prin definirea regulilor să asigure o ieșire pentru orice combinație de intrări și să
creeze o suprafață tridimensională cu variație aproximativ continuă.
Prin intermediul editorului de reguli fuzzy din MATLAB au fost definite 26 de reguli
fuzzy prezentate în Figura 9-31. Autorul consideră că este important ca suprafața de
reprezentare a regulilor din Figura 9-32 să fie uniform crescătoare, pentru ca variațiile mici
ale mărimilor de intrare să nu producă salturi în valoarea mărimii de ieșire, ci o variație
aproape liniară a temperaturii rezultante. În Figura 9-33 este prezentat grafic modul de
activare al regulilor fuzzy și ieșirea rezultată. Se observă faptul că fiecărei combinații de
intrări îî corespunde cel puțin o ieșire, iar combinației de răspunsuri stare actuală
”confortabilă” (0) termic și confort termic dorit ”ușor răcoare” (-0,5), regulatorul fuzzy dă o
valoare a temperaturii de 21,1°C, foarte apropiată de valoare de 21,5°C citată de cercetători
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
179
(Wargocki et al, Roelofson, Clements-Croome) ca fiind valoarea optimă pentru
productivitatea muncii.
Figura 9-31 Editorul de reguli fuzzy cu regulile folosite. Se observă că în total sunt 26 de reguli definite.
Un mediu ”ușor răcoare” (PMV= -0,5) este bun pentru productivitatea muncii
(Roelofson, 2001), iar regulatorul proiectat de autor calculează această valoare ca fiind 21,1C,
adică exact valoarea indicată de toți cercetătorii. Proiectarea regulatorului a ținut cont și de
răspunsul fiziologic al oamenilor, în special la evitarea șocului termic. Se poate observa din
forma graficului simetrică pe diagonala mare a paralelipipedului format de axele de
coordonate din Figura 9-33, că temperatura rezultantă depinde de starea actuală: un răspuns
senzație actuală ”fierbinte” și dorința de ”frig”, conduce la o temperatură de 21,1°C, mai mare
decât în cazul răspunsului senzație actuală ”frig” și dorința de ”frig” (16,18°C).
Această diferențiere a fost realizată de autor tocmai pentru a ferii ocupanții de șocuri
termice, dar a le permite în același timp să răcească/ încălzească mediul și în afara domeniului
optim pentru productivitate.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
180
Figura 9-32 Suprafața regulilor fuzzy. Se observă faptul ca regulile fuzzy au fost definite în așa fel să acopere și să asigure trecerea graduală pe tot domeniul de definiție de la frig (coltul -3, -3) spre fierbinte, colțul (+3,+3).
În concluzie, autorul consideră că a proiectat corect regulatorul fuzzy, deoarece
regulatorul fuzzy indică corect temperatura optimă pentru productivitatea muncii (21,1°C), și
permite devieri extreme de la condițiile optime, asigurând totuși protecția ocupanților la
șocuri termice.
9.3.3 Func ționarea regulatorului cu logic ă fuzzy
Dacă se consideră exclusiv nivelul simbolic al controlului se pot defini două tipuri de
controlere (Caluianu, 2000:176):
Un controler cu premize și concluzii simbolice determinat de un set de reguli care leagă
simbolurile Iii )(A ∈ de premize și simbolurile Iii )(B ∈ de concluzii. Aceste reguli definesc o
aplicație α(X) pe α(U).
Un controler cu concluzii procedurale determinat de un set de reguli care leagă în cel mai
simplu caz, simbolurile Iii )(A ∈ ale premizelor, de valorile numerice Iii )(U ∈ ale concluziilor.
Aceste reguli definesc o aplicație α(X) pe U.
Aplicația se notează în general cu ”r”.
Pentru controlerul cu premize și reguli simbolice, de tipul:
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
181
”Dacă a este Ai, atunci b este Bi”
Legea de comandă se obține după schema:
UUXX
UX
g
r
→ℑ→ℑ→↓↓
→
δϕ
αα
)()(
................
)()(
Ecuația 9:14
Legea de comandă este: )(xgu ϕδ oo= Ecuația 9:15
Pentru controlerul cu premize și reguli procedurale, de tipul:
”Dacă a este Ai, atunci b = Bi”
Legea de comandă se obține după schema:
UUXX
UX
rlx
r
→ℑ→ℑ→→
δ
αα)()(
)()( Ecuația 9:16
Legea de comandă este: )(xlxru ooδ= Ecuația 9:17
În mod clasic se disting trei părți distincte în structura unui controler fuzzy (Caluinau,
2000:168):
1. Fuzzyficarea intrărilor transformă o mărime scalară măsurată din proces, într-o
submulțime fuzzy printr-o aplicație notată φ. Aplicația φ asociază o măsură x părții fuzzy
definită prin următoarea funcție de apartenență (Caluianu, 2000:179):
xxpentruxx xx === '_,1)'()'( )( µµϕ Ecuația 9:18
xxpentruxx xx ≠== '_,0)'()'( )( µµϕ Ecuația 9:19
Pentru controlerele care folosesc concluzii procedurale, fuzzyficarea este realizată prin
interpolarea fuzzy lX(x) care asociază oricărei măsuri x o parte fuzzy a domeniului simbolic.
2. Inferența.
Pentru tipul de reguli simbolice, inferența poate fi văzută ca un calcul al părții fuzzy a
domeniului numeric U, imagine prin aplicația g a rezultatului defuzzzyficării. Graful lui g este
o parte fuzzy a produsului cartezian UX × . Pentru regulile cu concluzii procedurale,
inferența este calculul părții fuzzy a domeniului numeric U, imagine a interpretării fuzzy prin
aplicația ”r”. Graful este partea netă a produsului cartezian .)( UX ×α Controlerul Mandami
folosit de autor, este un controler ce utilizează reguli cu premize și concluzii simbolice.
(Caluianu, 2000:179,188). Calculul legii de comandă se bazează deci pe calculul imaginii
unei submulțimi fuzzy obținută printr-o aplicație. Inferență se desfășoară în subetapele:
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
182
2.1. Aplicarea operatorului fuzzy ”și”, ”sau” dintre regulile fuzzy. Operatorul ”sau”
selectează maximum, operatorul ”și” selectează minimumul dintre graficele a două funcții de
apartenență.
2.2. Aplicarea metodelor de implicație. Înainte se determină ponderea regulii, care
este un număr ce se aplică numărului dat de antecedent. Antecendentul este partea regulii de
după ”if”, până la ”then”. Intrarea în procesul de implicație este un număr asociat
antecedentului, iar ieșirea este o mulțime fuzzy.
2.3. Agregarea tuturor ieșirilor este prezentată în Figura 9-33, coloanele cu albastru
din dreapta iimaginilor. Deoarece deciziile sunt luate prin testarea tuturor regulilor fuzzy,
regulile trebuie combinate pentru a produce o decizie. Agregare este procesul prin care toate
multimile fuzzy ce reprezintă ieșirile sunt combinate într-o singură mulțime fuzzy. Agregarea
se produce o singură dată pentru fiecare variabilă de ieșire, înainte de defuzzyficarea finală.
Intrarea în procesul de agregare este o listă de funcții de ieșire truncate ce au rezultat din
procesul de implicație al fiecărei reguli. Ieșirea din procesul de agregare este o mulțime fuzzy.
Fiindcă agregarea este comutativă nu contează ordinea de execuție a regulilor.
5. Defuzzyficarea. Pentru cele două tipuri de controlere amintite, defuzzyficarea este
reprezentată de aplicația δ care transformă partea fuzzy a domeniului numeric U într-o
comanda de aplicat procesului. Defuzzyficarea este realizată prin metoda centrului de
gravitaței, metoda bisectoarei, metoda mijlocul maximului, metoda cel mai mic/ cel mai mare
maxim. Intrarea în procesul de defuzzyficare este mulțimea fuzzy agregată, ieșirea este un
număr. În general se utilizează metoda centrului de gravitate (Caluianu, 2000:187).
Fie F partea netă a mulțimii U pe care o considerăm infinită, iar N și M numărul de elemente
al părții fuzzy și al mulțimii U. În acest caz, media elementelor este:
N
uju
N
j∑ == 1 Ecuația 9:20
sau folosind funcția caracteristică a părții F
∑∑
=
==M
j jF
M
j jFj
uX
uXuu
1
1
)(
)( Ecuația 9:21
În cazul trecerii la cazul infinit, sumele se înlocuiesc cu părți integrale, iar pentru cazul
fuzzy nu se mai consideră funcția caracteristică, ci funcția de apartenență a părții fuzzy. Se
obține:
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
183
∑∑
=
==M
j jF
M
j jFj
u
uuu
1
1
)(
)(
µ
µ Ecuația 9:22
Această ecuație este folosită pentru defuzzyficarea mărimii de ieșire prin metoda
centrului de gravitate. În Figura 9-33 se observă în partea dreaptă jos, domeniul de definiție al
mărimii de ieșire, între 15 și 35 °C și o funcție fuzzy de ieșire activată (cea cu albastru) ,
pentru care centrul de greutate este marcat cu linia roșie. Centrul de greutate corespunde
valorii 21,1°C, valoare indicată în partea stângă sus ”TempProductiv=21,1°C”.
Figura 9-33Vizualizarea regulilor fuzzy. În cele două imagini se observă ca în total sunt 26 de reguli care acopera tot domeniul de definiție.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
184
Capitolul 10 Utilizarea microcontrolerului AVR pent ru controlul cl ădirilor inteligente și interac țiunea cu persoane cu nevoi speciale
În acest capitol autorul propune și descrie un sistem de a implementa inteligența
artificială pentru controlul clădirilor inteligente prin interacțiunea ocupanților cu sistemele de
control a clădirii. Prin intermediul acestui sistem cu microcontroler și inteligență artificială,
între ocupanți și clădire se stabilește o buclă de feedback, prin care clădirea se adaptează în
permanență la ocupanți. Modul de realizare a buclei de feedback între ocupanți și clădirea
inteligentă este prezentat în Figura 1-1 (reluat în Figura 4-1). Ideile prezentate în această
figură sunt completate de schema din Figura 10-1, care cuprinde firul logic al realizărilor tezei
de doctorat. În continuare este descris sistemul informatic hardware și software, prezentare
susținută cu imagini de pe parcursul realizării.
10.1 Descrierea sistemului cu inteligen ța artificial ă de interac țiune om-cl ădire inteligent ă
Deoarece sistemul de interacțiune între ocupanți și clădire folosește inteligența
artificială, iar inteligența artificială (rețelele neuronale și algoritmii genetici) necesită o
cantitate mare de date pentru a rula, sistemul cu inteligență artificială are nevoie să acceseze
baze de date predefinite sau create ca urmare a exploatării clădirii inteligente. Bineînțeles,
instalațiile din clădiri pot funcționa și fără să folosească baze de date și inteligență artificială,
clădirile pot fi inteligente și fără să folosească inteligență artificială, însă avantajul
conceptului de clădire inteligentă cu inteligență evolutivă introdus de autor este că folosește
inteligența artificială pentru următoarele scopuri ce aduc plus valoare clădirii.
10.1.1 Rolul re țelelor neuronale artificiale în func ționarea sistemului Rețele neuronale artificiale sunt folosite pentru a evalua automat și în timp real nivelul
de satisfacție al ocupanților cu mediul din clădire, pe baza datelor provenite de la diverse
traductoare de factori de mediu. Datele măsurate de traductoare sunt corelate cu răspunsurile
privind satisfacția ocupanților cu factorii de mediu și sunt stocate într-o bază de date. În cazul
în care răspunsul ocupanților cu privire la satisfacția cu mediul din clădire nu coincide cu
răspunsul calculat de rețeaua neuronală, răspunsul ocupanților este considerat corect și
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
185
conduce la declanșarea reantrenării rețelei neuronale (Figura 10-1). Datele necesare
reantrenării sunt preluate din baza de date.
Avantajele utilizării rețelelor neuronale sunt: (a) rețelele neuronale învață preferințele
de mediu ale ocupanților, (b) compară preferințele învățate cu cele calculate pe baza datelor
măsurate, și astfel vor menține parametrii de mediu în domeniul stării de bine a ocupanților.
În cazul în care valoarea calculată a (indicelui) stării de bine scade sub un anumit prag,
rețelele neuronale solicită algoritmilor genetici o nouă combinație optimă de valori de factori
de mediu. În cazul în care o combinație de valori ale factorilor de mediu este folosită
îndelungat, iar la un moment dat ea este declarată preferențială, i se atașează marca
”preferențial”, care îi va crește șansele de a fi selectată pe viitor de algoritmii genetici.
10.1.2 Rolul logicii fuzzy în func ționarea sistemului Logica fuzzy este folosită mulțumită avantajului ei de a interpreta răspunsurile
ocupanților, dintr-un limbaj natural folosit de ocupanții (ex: este cam cald și aș dori mai rece),
într-o mărime cuantificabilă și care poate fi folosită de sistemul de gestiune tehnică a clădirii
(ex: temperatura).
Autorul a folosit logica fuzzy în proiectarea unui regulator fuzzy, implementat pe
microcontrolerul AVR ATMega 2560. Microcontrolerul AVR cu regulator fuzzy încoporat
constituie unitatea de procesare a informației. Informația despre satisfacția ocupanților cu
clădirea este introdusă în sistem prin intermediul interfeței de intrare, formată din două
potențiometre de 10 kΩ cu caracteristică liniară. O variantă inițială a interfeței de intrare
realizată de autor era formată din 7 butoane cu revenire, corespunzătoare celor 7 trepte din
scara de evaluare a confortului termic din standardul SR EN ISO 7730:2006. Deoarece
metoda cu folosirea butoanelor conduce la probleme de mărire a numărului de porturi de
intrare , cu multiplu de 7 pentru fiecare intrare în regulatorul fuzzy, și deoarece cele 7 trepte
sunt discrete(-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3), în timp ce cursa potențiometrului permite un răspuns
continuu (orice valoare de la -3 la +3), autorul s-a decis asupra folosirii variantei cu două
potențiometre ca interfață de intrare.
Ceea ce leagă rezultatul din aplicarea logicii fuzzy cu algoritmii genetici este
”temperatura optimă pentru productivitatea muncii”. Rezultatul logicii fuzzy este temperatura
mediului pentru productivitatea muncii, folosita ca funcție de cost în algoritmii genetici ca sa
știe în ce direcție trebuie să optimizeze combinația de parametrii de mediu: spre a răcii sau
spre a încălzii.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
186
Figura 10-1 Contribuții la utilizarea inteligenței artificiale în determinarea stării de bine din clădirile inteligente
Baza de date a clădirii (locală (server, SD card) sau pe cloud (Google Docs))
Algoritmi Genetici
Valori optime pentru parametrii de mediu (temperatură etc)
Transmise spre aplicare
Sistemul de Gestiune Tehnică a Clădirii (BMS)
Automate Programabile
Elemente de execuție: robineți, contactoare....
Rețea Neuronală Artificială pt. evaluarea automată în timp real, INTELIGENTĂ.
Factorii de mediu Parametrii fiziologici
Scară de satisfacție pe 7 nivele pt. evaluarea ocazională, dar în timp real a satisfacției cu clădirea de către ocupanti. Ei sunt cei mai buni senzori.
o o o o o o o
http GET
httpPOST
Nivelul de satisfacție este imprecis, ”FUZZY”
Logica Fuzzy
COMPAR indicația RNA și FUZZY de la ocupanți, fuzzyficând rezultatul RNA
O temperatură a mediului optimă pentru productivitatea muncii, economie de energie și satisfacerea ocupanților.
Coincid Nu coincid
Modific ponderi rețea neuronală
Mediu satisfăcător, și stare de bine
Mediu NEsatisfăcător
Se memorează în baza de date combinația de valori ca preferențială
Valoare parametrii de mediu, consum energie, parametrii fiziologici, nivel satisfacție realizat
Mediul din clădire și ocupanții
cloud
Se solicită valori noi de la algoritmii genetici
În absența răspuns. ocupanților, RNA evaluează nivelul de satisfacție cu mediul
LCD +AVR microcontroler
Senzori / traductoare
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
187
10.1.3 Rolul algoritmilor genetici în func ționarea sistemului
Algoritmii genetici sunt cei care dau inteligența evolutivă a clădirii inteligente. După
cum indică și denumirea lor, pe măsură ce trece timpul, această tehnică a inteligenței
artificiale evoluează ”punctul de funcționare al clădirii ” spre valoarea sa optimă. În cazul
clădirilor inteligente ce folosesc inteligența artificială după schema realizată de autor,
prezentată în Figura 10-1, algoritmii genetici furnizează combinații optime ale parametrilor de
mediu în funcție de anumite condiții pentru optimizare (constrângeri). In exemplul din teză,
funcția de optimizat de algoritmii genetici este formula Indicelui Stării de Bine, dar in practică
se poate adăuga și o funcție pentru consumul de energie. Optimizări repetate ale valorilor
factorilor de mediu din clădire, pentru minimizarea consumului de energie dar creșterea
nivelului stării de bine (cuantificat prin indice) și coloborate cu feedback-ul din partea
ocupanților, conduc la determinarea celei mai bune variante de funcționare a clădirii, învățată
de rețelele neuronale artificiale.
Autorul definește termenul nou introdus de ”punct de funcționare al clădirii” ca
totalitatea valorilor factorilor de mediu, de satisfacție a ocupanților și de consum energetic,
care sunt agregați într-un indice ce indică performanța per ansamblu a clădirii, fără a se
rezuma doar la performanțele energetice. Determinarea sa este un subiect de cercetare ulterior
și nu face subiectul tezei.
10.2 Descrierea bazei de date folosit ă de sistemul cu inteligen ță artificial ă pentru controlul cl ădirilor inteligente
Funcționarea unei clădiri inteligente cu inteligență artificială evolutivă după schema din
Figura 10-1 implică prelucrarea unei baze de date. Bazele de date construite de sistemele
actuale de gestiune tehnică a clădirii (BMS-uri) nu pot fi folosite pentru sistemul prezentat în
Figura 10-1 deoarece cuprind doar parametrii de mediu și eventual consumul de energie, în
timp ce rularea sistemului după modelul propus de autor necesită informații variate, cum este
de exemplu satisfacția resimțită de ocupanți, sau anumiți parametrii fiziologici ai ocupanților.
Ca urmare, autorul propune creerea unei baze de date care să conțină valorile
parametrilor de mediu din clădire și exterior (temperaturi, concentratie de CO2, umiditate,
nivel iluminare, consum de energie etc), parametrii fiziologici ai ocupanților și nivelul de
satisfacție cu clădirea declarat de aceștia, prin interacțiunea cu sistemul pervasiv distribuit de
control individual al parametrilor de mediu.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
188
Baza de date poate fi stocată centralizat, pe un server la nivelul clădirii, pe Internet, în
cloud (de exemplu Google Docs), sau local pe un card de memorie SD, aflat pe placa
microcontrolerului AVR.
Deoarece baza de date începe să fie construită la darea în exploatare a clădirii, sistemul
pentru optimizarea funcționării clădirii (rețelele neuronale și funcția de optimizat a
algoritmilor genetici) este preconfigurat pe baza prelucrării statistice a bazelor de date
prezentate în teză. Pe parcursul exploatării clădirii baza de date a clădirii începe să se formeze
iar rețelele neuronale își corectează ponderile predefinite, la valori corespunzătoare specifice
clădirii și ocupanților în care este instalat sistemul. Astfel serviciile oferite de clădire
(satisfacția ocupanților, productivitatea muncii, calitatea mediului, economia de energie etc)
devin din ce în ce mai bune fiindcă inteligența artificială învață din evenimente reale stocate
într-o bază de date proprie clădirii, nu prin algoritmi predefiniți de lucru ca în cazul sistemelor
de control clasice.
Datele fiziologice ale ocupanților (temperatura membrelor (care conduc la senzația de
disconfort termic), puls, tensiune arterială, concentrația de CO2 și O2 în sânge), înregistrate cu
senzorii neinvazivi prezentați în capitolul precedent al tezei, pe perioada prezenței ocupanților
în clădire vor fi stocate local, pe un SD card de memorie, și constituie un fel de fișă de
sănătate a ocupantului. Pe lângă problemele morale și de securitate electronică a datelor,
ridicate de înregistrarea datelor fiziologice, (date cu caracter personal), există un avantaj.
Avantajul dat de înregistrarea datelor fiziologice ale ocupanților formează este că se formează
o fișă de consultație medicală continuă, în starea de sănătate a oamenilor, nu doar o singură
dată în prezența doctorului, și atunci cu valorile fiziologice normale modificate de afecțiune.
10.3 Progresul în serviciile oferite de cl ădiri adus de folosirea sistemului propus de autor
În opinia autorului, implementarea acestui sistem va transforma clădirile, din simple
clădiri cu destinație (ne)rezidențială în clădiri în care se desfășoară o activitate medicală
preventivă, telecare. Astfel sistemul de sănătate va fi transformat, fiindcă oamenii vor afla din
timp primele semne ale unei afecțiuni și vor lua măsuri pentru a trata afecțiunea minoră, și nu
se va mai ajunge la intervenția medicului.
Funcționarea sistemului se bazează pe faptul că ocupanții (oamenii) sunt cei mai buni
senzori iar inteligența de care dispun le permite să acorde ponderi personale factorilor de
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
189
mediu, astfel încât senzația de satisfacție resimțită este subiectivă, depinde de mulți factori și
nu poate fi calculată exact de către o formula matematică, însă sistemul cu inteligență
artificială propus de autor poate învăța condițiile de mediu care satisfac ocupanții și adaptează
clădirea la preferințele variabile ale ocupanților.
În opinia autorului, în fiecare cameră (birou) dintr-o clădire inteligentă ar trebui
instalat un astfel de sistem (ca în Figura 10-6, dotat cu senzori fiziologici și traductoare de
parametrii de mediu, care nu au mai fost incluse în imagine), deoarece conform rezultatelor
studiilor prezentate anterior în teză:
- majoritatea clădirilor nu oferă ocupanților posibilitatea de a controla mediul în care se află.
-ocupanții se simt stresați dacă nu pot prevedea și controla ceea ce li se întâmplă (nu pot
controla mediul din clădire).
-împuternicirea ocupanților clădirii de a controla instalațiile de ventilare climatizare a condus
la consumuri energetice mult mai mici decât în cazul controlului centralizat.
-oamenii sunt cei mai buni senzori și știu singuri cel mai bine cum să își facă un mediu
satisfăcător, dacă au posibilitatea.
-este momentul ca o clădire inteligentă să ofere servicii noi, cum este cazul serviciilor
medicale (preventive) la domiciliu (telecare).
10.4 Sistemul de control al cl ădirii cu inteligen ță artificial ă pentru persoane cu nevoi speciale
Privind problematica mediului construit din perspectiva oamenilor, a celor aflați la
capetele intervalului de viață, clădirile trebuie să asigure mai mult decât un mediu productiv și
un simplu adăpost. Populația lumii îmbătrânește și există din ce în ce mai multe persoane în
vârstă care folosesc calculatorul, trimit mesaje sau fac poze cu telefonul mobil. Această
generație este denumită ”generația de aur” datorită potențialului pe care il are la dezvoltarea
societății. Se observă o schimbare a atitudinii față de persoanele în vârstă, de la marginalizare,
la încurajarea lor de a participa activ la viața socială. Persoanele în vârstă au cunoștințe solide
în diverse domenii și este mai util pentru societate ca ele să fie ajutate să înțeleagă să
folosească noile tehnologii folosite în echipamentele electrocasnice sau de birou, decât să fie
marginalizate.
Echipamentele de control a instalațiilor din clădiri sunt un caz aparte. Ele trebuie să fie
ușor de înțeles, intuitive pentru a fi folosite de oricine, atât de vârstinici, cât și de copii, care
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
190
nu știu să citească să înteleagă pictograme sau să traducă. Sistemul de evaluare a calității
mediului din clădire, (cu particularizare în această teză pe confotul termic) propus de autor
folosește decât două butoane, iar scala grafică colorată cu tranziția gradată de la albastru spre
roșu este destul de intuitivă.
Deoarece sistemul cu regulator fuzzy nu solicită valori exacte, ci doar răspunsuri
naturale din judecăți relative (mai cald, mai rece etc) ce pot fi date de orice ocupant fără a
cunoaște modul de funcționare al sistemului, autorul consideră că sistemul propus poate fi
folosit de persoane cu nevoi speciale: copii, vărstnici, persoane cu deficiențe de vedere etc.
Deoarece sistemul de control al clădirii cu inteligență artificială adaptează clădirea la
nevoile ocupanților, acest sistem poate fi folosit și în spitale sau locuințele persoanelor cu
probleme de sănătate de altă natură. De exemplu persoanele cu afecțiuni ale glandei tiroide se
comportă diferit la temperatură:
-hipotiroizii au pielea rece și uscată;
-hipertiroizii au pielea caldă și transpirată
Persoanele cu diabet nu vor căldură, dar nici rece excesiv. Persoanele cu scleroză
multiplă trebuie ferite de umezeală și căldură excesivă,ele preferă un mediu uscat.
Datorită variabilității psihologiei și fiziologiei ocupanților rezultă că un sistem de
control al clădirilor trebuie să se adapteze la cerințele ocupanților, trebuie să le învețe.
În concluzie, sistemul cu inteligență artificială creat de autor îndeplinește aceste cerințe
și poate fi folosit de persoanele cu nevoi speciale.
10.5 Caracteristicile microcontrolerului AVR ATMeg a 2560 Un microcontroler este mai mult decât un microprocesor. Un microcontroler conține
atât microprocesorul, cât și memoriile flash, EEPROM, SRAM, convertoarele analog-digitale,
comparatorul analog, timerele, regiștrii.
Schema bloc a microcontrolerului AVR ATMega 2560 folosit în această teză este
prezentată în Figura 10-2. Am ales acest microcontroler deoarece doresc să implementez un
program de inteligență artificială în memoria sa, iar microcontrolerul AVR ATMega2560
oferă cea mai mare memorie flash disponibilă (256KB), comparativ cu alte microcontrolere.
AVR ATMega2560 este un microcontroler CMOS pe 8 biți, frecvență de operare la
16MHz, cu arhitectură RISC. Toți cei 32 de regiștrii sunt conectați direct la Unitatea
Aritmetico Logică, care permite accesarea a doi regiștrii independenți într-o singură
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
191
instrucțiune, executată într-un ciclu de ceas. Ca urmare, acest microcontroler execută 16
milione de instrucțiuni pe secundă.
Figura 10-2 Schema bloc a microcontrolerului AVR ATMega 2560.
Alte caracteristici tehnice ale microcontrolerului AVR ATMega2560 sunt:
256 KBytes memorie ISP Flash programabilă, nevolatilă,
4 KBbytes memorie EEPROM pentru stocare date pe termen lung,
8 KBytes memorie SRAM volatilă, folosită pentru date de lucru.
54 linii (pini)de intrare /ieșire,
12 canale de impulsuri modulate în durată, cu rezoluția de 16biți,
4 magistrale USART,
convertor analog-digital cu 16 canale pe 10biți.
În Figura 10-6 este prezentat fizic microcontrolerul AVR ATMega 2560 instalat pe o
placă de dezvolatare de aplicații, împreună cu aparatura de microelectronică exterioară
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
192
necesară funcționării, oscilatorul extern cu cuarț, circuitele de alimentare cu energie electrică,
comunicarea cu calculatorul pe port USB și porturile de intrare - ieșire etc.
O parte din aceste porturi sunt folosite pentru citirea informației de la consola cu
butoane, altele sunt folosite cu alte echipamente dedicate, cum este shield-ul de comunicație
Ethernet, ecranul cu cristale lichide etc.
Shield-ul Ethernet Figura 10-6 este o placă cu circuite integrate și pini de interfațare
care îî permit să se înfigă ca un scut (shield) peste placa pe care este instalat microcontrolerul
AVR ATMega 2560. Shield-ul Ethernet mai dispune de un suport pentru card de memorie de
tip SD (cardul SD este folosit și ca memorie externă pentru telefoanele mobile) și de o mufa
RJ45 ce permite conectarea la Internet. În mod general, mufa RJ45 este folosită pentru
conectarea la rețele de date ce folosesc protocolul Ethernet, cum sunt de exemplu rețelele de
date din clădiri. Chiar și unele protocoale (ex: BACnet) de comunicație ale sistemelor de
gestiune tehnică a clădirii folosesc Internetul pentru transmisia de date. În concluzie
transmisia de date de la sistemul dezvoltat de autor către sistemul de gestiune tehnică a
clădirii este posibilă folosind Internetul sau orice rețea Ethernet.
Din punct de vedere hardware, sistemul fizic experimental utilizat este format dintr-un
microcontroler AVR ATMega2560, un modul de comunicație Ethernet (Internet) prin rețeaua
de date a clădirii și slot pentru card de memorie SD ( poate fi scos din sistem și citit pe
telefoanele mobile), plus ecran cu cristale lichide, LED-uri, butoane și potențiometre pentru
interfața de inrare. Din punct de vedere software, pe sistem rulează inteligență artificială.
Datele sunt prelucrate cu logica fuzzy. Este o temă de cercetare de viitor implementarea
rețelelor neuronale și a algoritmilor genetici pe microcontrolerul AVR.
10.6 Modelul sistemului cu regulator fuzzy impleme ntat pe microcontrolerul AVR ATMega2560 în Simulink
Pentru implementarea fizică (hardware) a regulatorului cu logică fuzzy, prima dată a
fost creat un model al sistemului în mediul profesionist de dezvoltare a aplicațiilor
SIMULINK MATLAB. In al doilea rând, controllerul fuzzy proiectat anterior in teză este
încărcat în blocul ”controller fuzzy logic” din Simulink. Model Simulink va fi transformat în
același program în cod mașină (fișier .hex) și transmis ca program de lucru prin cablul USB în
memoria flash a microcontrolerului AVR ATMega2560. În Figura 10-3 este reprezentată doar
structura internă, ceea ce se implementează sub formă de program (cod mașină) în
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
193
microcontroler. Din acest motiv în figură nu apar componentele exterioare (potențiometrele,
dispozitivele de afișaj etc). Microcontrolerul și componentele exterioare apar în subcapitolul
de simulare în Proteus.
Modelul prezentat în Figura 10-3 conține intrările reale în sistem (pinii analogici 8 și 9
ai microcontrolerului), blocul controler cu logică fuzzy în care am încărcat fișierul rezultat din
proiectarea controlerului fuzzy în Toolboxul Fuzzy Logic, și pinii de ieșire 5 și 18. Deoarece
intrările analogice pe pinii 8 și 9 există doar fizic, în Figura 10-4 autorul a adăugat modelului
existent o sursă de semnal, care să simuleaze intrările pe pini 8 și 9.
Pe cei doi pini de intrare analogică (pinul 8 și pinul 9), in circuitul exterior sunt
conectate două potențiometre cu caracteristică liniară, prin intermediul cărora ocupanții
clădirii introduc valoarea senzatiei termice actuale resimțite în clădire și prin cel de-al doilea
potențiometru introduc valoarea senzației termice dorite. Deoarece variația cursei
potențiometrului produce o variație a tensiunii la pinul de intrare în microcontroler, se
folosește pin de intrare analogic, nu digital.
Figura 10-3 Fereastra cu simularea modelului cu intr ările reale în regulatorul fuzzy implementat pe microcontrolerul AVR ATMega 2560.
Următoarele trei ieșiri sunt considerate necesare pentru funcționarea sistemului, fie
ca o extensie a unui sistem de gestiune tehnică a unei clădiri existente, ce furnizează valoarea
unei referințe, fie ca un regulator fuzzy într-o buclă de reglare, de exemplu reglarea
temperaturii. Iesirile sunt:
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
194
- o ieșire analogică cu impulsuri modulate în durată, poate fi folosită ca referință într-
un sistem de reglare automat a temperaturii, intr-un sistem de gestiune tehnică a clădirii, sau
la comanda prin impulsuri modulate în durată a unui element de acționare din instalații.
- o ieșire pe port serial de transmisie. Valoarea temperaturii calculată de regulatorul
fuzzy este transmisă în mod serial pe portul TX1 (pinul 18 al microcontrolerului AVR
ATMega2560) și este destinată să fie citită de sistemul de gestiune tehnică a clădirii (BMS)
pentru interfațarea BMS cu sistemul dezvoltat de autor. Ieșirea de pe pinul 18 de transmisie
serială (portul TX1) poate fi folosită ca intrare pe portul de recepție serială al unui ecran cu
cristale lichide (LCD).
-o ieșire către o bază de date dintr-un fișier. Valoarea calculată de regulatorul fuzzy
este scrisă într-un fișier în memoria microcontrolerului. Deoarece dimensiunea acestui fișier
crește în continuu, iar memoria microcontrolerului este de doar 256KB, este necesar ca prin
programare, acest fișier să fie stocat pe cardul de memorie SD din shield-ul de comunicație de
date Ethernet, sau să fie transmis prin protocol de rețea Ethernet (prin Intenet) către serverul
din sistemul de gestiune tehnică a clădirii, sau chiar pe un server din Internet, de exemplu în
cloud, pe Google Docs.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
195
Figura 10-4 Fereastra cu simularea modelului cu intr ări simulate a regulatorului fuzzy implementat pe microcontrolerul AVR ATMega 2560.
Din modelul din Simulink, din meniul Tools, opțiunea Run on Target Harware, Run,
autorul a generat și transmis codul mașină (fișierul .hex) pentru programarea și funcționarea
microcontrolerului AVR ATMega 2560. Operațiunea de programare a reușit.
Funcționarea simulării și afișarea semnalului de intrare și ieșire din regulatorul fuzzy pe cele 2
osciloscoape și cele 2 ecrane, confirmă funcționarea regulatorului cu logica fuzzy. (Figura
10-4 ).
10.7 Modelul sistemului cu regulator fuzzy implemen tat pe microcontroler AVR ATMega2560 în Proteus
Autorul a creat un model de circuit electric în programul profesionist PROTEUS de
simulare a funcționării circuitelor electronice. Modelul circuitului electric creat în Proteus este
al sistemului de interacțiune cu ocupanții folosind regulatorul fuzzy încorporată pe
microcontrolerul AVR ATMega 2560.
În Figura 10-5, în partea dreaptă jos se pot observa cele două potențiometre folosite
pentru a introduce în regulatorul fuzzy răspunsul cu privire la senzația termică resimțită și
senzația termică dorită.
PG5/OC0B B2
PE0/RXD0/PCINT8/PDIC2
PE1/TXD0/PDOC3
PE2/XCK0/AIN0C1
PE3/OC3A/AIN1D1
PE4/OC3B/INT4D2
PE5/OC3C/INT5D3
PE6/T3/INT6D4
PE7/ICP3/CLKO/INT7E1
PH0/RXD2E2
PH1/TXD2 E3
PH2/XCK2 D5
PH3/OC4A E4
PH4/OC4B F2
PH5/OC4CE5
PH6/OC2BF3
PB0/SS/PCINT0F4
PB1/SCK/PCINT1G2
PB2/MOSI/PCINT2G3
PB3/MISO/PCINT3H1
PB4/OC2A/PCINT4H2
PB5/OC1A/PCINT5G4
PB6/OC1B/PCINT6J3
PB7/OC0A/OC1C/PCINT7K1
PH7/T4J1
PG3/TOSC2 J2
PG4/TOSC1 K2
RESETH3
XTAL2J5
XTAL1K5
PL0/ICP4J4
PL1/ICP5H4
PL2/T5 G5
PL3/OC5A H5
PL4/OC5B F5
PL5/OC5C K6
PL6J6
PL7H6
PD0/SCL/INT0G6
PD1/SDA/INT1F6
PD2/RXD1/INT2K7
PD3/TXD1/INT3J7
PD4/ICP1H7
PD5/XCK1G7
PD6/T1K8
PD7/T0K9
PG0/WRK10
PG1/RD J10
PC0/A8J9
PC1/A9J8
PC2/A10H10
PC3/A11H9
PC4/A12H8
PC5/A13G8
PC6/A14G9
PC7/A15F9
PJ0/RXD3/PCINT9 F8
PJ1/TXD3/PCINT10 F7
PJ2/XCK3/PCINT11 E10
PJ3/PCINT12E9
PJ4/PCINT13E8
PJ5/PCINT14E7
PJ6/PCINT15 E6
PG2/ALE D10
PA7/AD7D9PA6/AD6D8PA5/AD5D7PA4/AD4
D6PA3/AD3
C10PA2/AD2B10PA1/AD1C9PA0/AD0B9
PJ7 C8
PK7/ADC15/PCINT23 B8PK6/ADC14/PCINT22 A8PK5/ADC13/PCINT21 C7PK4/ADC12/PCINT20 B7PK3/ADC11/PCINT19
A7PK2/ADC10/PCINT18
C6PK1/ADC9/PCINT17
B6PK0/ADC8/PCINT16 A6
PF7/ADC7/TDI C5PF6/ADC6/TDO B5PF5/ADC5/TMS A5PF4/ADC4/TCK C4
PF3/ADC3B4
PF2/ADC2A4
PF1/ADC1B3
PF0/ADC0 A3
AREFA2
AVCCB1
U1
ATMEGA2560
PRIMITIVE=DIGITAL,ATMEGA2560MODDLL=AVR2.DLLITFMOD=AVRTRACE_DEFAULT=1CODEGEN=AVRASM2CLKDIV8=1CKOUT=1WDTON=1BOOTRST=1CKSEL=15BOOTSZ=0CLOCK=16SUT=0MODDATA=4096,255DISASM_BIN=0CRISTIAN OANCEA
X1CRYSTALFREQ=16MHz
C1
22pF
C2
22pF
SURSAalimentare5V
VSS
RXD
VDD
LCD1
MILFORD-2X20-BKP
R1150R
LCD1(RXD)
A
B
C
D
0%
RV310k
SATISFACTIAACTUALA CU TEMPERATURA MEDIULUID2
LED-GALBEN
30%
RV110k
CONFORTULTERMIC DORIT
U1(PK1/ADC9/PCINT17)
U1(PK0/ADC8/PCINT16)
Figura 10-5 Microcontrolerul AVR ATMega2560 în programul PROTEUS.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
196
Ulterior generării codului mașină în fișierul de tip .hex (programul de funcționare al
microcontrolerului) pe baza modelului din Simulink, autorul a încărcat programul în memoria
microcontrolerului (blocul mare din centrul imaginii) și a cosimulat funcționarea sa din cele
două potențiometre.
10.8 Modelul experimental al sistemului cu intelige nță artificial ă. Controller cu logic ă fuzzy încorporat pe microcontrollerul AVR ATMega 2560.
Descrierea sitemului a fost efectuată pe parcursul acestui capitol.
Figura 10-6 Sistemul cu inteligență artificial ă propus de autorul tezei pentru controlul clădirilor inteligente pe baza evaluării în timp real a satisfacției ocupanților cu clădirea. Se observă microcontrolerul AVR ATMega 2560 pe care este implementată logica fuzzy.
Deoarece am folosit tehnicile inteligenței artificiale și am implementat un regulator cu
logică fuzzy pe microcontrolerul AVR ATMega2560, folosit într-o buclă de reglare ca
regulator fuzzy sau într-un sistem de gestiune tehnică a clădirii pentru controlul parametrilor
de mediu interior ce influențează confortul ocupanților, am satisfăcut cerințele din titlul tezei.
Slot pentru card de memorie SD
Shield Enthernet Microcontroler AVR ATMega2560 cu regulator cu logica fuzzy încorporat în memoria flash de 256KB.
Mufă RJ45 pt. rețeaua de date a clădirii.
Ecran LCD pentru afișajul întrebărilor legate de satisfacție etc
7 Butoane pentru evaluarea satisfacției ocupanților cu clădirea. În varianta finală a interfetei au fost adăugate două potențiometre. Nu sunt prezentate datorita considerentelor de aspect.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
197
Capitolul 11 Contribu țiile originale
Titlul tezei de doctorat este ”Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în
determinarea confortului global din clădirile inteligente”.
Ca urmare, pentru a putea aduce contribuțiile mele originiale la dezvolatea științei și
tehnicii pe acest subiect, autorul a realizat un studiu al stării actuale a cunoașterii și tehnicii
pentru cele trei mari concepte prezente în titlul tezei (inteligența artificială, confort global și
clădiri inteligente). În timpul pregătirii sale la doctorat, autorul a studiat noi domenii conexe
celor din titlul tezei, domenii precum semiotica clădirilor, fiziologie ambientală, neuroștiințe,
prelucrara statistică a bazelor de date în programul profesionist IBM SPSS, limbaje de
programare în C++ și programare de microcontrolere. Toate aceste noțiuni au fost folosite
pentru a găsi o legătură comună, o aplicație care să unească în mod armonios și de interes
practic imediat inteligența artificială, confortul global și clădirile inteligente, pentru a face o
lume mai bună.
Deoarece folosirea adjectivului ”inteligent” pentru a definii o clădire poate naște vii
controverse printre cititorii acestei teze, autorul a început expunerea tezei prin prezentarea
definițiilor existente în prezent pentru clădiri și clădiri inteligente.
Autorul a definit clădirile inteligente ca acele clădiri care folosesc tehnicile inteligenței
artificiale în conducerea instalațiilor, echipamentelor și serviciilor din clădiri, pentru a
menține un mediu de stare de bine pentru ocupanți, în condiții de eficacitate și eficiență
energetică.
Deoarece o clădire care folosește sisteme de control cu inteligență artificială, dar fără
algoritmi genetici nu poate funcționa la fel de optim, performant ca o clădire care folosește și
algoritmi genetici, autorul a făcut o distincție între cele două tipuri de clădiri: clădirile
inteligente sunt cele ce folosesc inteligența artificială fără algoritmi genetici, iar clădirile
inteligente evolutive / cu inteligență evolutivă sunt cele ce folosesc și algoritmii genetici. În
sensul cuvântului ”evolutivă” autorul se referă la faptul că algoritmii genetici găsesc soluții
optime din ce în ce mai bune la problemele de optimizare a stării de bine a ocupanților și a
consumului de energie al clădirii.
Precizarea expresă în definiția clădirilor inteligente a noțiunii inteligență artificială a
fost făcută pentru a sublinia faptul că inteligența clădirii se datorează folosirii tehnicilor
inteligenței artificiale.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
198
Autorul a extins înțelesul serviciilor oferite de clădirile inteligente ca o clădire ce oferă
servicii medicale preventive, cu scopul decongestionării sistemului medical de stat.
În primul capitol al tezei autorul a realizat un studiu vast asupra conceptului de clădire
inteligentă: ce a însemnat clădire inteligentă în trecut, ce înseamnă în prezent și a prezentat
tehnologiile pe care consideră el că vor fi folosite în viitoarele clădiri inteligente.
Studiul conceptului de clădire inteligentă s-a referit și la clădirile în formă de
piramidă, deoarece aceste clădiri există pe aproape orice continent, au fost folosite de
civilizațiile antice, de strămoșii noștri (casele tradiționale românești cu acoperiș în formă de
piramidă), forma de piramidă este folosită în prezent în arhitectura clădirilor moderne din
întreaga lume și există cercetători preocupați de studiul piramidei. Rezultatele unei
cercetătoare românce sunt prezentate ca punct de plecare pentru posibile studii viitoare.
Tot în primul capitol, autorul a introdus rezultatele unui studiu pe care l-a realizat
printre firmele românești din domeniul instalațiilor și construcțiilor, pentru a afla care este
stadiul actual al înțelegerii conceptului de clădire inteligentă în România. Acest studiu a
reliefat faptul că majoritatea consideră confortul termic ca fiind important, însă studiile
statistice efectuate de autor au demonstrat faptul că nu doar confortul termic este important
pentru ocupanți.
Autorul dedică un capitol întreg prezentării conceptului de stare de bine comparativ cu
toate conceptele de confort, în relație cu productivitatea muncii.
Autorul a motivat necesitatea adoptării conceptului de stare de bine, în locul celui de
confort, în proiectarea clădirilor din România prin beneficiile asupra calității mediului
construit, stării de sănătate a oamenilor și a creșterii indicatorului de productivitate a muncii la
nivelul veniturilor companiei și implicit la nivelul economiei naționale.
Autorul a realizat un studiu al literaturii medicale din domeniul fiziologiei ambientale
(ecofiziologia).
Autorul a propus o metodă de măsurare a temperaturii pe suprafața hainelor, folosind
senzori de temperatură, ce permite calculul nivelului real (RMV) de confort termic , nu prezis
(PMV) conform standardului SR EN ISO 7730:2006.
Autorul a investigat posibilitatea de control a clădirilor inteligente pe baza undelor
celebrale ale ocupanților și a rezultat ca la momentul actual există aparate de citit ganduri, dar
folosirea lor este problematică.
Autorul a propus și argumentat un model de funcționare a proceselor din clădirile
inteligente prin implicarea ocupanților în bucla de reglare a proceselor din clădiri, deoarece
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
199
acest lucru nu este realizat în prezent, iar beneficiile implicării ocupanților în bucla de reglare
sunt multiple.
Pe baza relației de implicație calitatea mediului interior cu productivitatea muncii ,
autorul a realizat un articol acceptat spre publicare în jurnalul Intelligent Builidings
Internațional în care susține cu dovezi ipoteza conform căreia productivitatea muncii în
clădirile din România este redusă datorită nefolosirii conceptului de stare de bine în
proiectarea clădirilor nerezidențiale. Autorul propune soluții de îmbunătățire a situației
actuale, prin folosirea conceptelor promovate de clădirile inteligente.
În domeniul utilizării tehnicilor statistice de prelucrare a datelor Autorul a prelucrat statistic în programul IBM SPSS o bază de date cu privire la
satisfacția ocupanților cu mediul construit. Rezultatele prelucrării acestei baze de date sunt
folosite ulterior în teză.
Autorul a prelucrat baza de date folosind metoda de analiză factorială Principal
Components Analysis cu scopul de a reduce numărul de corelații bivariate de investigat
corespunzător celor 4300 seturi de date a 250 de variabile pe set, la un număr posibil de
folosit în determinarea corelațiilor bivariate între variabilele din baza de date.
Ca urmare a aplicării metodei compenentelor principale, au rezultat 25 de componente
principale care explică cumulativ 76 % din varianța datelor introduse în model. Din aceste 25
de componente descoperite inițial autorul a selectat doar pe primele zece componente
principale (seturi de variabile) care explică aproximativ 56% din varianța celor 4300x250 de
date. Astfel poate fi aplicată regresia matematică.
A rezultat că cele 10 componente principale conțin variabile care indică un tipar clar:
Elementele componentei 1 sunt legate de satisfacția cu aspectele sociale ale clădirii.
Elementele componentei 2 sunt legate de condițiile acustice și de spațiu ale clădirii.
Elementele componentei 3 sunt legate de condițiile termice și de calitate a aerului.
Elementele componentei 4 sunt legate de condițiile de iluminat din clădire.
Elementele componentei 5 sunt legate de importanta factorilor de mediu.
Elementele componentei 6 sunt legate de satisfacția cu finisajele și mobilierul
Elementele componentei 7 sunt legate de condițiile de temperatura și acustice.
Elementele componentei 8 sunt legate de confortul olfactiv.
Elementele componentei 9 sunt legate de condițiile de iluminat natural.
Elementele componentei 10 sunt legate de condițiile de umiditate.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
200
Autorul a aplicat regresia matematică pentru a determina formula Indicelui de Stare de
Bine (ISB).
Autorul a realizat o comparație între formula indicelui calculată de autor și o altă
formulă din literatura de specialitate.
Autorul a aplicat regresia matematică liniară multiplă pentru a determina corelațiile
între variabilele din cele 10 componente principale identificate mai sus. Coeficienții de
corelație din fiecare componentă corespund tipurilor de confort (termic, acustic, vizual,
olfactiv etc ) și pot fi folosite pentru a dezvolta și mai în detaliu Indicele de Stare de Bine.
Satisfacția cu un factor de mediu este de fapt o sumă de alți factori mai mici, independenți.
Rezultatele obținute de autor coincid în bună măsură cu rezultatele obținute de alți cercetători.
În domeniul utilizării inteligenței artificiale
Autorul a conceput un model de utilizarea a inteligenței artificiale pentru conducerea
instalațiilor, echipamentelor și serviciilor din clădiri, în scopul obținerii unui mediu ce
determină starea de bine în clădirile inteligente. Modelul acestui sistem de control al clădirilor
inteligente implică folosirea tuturor tehnicilor inteligenței artificiale, după cum urmează:
Algorimii genetici
Autorul a folosit algoritmi genetici în Matlab, cu valori dintr-o baza de date cu
raspunsuri privind satisfacția cu diverse tipuri de confort și satisfacție. Scopul îndeplinit a
fost de a utiliza algoritmii genetici să aleagă sau sa producă singuri o combinație de variabile
în vectorul de intrare în algoritmii genetici care să conducă la cea mai mare valoarea a
indicelui stării de bine.
Rețelele neuronale artificiale
Autorul a realizat pe perioada stagiului doctoral la Universitatea din Reading, Marea
Britanie un program de rețele neuronale artificiale în Microsoft Visual C++.
Autorul a folosit acest program pentru a antrena rețele neuronale artificiale cu neuroni
cu funcții de activare sigmoidale pentru a învăța combinațiile de variabile predictori pentru
satisfacția per ansamblu cu condițiile de temperatură (confortul termic).
Autorul a realizat un studiu comparativ asupra performanțelor rețelelor neuronale date
de variația diverșilor parametrii ai rețelei neuronale (rată de învățare, impuls, număr de
neuroni)
Autorul a realizat în toolboxul de rețele neuronale din Matlab, o rețea neuronală
multistrat cu aceleași caracteristici cu cea realizată în Microsoft Visual C++. Scopul este de a
face o comparație și a valida programul făcut de autor în Microsoft Visual C++ cu programul
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
201
Matlab. Din punct de vedere al erorii de antrenare, programele dau același rezultat.
Diferențele provin din tehnicile de execuție superioare programului profesionist Matlab.
Logica fuzzy
Autorul a folosit toolbox-ul de logică fuzzy din Matlab pentru a proiecta un controler
fuzzy, cu variabile de intrare senzația termică actuală și senzația termică dorită. Ca mărime de
intrare a fost aleasă temperatura optimă pentru productivitatea muncii.
Autorul a utilizat Simulink Matlab pentru a realiza un model al unui controler fuzzy ce
poate fi implementat hardware pe microcontrolerul AVR ATMega 2560.
Autorul a simulat funcționarea controlerului fuzzy în Simulink, într-un model în care
porturile de intrare și ieșire corespund unor pini ai microcontrolerului AVR ATMega2560.
Autorul a realizat o interfață de introducere a mărimilor de intrare pe porturile
analogice ale microcontrolerului AVR ATMega 2560, folosind două potențiometre.
Autorul a generat codul mașină (fișierul .hex) pentru programarea controlerului fuzzy
pe microcontrolerul AVR ATMega 2560.
Autorul a programat microcontrolerul AVR ATMega 2560 să funcționeze ca controler
cu logică fuzzy implementată, mărimea de ieșire fiind o valoare de temperatură optimă .
Deoarece: -Intrările în microcontrolerul AVR ATMega2560 sunt răspunsuri în timp
real privind confortul termic al ocupanților și pot fi extinse de la nivel experimental, la mai
multe intrări corespunzătoare evaluarii și celorlalte tipuri de confort ce definesc confortul
global, iar ieșirile sunt analogice și de transmisie de date (a valorii temperaturii)
microcontrolerul AVR ATMega 2560 poate fi inclus într-un sistem de gestiune tehnică a
clădirii sau sistem de reglare automat, și
-Microcontrolerul AVR ATMega 2560 funcționează în timp real cu un controler cu
logică fuzzy împlementat software în hardware-ul microcontrolerului, și
-Logica fuzzy este o tehnică a inteligenței artificiale, împreună cu algoritmii genetici și
rețelele neuronale artificiale folosite în în cadrul sistemului cu inteligență artificială propus de
autor pentru controlul clădirilor inteligente prin interacțiunea în timp real ocupant-clădire sub
formă de buclă de reglare.
Autorul consideră că, contribuțiile sale prezentate mai sus și realizate pe perioada
doctoratului sunt în deplină concordanță cu titlul tezei.
Astfel autorul a reușit implementare fizică a cerințelor din titlul tezei : ”Contribuții la
implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente”.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
202
Capitolul 12 Direc ții viitoare de cercetare
În opinia autorului, direcțiile viitoare de cercetare se referă la:
- posibilitățile de implementare a celorlalte forme de inteligență artificială pe microcontrolere;
- dezvoltarea unui sistem experimental complet, care să folosească toate tehnicile inteligenței
artificiale, în maniera prezentată în teză;
- realizarea unei clădiri inteligente experimentale.
- studiu asupra arhitecturii vernaculare românești.
- studiul clădirilor gemene City Gate, București. Clădirile sunt la fel, instalațiile la fel, ceea ce
diferă este factorul uman.
- controlul clădirilor pe baza undelor celebrale sau a altor parametrii fiziologici.
Capitolul 13 Concluzii
În opinia autorului motivul principal pentru care clădirile pot fi denumite inteligente este
faptul că folosesc inteligența artificială pentru conducerea instalațiilor, echipamentelor și
serviciilor.
În prezent nu există o definiție unanim acceptată pentru clădirile inteligente, definițiile
folosite variind în funcție de domeniul unde sunt folosite, de serviciile pe care le oferă, de
tehnologia pe care o conțin, de nevoile ocupanților și ale proprietarilor etc.
În opinia autorului, un alt motiv pentru care clădirile sunt considerate inteligente (fără a
menționa tehnologia folosită, dar implicit înțeleasă) este datorită modului cum răspund la
nevoile ocupanților. Așa cum în testul Turing, omul și calculatorul încearcă să convingă
arbitrul uman că este om, ființa inteligentă, tot așa clădirile sunt considerate inteligente
datorită modului cum reacționează la nevoile și acțiunile ocupanților, astfel încât aceștia să
considere că interacționează cu o entitate inteligentă.
Chiar dacă sunt și un concept de marketing, clădirile inteligente sunt mai mult decât niște
clădiri dotate cu echipamente electronice sau dotate cu aparatură multimedia scumpă, sau
clădiri cu finisaje luxoase sau clădiri în formă de obiect. Moștenirea arhitecturii vernaculare și
descoperirile științifice influențează modul de construcție și ceea ce conține o clădire
inteligentă.
Chiar dacă în prezent clădirile trebuie să fie performante energetic prin folosirea de
tehnici arhitecturale pasive și sisteme de gestiune tehnică integrate, autorul este de părere că
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
203
un prim pas în dezvoltarea conceptului de clădire inteligentă este folosirea inteligenței
artificiale în sistemul de gestiune tehnică a clădirii. Autorul a dovedit cum poate fi realizat
acest lucru prin modelul teoretic și cel experimental al sistemului prezentat în teză. Sistemul
cu inteligență artificială pentru conducerea instalațiilor, echipamentelor și serviciilor din
clădirile inteligente pe baza evaluării in timp a satisfacției ocupanților cu clădirea, conduce la
implicarea mai activă și responsabilă a ocupanților în bucla de reglare a proceselor din
instalațiile din clădire, ocupanții fiind următorul factor responsabil pentru reducerea
consumului de energie, după izolarea termică și algoritmii de conducere a instalațiilor.
Microcontrolerul AVR ATMega 2560 cu controler cu logică fuzzy, realizat de autor și
prezentat în teză, poate fi folosit într-un sistem de reglare automată dar și interfațat cu un
sistem de gestiune tehnică a clădirii, deoarece o ieșire din microcontrolerul AVR este un
semnal analogic ce poate fi o referință într-un sistem de reglare automată, iar ieșire de
transmisie de date poate fi interfațată cu un sistem de gestiune tehnică a clădirii.
În opinia autorului, următorul pas în dezvoltarea clădirilor inteligente din punct de vedere
al serviciilor oferite este oferirea de servicii medicale preventive ocupanților, ce va conduce la
reducerea utilizării sistemului de sănătate național. Din punct de al surselor de energie
folosite, clădirile își vor produce singure energia necesară funcționării sau o vor lua/ injecta în
rețea la momentul optim calculat de inteligența artificială. În viitor, pilele de combustie
alimentate cu apă vor alimenta cu energie nepoluantă clădiri inteligente din ecoorașe.
În concluzie, clădirile inteligente sunt acele construcții care folosesc inteligența
artificial ă în conducerea instalațiilor, echipamentelor, serviciilor din clădiri, pentru a
oferii ocupanților un mediu sănătos ce conduce la starea de bine și productivitatea
muncii, în condiții de eficiență energetică și emisii poluante reduse.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
204
Bibliografie:
1. Albert T.P. So, K.C. Wong, 2002, On the quantitative assessment of intelligent buildings, Facilities, Vol. 20 Iss: 7/8, pp.288 – 295
2. Alexander Hellemans, Bryan Bunch, 1998, The timetables of science, Traducerea în lb.română, Istoria descoperirilor științifice, ISBN 973-9342-18-3, Editura Orizonturi, Editura Lider, București.
3. Andris Auliciems, Steven V. Szokolay, Passive and Low Energy Architecture International, Design tools and techniques,Thermal Comfort, Note 3, S.Ed 2007. ISBN 0 86776 729 4
4. Baati T, et al., The prolongation of the lifespan of rats by repeated oral administration of [60] fullerene, Biomaterials (2012), doi:10.1016/j.biomaterials.2012.03.036
5. Badea Eugen, 2010, Contribuţii la optimizarea proiectării instalaţiilor electrice şi de automatizare. Teza de doctorat. Universitatea Tehnică de Construcții București.
6. Bakó-Biró, Z., Kochhar, N., Clements-Croome, D.J., Awbi, H.B., Williams, M., 2008, ‘Ventilation Rates in Schools and Pupil’s Performance Using Computerised Assessment Tests’, Indoor Air 2008, Copenhagen, The 11th International Conference on Indoor Air Quality and Climate.
7. Bakó-Biró, Z., Clements-Croome, D.J., Kochhar, N., Awbi, H.B., Williams, M., 2011, ‘Ventilation rates in schools and pupils’ performance’, Building and Environment, 48, 215–223.
8. Bianchi Cornel, Mira Nicolae, Moroldo Dan, Georgescu Adriana, Moroldo Hrisia, 1998, Sisteme de iluminat interior și exterior. Concepte. Calcul. Soluții. MatrixRom, București 1998, 358pag. ISBN 973-9390-15-3
9. Bordass, Bill., Leaman, Andrew., Design for Manageability, Disponibil on-line la: www.usablebuildings.co.uk , Accesat Mai 2012.
10. Braden Gregg, 2009, Timpul fractal, Editura For you, 267pag, ISBN 978-973-1701-52-3. București 2009. www.greggbraden.com
11. Brager, Gail S., de Dear, R.J., 2003, Historical and cultural influences on comfort expectation, in R.J. Cole si R. Lorch (editori), Buildings, Culture and Environment, Oxford, Blackwells, 177-201.
12. Brager, Gail S., Paliaga, Gwellen., de Dear, Richard., 2004, Operable windows, Personal Control, and Occupant Comfort. ASHRAE Transactions 2004, vol.110, part2, 4695 RP-1161, pag.17-35.
13. Bordass Bill, 2012, Comunicare personala la Masterul de clădiri inteligente, Universitatea din Reading, Marea Britanie. www.useablebuildings.co.uk
14. Caluianu Sorin, 2000, Inteligența artificială în instalații. Logica fuzzy și teoria posibilităților. ISBN 973-685-120-6, 244 pag, Matrix Rom, București.
15. Caluianu Sorin, Cociorva Sorin, 1999, Măsurarea și controlul poluării atmosferei. ISBN 973-9390-67-6, 262 pag, Matrix Rom, București.
16. Carol Joseph, John Lee, Jan van Wijngaarden, Vladimir Drasar, Maddalena Castellani Pastoris, European, 2005, Guidelines for Control and Prevention of Travel Associated Legionnaires’ Disease, Disponibil on-line: http://www.ewgli.org Accesat iulie 2012
17. Casuneanu, C., 2011, ‘The Romanian employee motivation system: an empirical analysis.’ On-line http://www.naun.org/journals/m3as/20-747.pdf Acesat 01.2012.
18. Chang Liu, Yifei Chen, -Neural computing thermal comfort index PMV for the indoor environment intelligent control system, ESEP 2011, 9-10 December 2011, Singapore, p 5478-5485. Energy Procedia 13(2011).
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
205
19. Ciubotaru Virgil, Procedeu pentru protecţia antiseismică a clădirilor prin levitaţie magnetică. Simpozion SIEAR in colaborare cu Catedra de Electrotehnica in cadrul celei de a XIII-a Conferințe a Facultății de Instalații-UTCB. Buletin SIEAR nr. 204 - Noiembrie 2006. Disponibil on-line la: http://www.siear.ro/b204.php Accesat iulie 2012.
20. Clements-Croome, D.J., 1996, Freshness, Ventilation and Temperature in Offices, BSERT, 17, 11, pp. 21-27, 1996
21. Clements-Croome, D.J., Li, B., 2000, Productivity and Indoor Environment, BSERT, 1, pp. 629-634, 2000
22. Clements-Croome, D.J., Editor and author, 2004, Intelligent Buildings. Design,Management and Operation. 408 pag. ISBN 978-0-7277-4097-7. Thomas Telford,London.
23. Clements-Croome, D.J., Editor, 2006, Creating the productive workplace, Second Edition, 468 pag. ISBN13: 978-0-415-35138-6. Taylor and Francis, London and New York.
24. Clements-Croome, D.J. et al., 2009, ‘Master planning for sustainable liveable cities’, in: 6th International Conference on Green and Efficient Building and New Technologies and Products Expo, Ministry of Construction, Beijing, 29 March.
25. Clements-Croome, D.J., 2011, ‘The Interaction Between the Physical Environment and People’, 239-261, in Sabah A. Abdul-Wahab, Editor -”Sick Building Syndrome in Public Buildings and Workplaces” Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2011, e-ISBN 978-3-642-17919-8
26. Cristian Predescu, Corneliu Cincu, 2010, Nanomateriale, nanoştiinţă, nanotehnologie. Revista românã a inovãrii 6-7/2010, pag 19-23, Accesat on-line în iulie 2012. http://www.amcsit.ro/_uploaded/_editor/file/rri67.pdf
27. CommanderX, 2011, Tesla și energia liberă, Editura Solaris Print, 239 pag, ISBN 978-606-8293-03-5, București.
28. Constantin Vânătoru, Constantin Vlad, 2012, Cercetări asupra stimulării creșterii plantelor cu ajutorul muzicii, Staţiunea de Cercetare-Dezvoltare pentru Legumicultură Buzău, http://www.scdlbuzau.ro
29. Crawshaw, J., Chambers, J., 2001, A concise course in advanced level statistics, Fourth Edition, 686pag, ISBN 9780748754755, Nelson Thornes, Cheltenham.
30. Culcea Magdalena, Oancea Cristian, Caluianu,Sorin 2012, O incursiune în lumea sistemelor pervasive, Cea de-a treia ediție a conferinței naționale de cercetare în construcții, economia construcțiilor, arhitectur ă, urbanism și dezvoltare teritorial ă cu participare internațională, București, INCERC, 11 mai 2012, Volumul 3, Nr.2/ 2012, ISSN 2069-0509, pag 79-82. Indexata BDI: ULRICHSweb, Index Copernicus, EBSCOhost, getCITED, SCIPIO. Disponibil on-line: http://uac.incerc.ro/index.htm , vol.3, nr.2. Accesat iulie 2012.
31. Dae-Hyeong Kim, Nanshu Lu, Rui Ma, Yun-Soung Kim, Rak-Hwan Kim, Shuodao Wang, Jian Wu, Sang Min Won, Hu Tao, Ahmad Islam, Ki Jun Yu, Tae-il Kim, Raeed Chowdhury, Ming Ying, Lizhi Xu, Ming Li, Hyun-Joong Chung, Hohyun Keu, Martin McCormick, Ping Liu, Yong-Wei Zhang, Fiorenzo G. Omenetto, Yonggang Huang, Todd Coleman, John A. Rogers, 2011, Epidermal Electronics, Science 12 August 2011:Vol. 333, no. 6044, pp.838-843, DOI: 10.1126/science.1206157
32. Dan Constantinescu, 2011, ”Soluţii moderne de creştere a P.E.C.: cazul anvelopei şi cazul instalațiilor. Conceptul clădirilor zero energie – mit sau realitate ?”, A treia conferință națională Performanța energetică a clădirilor și instalațiilor aferente, 26-27 Mai 2011, București.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
206
33. Davis, B.E., 2011, Rooftop Hospital Gardens for Physical Therapy: A Post-Occupancy evaluation, Health Environments Research Design journal, 4 (2) p 14-43.
34. de Dear, Richard., Brager, Gail., Cooper, Donna., 1997, Developind an adaptive model of thermal Comfort and preference. Final Report ASHRAE RP-884 (1997).
35. Dorobanțu Andrei, 2012, Alan Turing, spectacolul tragic al inteligenței, Știință & Tehnică, Anul LXI, Nr.15, iunie 2012, pag.85-91, ISSN 1220-6555, Accesibl online: www.stiintasitehnica.com
36. Eden Mamut, Pilele de combustie, Disponibil online: http://www.fuelcells.ro/website/ro/resources/1/ Accesat iulie 2012.
37. Evans J., Haryott R., Haste N., 1998, ‘The Long Term Costs of Owing and Using Buildings’ Accessed 2012 http://www.raeng.org.uk/news/publications/list/reports/ The_Long-Term_Costs_of_Buildings.pdf
38. Eugene A. Mohareba, Christopher A. Kennedya, L.D. Danny Harveyb, Kim D. Pressnaila, 2011, Decoupling of building energy use and climate, Energy and Buildings 43, pag. 2961–2963.
39. Frontczak, M., Schiavon, S., Goins, J., Arens, E., Zhang, H., Wargocki, P., 2011, ‘Quantitative relationships between occupant satisfaction and aspects of indoor environmental quality and building design’, UC Berkeley, http://escholarship.org/uc/item/7sz5w8h9 Accessed August 2011.
40. Galeazzi Francesca, 2009, Druk White Lotus School, Ladakh, India, in Derek Clements Croome, Editor, Intelligent Buildings International 1 (2009), 82-96.
41. Ghiauș C., Inard C., 2004, Energy and environmental issues of smart buildings. Smart Accelerate Hnadbook, Disponibil on-line la: www.ibuilding.gr Accesat iulie 2012.
42. Guizzo, Erico, 2010,Mammalian mind over matter,pag 10, IEEE Spectrum Iunie 2010. 43. Harrison, A. 1999, Towards the intelligent city, in Klepfisch, Ir.G.(Ed), Intelligent and
responsive Buildings, CIB Working Commission WO98, 1st International Congress, Brugs, Belgium, 29-30Martie 1999, Antwerp: Technologish Instituut, 175-183.
44. Haulică Ion, Editor, 2009, Fiziologie umană, Ediția a III-a revizuită și adăugită, 1051 pag, ISBN 978-973-39-0597-4, Editura Medicală, București.
45. Heather Fraser, YangJin Kwon, Margaret Neuer, 2011, The future of connected health devices, Liberating the Information Seeker, IBM Institute for Business Value, 20 pag.
46. Gazendham, Henk., 2001, ‘Semiotics, Virtual Organisations and Information Systems’ pages 1-48 in L. Kecheng et al. (editors) “Information, organisation, and technology: studies in organisational semiotics”, Boston, Kluwer Academic Press.
47. Himanen, Mervi., (2003) The Intelligence of Intelligent Buildings, Espoo: VTT Publications.
48. Hobday, R. - Sunlight, Health and Circadian Rhytms - are these design issues?, CIBSE daylight group seminar, University College London, 2011.
49. Ionescu C., Larionescu S., Caluianu S., Popescu D., Automatizarea Instalațiilor. Comenzi automate. Matrix Rom, București 2002.
50. Jim Read, 2011, The interaction between People, Technology & Place. Prezentare susținută la cursurile de master în Clădiri Inteligente. Londra, 16 Decembrie 2011, Sediul Arup.
51. John Kanzius, ”Apa sărată poate arde”, în John, Roach (editor) Disponibil la: http://news.nationalgeographic.com/news/2007/09/070913-burning-water.html Accesat iulie 2012.
52. Johnny Wong, Heng Li, Jenkin Lai, 2008, Evaluating the system intelligence of the intelligent building systems. Part 1: Development of key intelligent indicators and conceptual analytical framework. Automation in Construction 17 (2008) 284–302.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
207
53. K van derLinden at al, Relation between PMV and PPD in summer for 29 air-conditioned buildings and for 32 buildings with individual temperature control and natural or mechanical ventilation. Energy and Buildings, 1411, 2002, 1-8.
54. Kolokotsa D., Stavrakakis G.S., Kalaitzakis K., Agoris D., - Genetic algorithms optimizedfuzzy controller for the indoor environmental management in buildings implemented using PLC and local operating networks. Engineering Applications of Artificial Intelligence 15 (2002) 417–428.
55. Leyten, L., Kurvers, Stanley R., 2005, ‘Robustness of buildings and HVAC systems as a hypothetical construct explaining differences in building related health and comfort symptoms and complaint rates’, Energy and Buildings 38,701–707 doi:10.1016/j.enbuild.2005.11.001
56. Liao, Z., Sutherland, G. -Tutorial for Matrix Tool for Assessing the Performance of Intelligent Buildings, Smart Accelerate Handbook, 75-81, Athens, http://www.ibuilding.gr
57. Liu, K., Nakata, K., Harty, C., 2010, ‘Pervasive informatics: theory, practice and future directions’, Intelligent Buildings International 2, 5–19.
58. Liu Kecheng, 2000, Semiotics in Information Systems Engineering, 232 pag, ISBN 978-0521593359, Cambridge University Press
59. Liu Kecheng, 2011, Information Makes Spaces for Working and Living Intelligent: A Semiotic Perspective, Keynote Lecture 3, 13th International Conference on Enterprise Information Systems, 8-11 iunie 2011, Beijing, China. http://www.iceis.org/iceis2011/keynote_speakers.asp#KL3
60. Lotfi A. Zadeh, 2008, Toward Human-Level Machine Intelligence—Is it Achievable?, Disponibil la adresa: http://www.cs.berkeley.edu/~zadeh/presentations %202008/WAC-Toward%20Human%20Level%20Machine%20Intelligence-Is%20it%20achievable-Hawaii%20Sep%2029.pdf Accesat iulie 2012.
61. Maslow, A., 1954, Motivation and Personality. New York: Harper. 62. Masoumeh Mohammadi, 2010, Empowering Seniors through domotic homes.
Integrating intelligent technology in senior citizens’homes by merging the perspectives of demnad and supply. Teză de doctorat, Technische Univeriteit Eindhoven.
63. Marioara Godeanu, 2011, Știința românească în Țara Minunilor, în Revista Formula AS, numărul 960, 2011. Accesibil și on-line: http://www.formula-as.ro/2011/960/lumea-romaneasca-24/stiinta-romaneasca-in-tara-minunilor-prof-univ-dr-marioara-godeanu-13498 Accesat iunie 2012.
64. Mironov Alexandru, 2012, Viața rațională în umivers, Știință & Tehnică, Anul LXI, Nr.15, iunie 2012, pag.70-77, ISSN 1220-6555, www.stiintasitehnica.com
65. Mitchel Richard, 2011, Artificial Neural Networks, note de curs la Universitatea din Reading. Accesat iulie 2012. Disponibil on-line: http://www.personal.reading.ac.uk/ ~shsmchlr/nnets/nnetspartA.pdf
66. MM Gouda, S Danaher and CP Underwood, Thermal comfort based fuzzy logic controller, CIBSE, 2001.
67. Moezzi, Mithra and Goins, John (2011) 'Text mining for occupant perspectives on the physical workplace', Building Research & Information, 39: 2, 169 – 182 DOI: 10.1080/09613218.2011.556008, URL: http://dx.doi.org/10.1080/09613218.2011.556008
68. Moroldo, Dan, 1999, Iluminatul urban. Aspecte fundamentale, soluții și calculul sistemelor de iluminat. 247pag, ISBN 973-9390-90-0, Matrix Rom, București 1999.
69. Moroldo Hrisia, Oancea Cristian, 2008, Eficientizarea energetică a sistemelor de iluminat pentru clădirile existente și clădiri aflate în stadiul de proiect. Volumul celei de-a XV-a Conferinta Confort, eficiență, conservarea energiei și protecția
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
208
mediului, 26-27 Noiembrie 2008, Facultatea de Instalații, București, ISSN 1842 – 6131, Accesibil on-line: http://instal.utcb.ro/conferinta_2010/conferinta_2008/articole/luminotehnica/conf_nov_2008_Moroldo_Oancea.pdf Link verificat si functional în iulie 2012.
70. Moroldo Hrisia, Oancea Cristian, 2009, Poluarea luminoasă și indicatori de control, National Seminar ”Light Pollution”, Angel Kanchev University, Ruse, Bulgaria. Articolul și prezentarea sunt accesibile la adresa: http://cie-bg.org/seminar-ruse-2009/sadarganie.html Accesat iulie 2012.
71. Nassif Nabil, Kajl Stanislaw, Sabourin Robert, - Optimisation of HVAC Control System Strategy Using Two-Objective Genetic Algorithm, ASHRAE HVAC& Research, p.459-485, volume 11, number 3, July 2005.
72. Negoiță C.V.,1979, Tendințe în modelarea proceselor de decizie. pag 107-109. în Drăgănescu Mihai, Editor, Viitorul Electronicii ți Informaticii, Editura ”Academiei Române”. București.
73. Negritoiu, M., 2010, “Competiveness- A microeconomic approach” , Romanian National Bank Conference 15.04.2010 Bucharest, on-line http://www.bnro.ro/files/d/Evenimente/R20100415MN.pdf Accessed May 2012.
74. Notton G., Paoli C., Ivanova L., Vasilieva S., Nivet L.M., 2013, Neuralnetwork approach to estimate 10-min solar global irradiation values on tilted planes, Renewable Energy, vol50, 2013, 576-584.
75. Oancea Cristian, 2008, Construcție de locuit din materiale reciclabile, Proiect premiat cu locul 3 de către Inspectoratul de Stat în Construcții. www.isc-web.ro
76. Oancea Cristian, 2009, Detectoare inteligente de incendiu, A 44-a Conferinta Națională de Instalații, Instalații pentru începutul mileniului trei. Volumul ”Instalații Electrice și Automatizări”, paginile 17-22, ISBN 978-973-755-528-1, Sinaia, 14-16 Octombrie 2009, Editura Matrix Rom
77. Oancea Cristian, 2011, Raport de cercetare 1. Utilizarea inteligentei artificiale în clădirile inteligente
78. Oancea Cristian, 2012, Raport de cercetare 2, Utilizarea rețelelor neuronale aferente detectării parametrilor de confort
79. Oancea Cristian, 2012, Raport de cercetare 3, Utilizarea algoritmilor genetici pentru optimizarea parametrilor de confort
80. Oancea Cristian, Caluianu Sorin, 2012, Ce înțelegem prin conceptul de clădire inteligentă?, Buletinul Știin țific al UTCB, nr. 2, iunie 2012, pag.207-213, L-ISSN: 1224-628X Accesibil on-line: http://buletinstiintific.utcb.ro/bs/arhiva2012/doctoral_nr2_2012.pdf Accesat iulie 2012.
81. Oancea Cristian, 2012, ”Building(s) for ocupants? ” Workshop International, Fakultät für Architectur, Karlsruher Institut für T echnologie, Karlsruhe, Germania, 16-17 Aprilie 2012. Contributia mea este marcată conform legendei cu inițialel ”(CO)”. Link vizualizare publică: http://prezi.com/zclftt9pddpa/buildings-for-occupants-contents/?auth_key=a4cf2cfb61272fd366272daf29e8c5b2a61651fd Linkul a fost verificat și functioneaza, pe 13 iulie 2012.
82. Oancea Cristian, Sorin Caluianu, 2012, Analysis of non-residential buildings in Romania from the labour productivity and intelligent building concept point of view, Intelligent Buildings International, IN PRESS, Production track number TIBI 725529, Initial manuscript ID: 12-IB049-CS. ISSN 1750-8975 (tiparit), 1756-6932 (Online) http://www.tandfonline.com/toc/tibi20/current
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
209
83. Oancea Cristian, Liu Kecheng , Clements-Croome Derek, Caluianu Sorin, 2012, Assessment of buildings performance in Romania from intelligent buildings perspective, Energy and Buildings Journal, IN REVIEW, Manuscript ID: ENB-D-12-00350.
84. Pallant, Julie,. 2007, SPSS Survival Manual, A step by step guide to data analysis using SPSS for Windows, third edition, McGraw Hill, Open University Press, ISBN-10: 0 335 223664
85. Popescu M, Godeanu M., Mateescu I., Godeanu S.P.,1996, Brevet de invenție RO110932B1, Accesibil la adresa: http://www.breveteonline.ro/brevet/pdf/9500045-procedeu-si-instalatie-pentru-epurarea-apelor-uzate-biodegradabile-18425050.pdf
86. Pricewaterhouse Coopers - Building the Case for Welness, 2008 Report 87. Rasca, I., Deaconu, A., ‘The importance of loyalty of highly performing employees
for organizational performance’, On-line http://www.managementmarketing.ro/pdf/ articole/101.pdf Acesat 01.2012
88. Roelofsen, P., 2001, ‘The design of the workplace as a strategy for productivity enhancement’. Proceedings of the Clima 2000 Conf., Naples, 15-18 Sept. 211-219.
89. Romanian National Bank, Monetary policy Glossary. Accessed may 2012 http://www.bnr.ro/Glosar-2444.aspx
90. Qiao, B., Liu, K., Guy C. - A Multi-Agent System for Building Control, Proceedings of IEEE/WIC/ACM, International Conference on IAT, December 2006, Hong Kong
91. Raluca Ioana van Staden, Microsenzor pentru detectarea cancerului, Revista românã a inovãrii 6-7/2010, pag 16-18, Accesat on-line în iulie 2012. http://www.amcsit.ro/_uploaded/_editor/file/rri67.pdf
92. Rădulescu, Mihaela Șt. Metodologia cercetării științifice: elaborarea lucrărilor de licență, masterat, doctorat. Ediția a 2-a, rev. București, Editura Didactică și Pedagogică, 2011.
93. Xu Deng, Lena Mammen, Hans-Jürgen Butt, Doris Vollmer, Candle Soot as a Template for a Transparent Robust Superamphiphobic Coating, pag.67-70, Science, 06.01.2012, vol 335, issue 6064, http://www.sciencemag.org/content/335/6064.toc
94. Olesen W. Bjarne, Brager S. Gail, 2004, A better way to predict comfort, ASHRAE Journal, August 2004, pag.20-26.
95. Sabah A. Abdul-Wahab (Editor), 2011, Sick Building Syndrome in Public Buildings and Workplaces, ISBN 978-3-642-17918-1, Springer.
96. Secret Life of Buildings (2011) TV Channel 4, Marea Britanie. 97. Seppanen, O., Fisk, W.J., Lei, Q.H., 2006, ‘Room temperature and productivity in
office work’, Lawrence Berkeley National Laboratory, http://escholarship.org/uc/item/9bw3n707 Accesat mai 2012.
98. Sick building syndrome. On-line at http://www.epa.gov/iaq/pubs/sbs.html Accessed on 27.01.2012
99. Shackle, G.L.,1969, Decision, order and time in human affairs (2nd ed), University Press, Cambridge.
100. Smith, Joseph, 2011, The doctor will see you always, IEEE Spectrum, Octombrie 2011, pag. 51-55
101. Sorin Larionescu, 2006, Teoria Sistemelor; Management, Automatizare, Procese. Editura Matrix Rom
102. Sorin Larionescu, 2012, Sisteme domotice, note de curs. Accesibil online https://sites.google.com/site/sorinlarionescu/sisteme-domotice
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
210
103. T. van Hooff, B. Blocken, L. Aanen, B. Bronsema, 2011, A venturi-shaped roof for wind-induced natural ventilation of buildings: Windtunnel and CFD evaluation of different design configurations, Building and Environment 46 (2011) pag. 1797-1807.
104. Takenoya H., 2006 ‘Air conditioning systems of the K1 Building in Tokyo’, pages 334-348, In Clements-Croome D.J. Editor(2006) Creating the productive environment.
105. Tim R. Swartz, 2011, Jurnalele pierdute ale lui Nikola Tesla, Editura Solaris Print, ISBN 978-606-8293-01-1, 383 pag, București.
106. Turtureanu Adrian, Pilele de combustie - surse de energie ale viitorului? Disponibil la: http://www.revista-informare.ro/showart.php?id=98&rev=4 Iulie 2012.
107. Wargocki, P., Seppanen, O., Andersson, J., Boerstra, A., Clements-Croome, D., Fitzner, K., Hanssen, S.O., 2006, Indoor Climate and Productivity in Offices. Federation of European Heating and Air-conditioning Associations (REHVA) Guidebook no 6. ISBN 2-9600468-5-4.
108. Wilson si Hedge, ”Building Environment arhitecture and people”pag 88, in Derek Clements-Croome (Editor), Intelligent Buildings Design, Management and Operation, ISBN 978-0-7277-4097-7Thomas Telford, 2004
109. XXX, Legea nr.10/1995 privind calitatea in constructii, cu completarile si modificarile ulterioare;
110. XXX, Legea nr.50/1991 privind autorizarea executarii lucrarilor de constructii, republicata, cu completarile si modificarile ulterioare - actualizata 2009;
111. XXX, Legea 114/1996-Legea locuinței, cu completarile si modificarile ulterioare.Toate legile din domeniul construcțiilor sunt disponibile online pe de site-ul Inspectoratului de Stat în Construcții, www.isc-web.ro Accesat iulie 2012.
112. XXX, SR EN ISO 7730:2006 Ambianţe termice moderate. Determinarea analitică şi interpretarea confortului termic prin calculul indicilor PMV şi PPD şi specificarea criteriilor de confort termic local.
113. Wagner A. and Schakib-Ekbatan K., 2011, User satisfaction as a measure of workplace quality. In Detail Work Environments, Edited by Christian Schittlich,54-57.
114. Warwick Kevin, Artificial Intelligence, the basics., Routlege, London and New York. 2012.
115. Wong, J., Li, H., 2009, Development of intelligent analytic models for the IBMS in the intelligent building, in Derek Clements Croome, Editor, Intelligent Buildings International 1 (2009), 5-22.
116. World Records Academy, The Palace of the Romanian Parliament, http://www.worldrecordsacademy.org/biggest/largest_administrative_building_world_record_set_by_the_Palace_of_the_Romanian_Parliament_80185.htm
117. Yu, Ma. -A Semiotic Framework for Intelligent Buildings Assessment, PhD Thesis, University of Reading, 2011.
118. Zbigniew Michalewicz – Genetic Algorithms+Data Structures=Evolution Programs, Springer 1996
119. Zhen Chen, Derek Clements-Croome, Ju Hong, Heng Li, Qian Xu, 2006, A multicriteria lifespan energy efficiency approach to intelligent building assessment, Energy and Buildings 38, pp.393–409.
120. Zinzi M., Fasano G., 2004, The market of smart buildings technologies: barriers and opportunities, SMART Accelerate handbook, www.ibuildings.gr
121. http://www.usgbc.org/DisplayPage.aspx?CategoryID=19 122. http://www.cibse.org/index.cfm?go=events.view&item=4479 123. http://www.blowtex-educair.it/downloads/thermal%20comfort.htm 124. http://www.cdep.ro/presa/educatie/pdfs/sali_pag2.pdf
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
211
ANEXA 1 Microcontrolerul AVR ATMega2560
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
212
ANEXA 2 Func ția Matlab ”ISBfunc ție.m” FUNCTIA DIN MATLAB SCRISA DE AUTOR pentru calculul Indicelui Stării de Bine si utilizare in Algoritmii Genetici. function [ ISBi ] = isbfunctie(ISBVAR); % Aceasta functie calculeaza INDICELE DE STARE DE BINE ISBVAR=xlsread('BDISBmica.xls', 'A:G'); %citesc baza de date intr-o matrice % ISBVAR=xlsread('BDateConfTermicAG.xml', 'A:F') ; insize=size(ISBVAR); % returneaza dimensiunea MATRICII ”ISBVAR”, % intr-un vector ”insize” cu atatea elemente % cate dimensiuni are matricea ”ISBVAR” ISB=zeros(insize(1),1); %creez o matrice n linii-x-1 coloana pt. a citi % datele de calcul a indicelui starii de bine if insize(2)==7; % acceseaza elem.2 din vectorul "insize" % conditia sa fie cititi toti parametrii de conf.termic (nr.coloane=7) Sacustic=ISBVAR(:,1); % citesc satisfactia dpv acustic Sspatiu=ISBVAR(:,2); % citesc satisfactia cu calitate spatiu Siluminat=ISBVAR(:,3); % citesc satisfactia cu iluminatul Stemperatura=ISBVAR(:,4); % citesc satisfactia cu temperatura Scalitate_aer=ISBVAR(:,5); %citesc satisfactia cu calitatea aerului Sfinisaje=ISBVAR(:,6); %citesc satisfactia cu finisajele Scladire=ISBVAR(:,7); %citesc satisfactia ocupantilor cu cladirea % FORMULA INDICELUI DE STARE DE BINE ISB=-0.060+0.075*Sacustic+0.245*Sspatiu+0.082*Siluminat+... 0.064*Stemperatura+0.135*Scalitate_aer+0.202*Sfinisaje+0.238*Scladire; % Ne intereseaza o valoarea mare a indicelui starii de bine ISB % Aceasta valoare mare pt ISB se determina minimizând inversul ISB % (1/ISB)= ISBi este folosita ca functie de OPTIMIZAT de ALGORITMUL GENETIC ISBi=1./ISB % ISBi este inversul Indicelui Starii de Bine disp ('Indicele de stare de bine este') ISB disp ('Inversul Indicelui de stare de bine este') ISBi else % corespunde lui if(insize(2)==7); disp ('Matrice de intrare are dimensiuni gresite') disp ('Matrice datelor de intrare trebuie sa aiba n-linii x 7 coloane') end
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
213
ANEXA 3. Tabelul de varian ță cu cele 10 componente principale extrase din Metoda Componentelor Princip ale Tabelul din Metoda Componentelor Principale cu rotatie ”Direct Oblim”. Doar primele 25 de componente au eigenvalue>1. Au fost extrase primele 10 componente. Eigenvalue pentru un factor reprezintă cât de mult din varianța totală este explicată de el.
Total Variance Explained
Initial Eigenvalues Extraction Sums of Squared Loadings
Rotation Sums of Squared
Loadingsa Component Total
% of Variance
Cumulative % Total
% of Variance
Cumulative % Total
1 28,525 26,412 26,412 28,525 26,412 26,412 11,429 2 7,234 6,699 33,111 7,234 6,699 33,111 15,290 3 5,419 5,017 38,128 5,419 5,017 38,128 11,819 4 4,012 3,715 41,843 4,012 3,715 41,843 14,384 5 3,220 2,981 44,824 3,220 2,981 44,824 3,404 6 2,838 2,628 47,452 2,838 2,628 47,452 12,679 7 2,608 2,415 49,866 2,608 2,415 49,866 5,047 8 2,490 2,305 52,171 2,490 2,305 52,171 7,725 9 2,441 2,260 54,432 2,441 2,260 54,432 3,667
10 2,238 2,072 56,504 2,238 2,072 56,504 10,946
11 1,921 1,779 58,283 12 1,899 1,758 60,041 13 1,743 1,614 61,655 14 1,713 1,586 63,241 15 1,671 1,547 64,789 16 1,608 1,489 66,278 17 1,526 1,413 67,690 18 1,460 1,352 69,043 19 1,320 1,222 70,264 20 1,236 1,144 71,409 21 1,202 1,113 72,522 22 1,169 1,082 73,604 23 1,118 1,036 74,640 24 1,092 1,011 75,651 25 1,053 ,975 76,625 26 ,960 ,889 77,514 27 ,933 ,864 78,378 28 ,904 ,837 79,215 29 ,874 ,809 80,025 30 ,857 ,794 80,818 31 ,823 ,762 81,580 32 ,792 ,734 82,314 33 ,770 ,713 83,027 34 ,746 ,691 83,718 35 ,709 ,657 84,375 36 ,696 ,645 85,019 37 ,619 ,573 85,592 38 ,596 ,552 86,144 39 ,587 ,544 86,688
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
214
40 ,580 ,537 87,225 41 ,542 ,502 87,727 42 ,539 ,499 88,226 43 ,511 ,473 88,699 44 ,509 ,472 89,171 45 ,498 ,461 89,632 46 ,459 ,425 90,057 47 ,446 ,413 90,470 48 ,434 ,402 90,873 49 ,426 ,394 91,267 50 ,414 ,384 91,651 51 ,406 ,376 92,026 52 ,371 ,343 92,370 53 ,366 ,339 92,709 54 ,356 ,330 93,039 55 ,341 ,316 93,354 56 ,329 ,305 93,659 57 ,310 ,287 93,947 58 ,296 ,274 94,220 59 ,286 ,265 94,485 60 ,280 ,260 94,745 61 ,279 ,258 95,003 62 ,262 ,243 95,245 63 ,251 ,232 95,477 64 ,245 ,226 95,704 65 ,234 ,217 95,920 66 ,225 ,209 96,129 67 ,217 ,201 96,330 68 ,209 ,194 96,523 69 ,204 ,189 96,712 70 ,194 ,180 96,892 71 ,190 ,176 97,068 72 ,182 ,169 97,236 73 ,178 ,164 97,401 74 ,167 ,155 97,556 75 ,163 ,151 97,707 76 ,153 ,142 97,848 77 ,151 ,140 97,988 78 ,146 ,135 98,123 79 ,139 ,129 98,252 80 ,127 ,117 98,369 81 ,120 ,111 98,480 82 ,117 ,108 98,588 83 ,114 ,106 98,694 84 ,107 ,099 98,793 85 ,105 ,098 98,891 86 ,100 ,092 98,983 87 ,097 ,090 99,073 88 ,088 ,081 99,154
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
215
89 ,078 ,072 99,226 90 ,077 ,071 99,297 91 ,071 ,065 99,363 92 ,068 ,063 99,426 93 ,062 ,058 99,484 94 ,061 ,057 99,541 95 ,058 ,054 99,594 96 ,053 ,049 99,643 97 ,050 ,046 99,689 98 ,048 ,045 99,734 99 ,044 ,041 99,775 100 ,039 ,036 99,810 101 ,036 ,033 99,844 102 ,033 ,030 99,874 103 ,032 ,029 99,903 104 ,029 ,027 99,930 105 ,024 ,022 99,952 106 ,020 ,019 99,971 107 ,017 ,016 99,987 108 ,014 ,013 100,000 Extraction Method: Principal Component Analysis. a. When components are correlated, sums of squared loadings cannot be added to obtain a total variance.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
216
ANEXA 4 Matricea cu tiparul componentelor din Metod a Componentelor Principale. Se observă faptul că variabilele componentelor sunt grupate pe tipuri de satisfactie.
Pattern Matrix a Component
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (64m) Ne-/Satisfactia cu designul fatadei
,588 -,302
(64r) Ne-/Satisfactia cu siguranta in cladire in afara orelor nomale de lucru
,557
(64f) Ne-/Satisfactia cu siguranta structurala si tehnica, la interior.
,506
(64l) Ne-/Satisfactia cu iluminatul exterior
,446
(65x) Satisfactia per ansamblu din punct de vedere al prieteniei cladirii cu utilizatorul
,444
(64s) Ne-/Satisfactia cu siguranta in jurul cladirii
,441
(64q) Ne-/Satisfactia cu cu informaţiile de siguranţă în caz de urgenţă
,417 ,320
(64o) Ne-/Satisfactia cu spatiile pentru intalniri informale
,410
(56b) Ne/Satisfactia legata de mobilarea/ modelarea biroului si intelegerea cu colegii pe aceasta tema.
,380
(64h) Ne-/Satisfactia cu spatiile de socializare si de relaxare.
,361
(27b) In acest anotimp, cat de (ne)/satisfacut sunteti deprivelistea exterioara fara protectia solara/ contra orbirii?
,358
(63a) Ne-/Satisfactia fata de cantina/ cafetaria/ automatul de bauturi din cladire
,357 ,308
(64i) Ne-/Satisfactia cu salile pentru conferinta/ consultari.
,316
(10x) Per ansamblu, cat de nemultumit / multumit sunteti de conditiile acustice/ zgomot la locul de munca?
-,868
(9i) Conditii acustice la locul de munca: soneria telefoanelor/ discutii in incapere
-,849
(12c)Conditiile spatiale: lucrul fara distragerea atentiei
-,848
(59d_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de nivel de zgomot la locul dvs. de lucru?
,798
(64d) Ne-/Satisfactia cu conditiile acustice din interiorul cladirii.
-,790
(12e) Conditiile spatiale: discutii/ conversatii telefonice neintrerupte
-,763
(15x) In general, cat de nemultumit sau multumit sunteti de tipul spatiului de lucru si de caracteristicile sale spatiale?
-,761
(9j) Conditii acustice la locul de munca: inteligibilitatea unei discutii intr-o camera.
-,694
(59d_1) Cat de important este pentru dvs. nivelul de zgomot?
,611 ,363
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
217
(12g) Conditiile spatiale : Pozitia locului dvs. de lucru fata de cea (cele) mai indepartata persoana(e) ce lucreaza
-,597
(12b) Conditiile spatiale : Protectia fata de privirea altora
-,586
(12d) Conditiile spatiale : Distanta intre locul dvs de lucru si alte posturi de lucru din incapere
-,579
(9e) Conditii acustice la locul de munca: soneria telefoanelor/ discutiile colegilor din alte spatii
-,536
(60x) In general cat de satisfacut sunteti cu conditiile per ansamblu de la locul de munca?
-,505 -,376
(12a) Conditiile spatiale: dimensiunea biroului
-,501
(59e_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de intimitate la locul dvs. de lucru?
,455
(9c) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat pardoselii/ casei scarilor/ spatiilor interioare
-,453
(12j) Conditiile spatiale: Posibilitatea de organizare individuala a spatiului de lucru
-,438
(52h) Cat de des vi se intampla sa suferiti de o putere de concentrare redusa, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
-,354 -,342 ,305
(35b) (Ne)- /Satisfactia cu privire la conditiile de temperatura si compatibilitatea cu colegi in aceasta privinta?
-,725
(38x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de temperatura la locul de lucru in acest anotimp.
-,698
(49b) Ne/Satisfactia cu calitatea aerului corelata cu compatibilitate cu colegii in legatura cu acest aspect.
-,672
(51x) Satisfactia per ansamblu cu calitatea aerului in aceast anotimp, la locul de munca.
-,657 ,316
(49a) Ne/Satisfactia cu posibilitatile tehnice dintr-o incapere de a influenta efectiv calitatea aerului.
-,650
(59a_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de temperatura la locul dvs. de lucru?
,630
(35a) (Ne)- /Satisfactia cu posibilitatile tehnice din incapere de a influenta efectiv conditiile de temperatura din incapere?
-,609
(59c_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de calitate a aerului la locul dvs. de lucru?
,600 -,391
(41)Cum apreciati calitatea aerului la locul dvs. de lucru?
-,566
(64b) Ne-/Satisfactia cu conditiile de temperatura din interiorul cladirii.
-,522
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
218
(52g) Cat de des vi se intampla sa nu va simtiti bine in general, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati
-,406 ,404
(42) Cat de des sunteti deranjat de curentii de aer la locul dvs. de lucru?
,370 ,329
(64c) Ne-/Satisfactia cu orientarea/ semnalistica de orientare in cladire.
,328 -,338
(31x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de iluminat la locul de munca.
-,785
(22a) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in cazul lucrului la calculator.
-,739
(22c) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in toata camera.
-,698
(22b) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in cazul altor activitati pe birou.
-,690
(28a) (Ne)- /Satisfactia per ansablu cu posibilitatile tehnice din incapere de a influenta efectiv conditiile de iluminat?
-,689
(26) In acest anotimp cat de ne-/satisfacut sunteti in general de protectiile solare / impotriva orbirii, la locul de munca?
-,678
(64a) Ne-/Satisfactia cu conditiile de iluminat din interiorul cladirii.
-,661
(59b_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de iluminat la locul dvs. de lucru?
,658
(24c) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in intreaga incapere
-,643
(24a) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in cazul lucrului la calculator.
-,630
(24b) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in cazul altor activitati pe birou.
-,608
(27a) In acest anotimp, cat de (ne)/satisfacut sunteti de conexiunea cu mediul exterior cand protectia solara/ contra orbirii este activata?
-,563
(25a) Cat de des experimentati orbire din partea luminii naturale in aceasta perioada a anului?
-,510 -,499
(28b) (Ne)- /Ssatisfactia per ansablu cu privire la conditiile de iluminat si compatibilitatea cu colegi in aceasta privinta?
-,333
(59a_1) Cat de importante sunt pentru dvs. conditiile de temperatura?
,745
(59g_1) Cat de importanta este pentru dvs. curatenia?
,651
(59b_1) Cat de importane sunt pentru dvs. conditiile de iluminat?
,633
(59c_1) Cat de importanta este pentru dvs. calitatea aerului?
,547
(59f_1) Cat de importante sunt pentru dvs. finisajele/ designul?
,499
(59e_1) Cat de importanta este pentru dvs. intimitatea?
-,400 ,425
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
219
(55d) Ne/Satisfactia cu spatiul pentru materiale pt birou.
-,712
(55f) Ne/Satisfactia cu dimensiunea rafturilor/ dulapurilor
-,696
(55b) Ne/Satisfactia cu marimea mesei biroului.
-,685
(55p) Ne/ Satisfactia cu ergonomia biroului.(mesei)
-,684
(55h) Ne/Satisfactia cu materialul folosit pentru mobilier.
-,669
(55g) Ne/Satisfactia cu schema de culoare pentru mobila.
-,632
(55j) Ne/Satisfactia cu culoarea pardoselilor.
,439 -,493
(55e) Ne/Satisfactia cu spatiul pentru garderoba/ haine.
-,463
(55i) Ne/Satisfactia cu schema de culori pentru pereti.
,391 -,453
(55n) Ne/ Satisfactia cu ergonomia scaunului de birou.
-,450
(55k) Ne/Satisfactia cu cu materialul pardoselii.
,334 -,448
(58x) Satisfactia per ansamblu cu finisajele/ designul spatiului dvs. de lucru.
-,445
(56a) Ne/Satisfactia cu posibilitatea de a influenta efectiv mobilarea si modelarea.
-,421
(59f_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea finisajelor / designului la locul dvs. de lucru?
,303
(32) Ce parere aveti despre temperatura curenta la locul dvs. de lucru?
-,735
(33) Daca ati putea sa alegeti, cum ati prefera sa fie temperatura la locul dvs. de lucru?
,717
(9g) Conditii acustice la locul de munca: zgomot din exterior chiar si cu fereastra inchisa
-,458
(9k) Conditii acustice la locul de munca: muzica/ radio in incapere
-,312 -,392
(9b) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat biroticii
-,350 -,355
(9f) Conditii acustice la locul de munca: muzica/ radio din alte spatii
-,306 -,354
(59g_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de curatenie la locul dvs. de lucru??
-,737
(63c) Ne-/Satisfactia cu serviciile de curatenie din cladire.
,715
(55l) Ne/Satisfactia cu curatenia pardoselii si a altor suprafete.
,704
(55m) Ne/Satisfactia cu curatenia ferestrelor.
-,437 ,570
(63b) Ne-/Satisfactia cu asteptarea tehnica/ serviciile de reparatii din cladire
,426
(43d) Cat de deranjante considerati mirosurile provenite din exteriorul clădirii, la locul dvs. de lucru?
,400
(43c) Cat de deranjante considerati mirosurile provenite din interiorul clădirii, la locul dvs. de lucru?
,372 ,333
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
220
(64g) Ne-/Satisfactia cu instalatiile sanitare
,331
(43b) Cat de deranjante considerati mirosurile de la echipamentele tehnice, la locul dvs. de lucru?
,325
(21) Cum ati prefera sa fie lumina naturala la locul dvs. de lucru?
-,598
(16) Cat de departe stati fata de cea mai apropiata fereastra?
-,587
(20) Cum apreciati in acest anotimp lumina naturala la locul dvs. de lucru?
,540
(12f) Conditiile spatiale : Pozitia locului dvs. de lucru fata de cea mai apropiata fereastra
,416
(52c) Cat de des vi se intampla sa simtiti ochii uscati si/sau nasul uscat, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,775
(52e) Cat de des vi se intampla sa aveti pielea uscata, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,652
(39) Cum simtiti in acest moment umiditatea aerului la locul dvs. de lucru?
,620
(40) Cum ati prefera sa fie umiditatea aerului?
,314 -,613
(52d) Cat de des vi se intampla sa va lacrimeze ochii si/ sau sa va curga nasul, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,569
(52a) Cat de des vi se intampla sa obositi foarte usor, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati
-,482 ,493
(52f) Cat de des vi se intampla sa va doara in gat, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
-,312 ,400
(43a) Cat de deranjante considerati mirosurile de la pardoseala/ mobila, la locul dvs de lucru?
,390
(52b) Cat de des vi se intampla sa va doara capul , stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
-,333 ,342
(9a) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat instalatiilor
,304
Extraction Method: Principal Component Analysis. Rotation Method: Oblimin with Kaiser Normalization. a. Rotation converged in 31 iterations.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
221
ANEXA 5 Matricea cu structura componentelor din Me toda Componentelor Principale Această anexă prezintă variabilele care compun cele 10 componente principale extrase din metoda de analiză factorială, ”metoda componentelor principale”.
Structure Matrix Component
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (64m) Ne-/Satisfactia cu designul fatadei
,680 -,482 -,349
(64r) Ne-/Satisfactia cu siguranta in cladire in afara orelor nomale de lucru
,674 -,329 -,353 ,431
(64f) Ne-/Satisfactia cu siguranta structurala si tehnica, la interior.
,642 -,354 -,324 ,411
(65x) Satisfactia per ansamblu din punct de vedere al prieteniei cladirii cu utilizatorul
,640 -,453 -,414 -,437 -,364 ,354 ,356
(64l) Ne-/Satisfactia cu iluminatul exterior
,567 -,454 -,358
(64s) Ne-/Satisfactia cu siguranta in jurul cladirii
,560 -,399 ,342
(64o) Ne-/Satisfactia cu spatiile pentru intalniri informale
,527 -,336
(56b) Ne/Satisfactia legata de mobilarea/ modelarea biroului si intelegerea cu colegii pe aceasta tema.
,516 -,344 -,311 -,403
(64q) Ne-/Satisfactia cu cu informaţiile de siguranţă în caz de urgenţă
,512 -,326 ,406
(64h) Ne-/Satisfactia cu spatiile de socializare si de relaxare.
,510 -,315 -,326 ,423
(27b) In acest anotimp, cat de (ne)/satisfacut sunteti deprivelistea exterioara fara protectia solara/ contra orbirii?
,463 -,303 -,317 -,440 ,405
(64i) Ne-/Satisfactia cu salile pentru conferinta/ consultari.
,449 -,376 ,305
(63a) Ne-/Satisfactia fata de cantina/ cafetaria/ automatul de bauturi din cladire
,427 ,381
(64c) Ne-/Satisfactia cu orientarea/ semnalistica de orientare in cladire.
,406 -,377 ,322
(10x) Per ansamblu, cat de nemultumit / multumit sunteti de conditiile acustice/ zgomot la locul de munca?
-,916 ,353
(15x) In general, cat de nemultumit sau multumit sunteti de tipul spatiului de lucru si de caracteristicile sale spatiale?
,350 -,846 -,373 ,312
(12c)Conditiile spatiale: lucrul fara distragerea atentiei
-,842 -,382
(9i) Conditii acustice la locul de munca: soneria telefoanelor/ discutii in incapere
-,824
(59d_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de nivel de zgomot la locul dvs. de lucru?
,803 -,300
(64d) Ne-/Satisfactia cu conditiile acustice din interiorul cladirii.
-,761
(12e) Conditiile spatiale: discutii/ conversatii telefonice neintrerupte
-,753 -,309
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
222
(9j) Conditii acustice la locul de munca: inteligibilitatea unei discutii intr-o camera.
-,752
(12g) Conditiile spatiale : Pozitia locului dvs. de lucru fata de cea (cele) mai indepartata persoana(e) ce lucreaza
,335 -,718 -,318 -,308 -,306 -,349 ,328
(12d) Conditiile spatiale : Distanta intre locul dvs de lucru si alte posturi de lucru din incapere
,362 -,689 -,398 ,310
(60x) In general cat de satisfacut sunteti cu conditiile per ansamblu de la locul de munca?
,353 -,680 -,564 -,316 -,326 ,370
(12b) Conditiile spatiale : Protectia fata de privirea altora
,327 -,678 -,351 -,314
(12a) Conditiile spatiale: dimensiunea biroului
-,608 -,369
(9e) Conditii acustice la locul de munca: soneria telefoanelor/ discutiile colegilor din alte spatii
-,590 -,400
(12j) Conditiile spatiale: Posibilitatea de organizare individuala a spatiului de lucru
-,576 -,370
(59e_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de intimitate la locul dvs. de lucru?
-,354 ,559 -,324
(52h) Cat de des vi se intampla sa suferiti de o putere de concentrare redusa, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,379 -,550 -,518 ,508
(9c) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat pardoselii/ casei scarilor/ spatiilor interioare
-,526 ,346
(59d_1) Cat de important este pentru dvs. nivelul de zgomot?
,513 ,404
(9b) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat biroticii
-,461 -,336 -,429
(51x) Satisfactia per ansamblu cu calitatea aerului in aceast anotimp, la locul de munca.
-,432 -,790 -,325 ,545
(49a) Ne/Satisfactia cu posibilitatile tehnice dintr-o incapere de a influenta efectiv calitatea aerului.
-,402 -,757 ,454
(38x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de temperatura la locul de lucru in acest anotimp.
-,308 -,757 -,346
(35b) (Ne)- /Satisfactia cu privire la conditiile de temperatura si compatibilitatea cu colegi in aceasta privinta?
-,725
(49b) Ne/Satisfactia cu calitatea aerului corelata cu compatibilitate cu colegii in legatura cu acest aspect.
-,718
(59c_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de calitate a aerului la locul dvs. de lucru?
,691 -,546
(41)Cum apreciati calitatea aerului la locul dvs. de lucru?
-,387 -,685 ,472
(35a) (Ne)- /Satisfactia cu posibilitatile tehnice din incapere de a influenta efectiv conditiile de temperatura din incapere?
-,371 -,680 -,319
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
223
(59a_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de temperatura la locul dvs. de lucru?
,675 -,345
(64b) Ne-/Satisfactia cu conditiile de temperatura din interiorul cladirii.
-,312 -,630 -,363 -,308 ,375 ,321
(42) Cat de des sunteti deranjat de curentii de aer la locul dvs. de lucru?
,465 ,333 ,409
(31x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de iluminat la locul de munca.
-,397 -,870 -,305
(22c) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in toata camera.
,333 -,305 -,810 -,366
(22a) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in cazul lucrului la calculator.
-,803 -,385
(22b) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in cazul altor activitati pe birou.
,323 -,790 -,359 ,332 ,323
(28a) (Ne)- /Satisfactia per ansablu cu posibilitatile tehnice din incapere de a influenta efectiv conditiile de iluminat?
,343 -,781 -,305
(64a) Ne-/Satisfactia cu conditiile de iluminat din interiorul cladirii.
,329 -,750
(26) In acest anotimp cat de ne-/satisfacut sunteti in general de protectiile solare / impotriva orbirii, la locul de munca?
-,367 -,726 -,356
(24c) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in intreaga incapere
,349 -,719 -,326 ,332 ,302
(24a) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in cazul lucrului la calculator.
,329 -,714 -,309 ,381
(24b) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in cazul altor activitati pe birou.
,348 -,704 -,363 ,387
(59b_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de iluminat la locul dvs. de lucru?
,308 ,703
(27a) In acest anotimp, cat de (ne)/satisfacut sunteti de conexiunea cu mediul exterior cand protectia solara/ contra orbirii este activata?
-,306 -,613
(28b) (Ne)- /Ssatisfactia per ansablu cu privire la conditiile de iluminat si compatibilitatea cu colegi in aceasta privinta?
,399 -,402 -,493
(25a) Cat de des experimentati orbire din partea luminii naturale in aceasta perioada a anului?
-,482 -,426
(59a_1) Cat de importante sunt pentru dvs. conditiile de temperatura?
,751
(59g_1) Cat de importanta este pentru dvs. curatenia?
,648
(59b_1) Cat de importane sunt pentru dvs. conditiile de iluminat?
,618
(59c_1) Cat de importanta este pentru dvs. calitatea aerului?
,571
(59f_1) Cat de importante sunt pentru dvs. finisajele/ designul?
,489
(59e_1) Cat de importanta este pentru dvs. intimitatea?
-,361 ,309 ,408
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
224
(55d) Ne/Satisfactia cu spatiul pentru materiale pt birou.
-,768
(55f) Ne/Satisfactia cu dimensiunea rafturilor/ dulapurilor
-,326 -,758
(55h) Ne/Satisfactia cu materialul folosit pentru mobilier.
,498 -,324 -,757
(55g) Ne/Satisfactia cu schema de culoare pentru mobila.
,498 -,404 -,740
(55p) Ne/ Satisfactia cu ergonomia biroului.(mesei)
-,712
(55b) Ne/Satisfactia cu marimea mesei biroului.
-,698
(55j) Ne/Satisfactia cu culoarea pardoselilor.
,626 -,311 -,315 -,660 ,366
(58x) Satisfactia per ansamblu cu finisajele/ designul spatiului dvs. de lucru.
,507 -,487 -,318 -,373 -,640 ,325
(55k) Ne/Satisfactia cu cu materialul pardoselii.
,554 -,348 -,337 -,639 ,344 ,381
(55i) Ne/Satisfactia cu schema de culori pentru pereti.
,543 -,326 -,577 ,306
(56a) Ne/Satisfactia cu posibilitatea de a influenta efectiv mobilarea si modelarea.
,458 -,554
(55e) Ne/Satisfactia cu spatiul pentru garderoba/ haine.
-,542
(55n) Ne/ Satisfactia cu ergonomia scaunului de birou.
-,537 ,339
(9f) Conditii acustice la locul de munca: muzica/ radio din alte spatii
,365 -,421 -,433 -,416
(59f_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea finisajelor / designului la locul dvs. de lucru?
-,360 ,350 ,422
(32) Ce parere aveti despre temperatura curenta la locul dvs. de lucru?
-,727
(33) Daca ati putea sa alegeti, cum ati prefera sa fie temperatura la locul dvs. de lucru?
,694
(9g) Conditii acustice la locul de munca: zgomot din exterior chiar si cu fereastra inchisa
-,306 -,347 -,513 ,301
(9k) Conditii acustice la locul de munca: muzica/ radio in incapere
,353 -,407 -,440
(55l) Ne/Satisfactia cu curatenia pardoselii si a altor suprafete.
-,331 -,455 ,784
(63c) Ne-/Satisfactia cu serviciile de curatenie din cladire.
,314 ,763
(59g_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de curatenie la locul dvs. de lucru??
-,763
(55m) Ne/Satisfactia cu curatenia ferestrelor.
-,326 -,602 ,691
(63b) Ne-/Satisfactia cu asteptarea tehnica/ serviciile de reparatii din cladire
,397 -,368 ,515
(43d) Cat de deranjante considerati mirosurile provenite din exteriorul clădirii, la locul dvs. de lucru?
,470
(64g) Ne-/Satisfactia cu instalatiile sanitare
,422 -,441 -,321 -,397 -,310 ,466 ,399
(43c) Cat de deranjante considerati mirosurile provenite din interiorul clădirii, la locul dvs. de lucru?
,461 ,460
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
225
(21) Cum ati prefera sa fie lumina naturala la locul dvs. de lucru?
-,624
(16) Cat de departe stati fata de cea mai apropiata fereastra?
-,594
(20) Cum apreciati in acest anotimp lumina naturala la locul dvs. de lucru?
-,324 ,580
(12f) Conditiile spatiale : Pozitia locului dvs. de lucru fata de cea mai apropiata fereastra
-,330 -,347 -,380 ,475
(52c) Cat de des vi se intampla sa simtiti ochii uscati si/sau nasul uscat, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
-,342 -,349 ,821
(52e) Cat de des vi se intampla sa aveti pielea uscata, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
-,323 -,323 ,716
(52a) Cat de des vi se intampla sa obositi foarte usor, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati
,324 -,359 -,637 ,649
(40) Cum ati prefera sa fie umiditatea aerului?
,417 -,648
(39) Cum simtiti in acest moment umiditatea aerului la locul dvs. de lucru?
-,337 ,645
(52d) Cat de des vi se intampla sa va lacrimeze ochii si/ sau sa va curga nasul, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,366 ,619
(52g) Cat de des vi se intampla sa nu va simtiti bine in general, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati
,345 -,380 -,571 ,330 ,579
(52f) Cat de des vi se intampla sa va doara in gat, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,324 -,462 -,339 ,538
(43a) Cat de deranjante considerati mirosurile de la pardoseala/ mobila, la locul dvs de lucru?
-,349 ,302 ,502
(52b) Cat de des vi se intampla sa va doara capul , stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
-,483 ,493
(9a) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat instalatiilor
-,395 -,381 -,322 ,454
(43b) Cat de deranjante considerati mirosurile de la echipamentele tehnice, la locul dvs. de lucru?
-,348 ,422 ,435
Extraction Method: Principal Component Analysis. Rotation Method: Oblimin with Kaiser Normalization.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
226
ANEXA 6 Regresia matematica asupra componentei 1 di n metoda componentelor principale, corespunz ătoare satisfac ției cu interiorul și exteriorul cl ădirii
Model Summary b
Model R R Square
Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate
1 ,721a ,520 ,516 ,608 a. Predictors: (Constant), (27b), (64p), (56b) , (64h) ,(64m), (64i) , (64s) , (64f) , (64o, (64r) b. Dependent Variable: (65x) Satisfactia per ansamblu din punct de vedere al prieteniei cladirii cu utilizatorul.
Unstandardized
Coefficients
Standardized Coefficients
95,0% Confidence
Interval for B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower Bound
Upper
Bound
Zero-
order
Partial Part
Toleranc
e VIF (Constant) -
,004 ,077 -,052 ,959 -,155 ,147
(64m) Ne-/Satisfactia cu designul fatadei
,179 ,021 ,203 8,598 ,000 ,138 ,219 ,489 ,245 ,175 ,747 1,340
(64r) Ne-/Satisfactia cu siguranta in cladire in afara orelor nomale de lucru
,101 ,031 ,097 3,277 ,001 ,040 ,161 ,519 ,096 ,067 ,470 2,129
(64f) Ne-/Satisfactia cu siguranta structurala si tehnica, la interior.
,143 ,027 ,146 5,196 ,000 ,089 ,197 ,552 ,151 ,106 ,526 1,900
(64s) Ne-/Satisfactia cu siguranta in jurul cladirii
,089 ,024 ,095 3,679 ,000 ,042 ,137 ,467 ,107 ,075 ,619 1,616
(64p) Ne-/Satisfactia cu controlul accesului in cladire.
,082 ,022 ,098 3,691 ,000 ,039 ,126 ,463 ,108 ,075 ,591 1,693
(64o) Ne-/Satisfactia cu spatiile pentru intalniri informale
,075 ,024 ,086 3,143 ,002 ,028 ,122 ,474 ,092 ,064 ,551 1,814
(56b) Ne/Satisfactia legata de mobilarea/ modelarea biroului si intelegerea cu colegii pe aceasta tema.
,070 ,019 ,082 3,761 ,000 ,033 ,106 ,324 ,110 ,077 ,868 1,152
(64h) Ne-/Satisfactia cu spatiile de socializare si de relaxare.
,086 ,020 ,113 4,203 ,000 ,046 ,126 ,460 ,123 ,086 ,578 1,730
(64i) Ne-/Satisfactia cu salile pentru conferinta/ consultari.
,108 ,023 ,120 4,657 ,000 ,063 ,154 ,481 ,136 ,095 ,626 1,597
(27b) In acest anotimp, cat de (ne)/satisfacut sunteti deprivelistea exterioara fara protectia solara/ contra orbirii?
,061 ,016 ,082 3,843 ,000 ,030 ,092 ,281 ,112 ,078 ,909 1,100
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
227
ANEXA 7 Regresia matematica asupra componentei 2 și 7 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor acustice
Model Summary c
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,835a ,697 ,696 ,613 2 ,844b ,712 ,710 ,599 a. Predictors: (Constant), (9c) , (9i) , (64d), (9j) , (59d_2) , (12c) b. Predictors: (Constant), (9c) , (9i) , (64d), (9j) , (59d_2) , (12c), (9f) , (9b) c. Dependent Variable: (10x) Per ansamblu, cat de nemultumit / multumit sunteti de conditiile acustice/ zgomot la locul de munca?
Coefficients a
Unstandardized
Coefficients
Standardized Coefficients
95,0% Confidence Interval for
B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower
Bound
Upper
Bound
Zero-
order Partial Part
Toleranc
e VIF (Constant) 1,27
2 ,086 14,720 ,000 1,10
2 1,44
1
(9i) Conditii acustice la locul de munca: soneria telefoanelor/ discutii in incapere
,141 ,020 ,159 6,939 ,000 ,101 ,181 ,647 ,182 ,102 ,413 2,419
(12c)Conditiile spatiale: lucrul fara distragerea atentiei
,114 ,020 ,129 5,788 ,000 ,075 ,152 ,643 ,153 ,085 ,435 2,299
(59d_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de nivel de zgomot la locul dvs. de lucru?
-,264
,017 -,322
-15,117
,000 -,298
-,229
-,724
-,374 -,222
,475 2,104
(64d) Ne-/Satisfactia cu conditiile acustice din interiorul cladirii.
,109 ,021 ,108 5,176 ,000 ,068 ,150 ,638 ,137 ,076 ,496 2,017
(9j) Conditii acustice la locul de munca: inteligibilitatea unei discutii intr-o camera.
,159 ,019 ,166 8,217 ,000 ,121 ,197 ,617 ,214 ,121 ,527 1,897
1
(9c) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat pardoselii/ casei scarilor/ spatiilor interioare
,198 ,016 ,205 12,324 ,000 ,167 ,230 ,520 ,313 ,181 ,780 1,282
(Constant) ,871 ,101 8,662 ,000 ,674 1,068 2
(9i) Conditii acustice la locul de munca: soneria telefoanelor/ discutii in incapere
,131 ,020 ,147 6,589 ,000 ,092 ,171 ,647 ,173 ,095 ,411 2,430
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
228
(12c)Conditiile spatiale: lucrul fara distragerea atentiei
,119 ,019 ,136 6,205 ,000 ,082 ,157 ,643 ,164 ,089 ,431 2,320
(59d_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de nivel de zgomot la locul dvs. de lucru?
-,252
,017 -,308
-14,744
,000 -,286
-,219
-,724
-,367 -,212
,471 2,122
(64d) Ne-/Satisfactia cu conditiile acustice din interiorul cladirii.
,104 ,021 ,103 5,066 ,000 ,064 ,144 ,638 ,134 ,073 ,495 2,019
(9j) Conditii acustice la locul de munca: inteligibilitatea unei discutii intr-o camera.
,124 ,019 ,130 6,388 ,000 ,086 ,162 ,617 ,168 ,092 ,500 1,999
(9c) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat pardoselii/ casei scarilor/ spatiilor interioare
,157 ,017 ,162 9,483 ,000 ,124 ,189 ,520 ,246 ,136 ,704 1,420
(9b) Conditii acustice la locul de munca: zgomot datorat biroticii
,107 ,017 ,107 6,478 ,000 ,075 ,140 ,478 ,171 ,093 ,759 1,318
(9f) Conditii acustice la locul de munca: muzica/ radio din alte spatii
,094 ,020 ,073 4,623 ,000 ,054 ,134 ,338 ,123 ,066 ,822 1,216
a. Dependent Variable: (10x) Per ansamblu, cat de nemultumit / multumit sunteti de conditiile acustice/ zgomot la locul de munca?
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
229
ANEXA 8 Regresia matematic ă asupra componentei 2 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor de spa țiu
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,845a ,715 ,714 ,596 a. Predictors: (Constant), (12j), (12g) , (12b), (12a), (12d) b. Dependent Variable: (15x) In general, cat de nemultumit sau multumit sunteti de tipul spatiului de lucru si de caracteristicile sale spatiale?
Coefficients a
Unstandardized
Coefficients
Standardized Coefficients
95,0% Confidence Interval for
B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower
Bound
Upper
Bound
Zero-
order
Partial Part
Tolerance VIF
(Constant) -,031
,045 -,683 ,495 -,120
,058
(12g) Conditiile spatiale : Pozitia locului dvs. de lucru fata de cea (cele) mai indepartata persoana(e) ce lucreaza
,167 ,023 ,168 7,260 ,000 ,122 ,212 ,673 ,189 ,103 ,374 2,671
(12b) Conditiile spatiale : Protectia fata de privirea altora
,270 ,014 ,338 18,705 ,000 ,242 ,299 ,688 ,444 ,265 ,615 1,625
(12d) Conditiile spatiale : Distanta intre locul dvs de lucru si alte posturi de lucru din incapere
,151 ,023 ,160 6,622 ,000 ,106 ,195 ,683 ,173 ,094 ,345 2,901
(12a) Conditiile spatiale: dimensiunea biroului
,212 ,018 ,238 11,727 ,000 ,177 ,247 ,673 ,297 ,166 ,487 2,052
(12j) Conditiile spatiale: Posibilitatea de organizare individuala a spatiului de lucru
,139 ,018 ,154 7,790 ,000 ,104 ,175 ,653 ,202 ,110 ,514 1,945
a. Dependent Variable: (15x) In general, cat de nemultumit sau multumit sunteti de tipul spatiului de lucru si de caracteristicile sale spatiale?
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
230
ANEXA 9 Regresia matematica asupra componentei 3 di n metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor de temperatur ă
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,786a ,617 ,616 ,729 a. Predictors: (Constant), (35a), (59a_1), (52g), (35b), (64b) b. Dependent Variable: (38x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de temperatura la locul de lucru in acest anotimp.
Coefficients a Unstandar
dized Coefficient
s
Standardized Coefficients
95,0% Confidence
Interval for B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower Bound
Upper Bound
Zero-order
Partial Part
Toleranc
e VIF (Constant) ,174 ,107 1,626 ,104 -,036 ,384 (35b) (Ne)- /Satisfactia cu privire la conditiile de temperatura si compatibilitatea cu colegi in aceasta privinta?
,144 ,017 ,145 8,271 ,000 ,110 ,178 ,408 ,208 ,132 ,830 1,204
(59a_1) Cat de importante sunt pentru dvs. conditiile de temperatura?
-,020
,023 -,014 -,860 ,390 -,065 ,025 -,116 -,022
-,014 ,979 1,021
(52g) Cat de des vi se intampla sa nu va simtiti bine in general, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati
,016 ,022 ,013 ,729 ,466 -,027 ,059 ,292 ,019 ,012 ,831 1,203
(64b) Ne-/Satisfactia cu conditiile de temperatura din interiorul cladirii.
,274 ,023 ,236 12,078 ,000 ,230 ,319 ,581 ,297 ,192 ,666 1,502
(35a) (Ne)- /Satisfactia cu posibilitatile tehnice din incapere de a influenta efectiv conditiile de temperatura din incapere?
,548 ,019 ,563 29,312 ,000 ,511 ,584 ,739 ,603 ,467 ,689 1,452
a. Dependent Variable: (38x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de temperatura la locul de lucru in acest anotimp.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
231
ANEXA 10 Regresia matematic ă asupra componentei 3 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor de calitate a aerului
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,847a ,717 ,716 ,604 a. Predictors: (Constant), (42), (49b) (59c_2), (41) (49a) b. Dependent Variable: (51x) Satisfactia per ansamblu cu calitatea aerului in aceast anotimp, la locul de munca.
Coefficients a
Unstandardized
Coefficients
Standardized Coefficients
95,0% Confidence
Interval for B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower Bound
Upper Bound
Zeroorde
r Parti
al Part Tolera
nce VIF
(Constant) 1,300
,070 18,676 ,000 1,164 1,437
(49a) Ne/Satisfactia cu posibilitatile tehnice dintr-o incapere de a influenta efectiv calitatea aerului.
,457 ,018 ,462 25,406 ,000 ,422 ,493 ,777 ,533 ,335 ,525 1,903
(49b) Ne/Satisfactia cu calitatea aerului corelata cu compatibilitate cu colegii in legatura cu acest aspect.
,089 ,014 ,094 6,403 ,000 ,062 ,116 ,428 ,157 ,084 ,811 1,233
(59c_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de calitate a aerului la locul dvs. de lucru?
-,248
,015 -,303
-16,420
,000 -,278 -,219 -,722
-,377
-,216
,510 1,960
(41)Cum apreciati calitatea aerului la locul dvs. de lucru?
,134 ,013 ,166 9,952 ,000 ,107 ,160 ,592 ,239 ,131 ,626 1,598
(42) Cat de des sunteti deranjat de curentii de aer la locul dvs. de lucru?
,007 ,012 ,008 ,606 ,544 -,016 ,030 ,199 ,015 ,008 ,917 1,090
a. Dependent Variable: (51x) Satisfactia per ansamblu cu calitatea aerului in aceast anotimp, la locul de munca.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
232
ANEXA 11 Regresia matematic ă asupra componentei 4 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor de iluminat
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,843a ,710 ,707 ,537 a. Predictors: (Constant), (59b_2), (28b), (25a), (27a), (24b), (22c), (64a), (26), (22a), (22b), (24c) b. Dependent Variable: (31x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de iluminat la locul de munca.
Coefficients a Unstandar
dized Coefficient
s
Standardized Coefficients
95,0% Confidence Interval for
B Correlations
Collinearity
Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower
Bound
Upper
Bound
Zero-
order
Partial Part
Toleranc
e VIF
(Constant) ,594 ,086 6,906
,000 ,425 ,763 (22a) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in cazul lucrului la calculator.
,072 ,021 ,081 3,371
,001 ,030 ,114 ,605 ,092 ,049 ,377 2,651
(22c) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in toata camera.
,202 ,027 ,232 7,456
,000 ,149 ,255 ,597 ,199 ,109 ,223 4,485
(22b) (Ne)- /Satisfactia cu conditiile de lumina naturala in cazul altor activitati pe birou.
-,052
,030 -,057 -1,73
8
,082 -,110
,007 ,597 -,047
-,026
,200 4,996
(28b) (Ne)- /Ssatisfactia per ansablu cu privire la conditiile de iluminat si compatibilitatea cu colegi in aceasta privinta?
,035 ,011 ,050 3,231
,001 ,014 ,056 ,285 ,088 ,047 ,892 1,121
(26) In acest anotimp cat de ne-/satisfacut sunteti in general de protectiile solare / impotriva orbirii, la locul de munca?
,221 ,016 ,286 14,033
,000 ,190 ,252 ,646 ,357 ,206 ,517 1,933
(24c) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in intreaga incapere
,138 ,033 ,149 4,227
,000 ,074 ,202 ,531 ,114 ,062 ,173 5,771
(24b) (Ne)- /Satisfactia cu iluminatul artificial in cazul altor activitati pe birou.
,003 ,032 ,003 ,096 ,923 -,061
,067 ,544 ,003 ,001 ,173 5,765
(27a) In acest anotimp, cat de (ne)/satisfacut sunteti de conexiunea cu mediul exterior cand protectia solara/ contra orbirii este activata?
,097 ,015 ,119 6,595
,000 ,068 ,125 ,545 ,177 ,097 ,658 1,521
(25a) Cat de des experimentati orbire din partea luminii naturale in aceasta perioada a anului?
,012 ,014 ,015 ,877 ,381 -,015
,040 ,264 ,024 ,013 ,750 1,334
(64a) Ne-/Satisfactia cu conditiile de iluminat din interiorul cladirii.
,117 ,020 ,115 5,921
,000 ,078 ,156 ,597 ,159 ,087 ,572 1,747
(59b_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de iluminat la locul dvs. de lucru?
-,162
,016 -,207 -10,1
43
,000 -,194
-,131
-,671
-,266
-,149
,517 1,934
a. Dependent Variable: (31x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de iluminat la locul de munca.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
233
ANEXA 12 Regresia matematic ă asupra componentei 5 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare importan ței factorilor de mediu
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,115a ,013 ,011 ,994 a. Predictors: (Constant), (59e_1), (59a_1) (59f_1) (59g_1) (59b_1 (59c_1) b. Dependent Variable: (60x) In general cat de satisfacut sunteti cu conditiile per ansamblu de la locul de munca?
Coefficients a
Unstandardized
Coefficients
Standardized Coefficients
95,0% Confidence
Interval for B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower Bound
Upper
Bound
Zero-
order Partial Part
Toleranc
e VIF (Constant) 2,57
0 ,118 21,8
58 ,000 2,340 2,80
1
(59a_1) Cat de importante sunt pentru dvs. conditiile de temperatura?
-,017
,031 -,014 -,557
,578 -,078 ,044 -,015
-,012 -,012
,692 1,445
(59g_1) Cat de importanta este pentru dvs. curatenia?
,030 ,028 ,027 1,073
,283 -,025 ,085 ,015 ,023 ,023 ,734 1,363
(59b_1) Cat de importane sunt pentru dvs. conditiile de iluminat?
,081 ,030 ,070 2,682
,007 ,022 ,140 ,029 ,057 ,057 ,667 1,498
(59c_1) Cat de importanta este pentru dvs. calitatea aerului?
-,082
,033 -,066 -2,48
4
,013 -,147 -,017
-,042
-,053 -,053
,647 1,547
(59f_1) Cat de importante sunt pentru dvs. finisajele/ designul?
,016 ,026 ,015 ,625 ,532 -,034 ,066 ,009 ,013 ,013 ,782 1,278
(59e_1) Cat de importanta este pentru dvs. intimitatea?
-,085
,021 -,091 -4,10
1
,000 -,126 -,045
-,086
-,088 -,087
,930 1,075
a. Dependent Variable: (60x) In general cat de satisfacut sunteti cu conditiile per ansamblu de la locul de munca?
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
234
ANEXA 13 Regresia matematic ă asupra componentei 6 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare satisfac ției cu finisajele și mobilierul
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,850a ,723 ,721 ,541 a. Predictors: (Constant), (59f_2), (55e), (55n), (55k) (55b), (55i), (56a), (55f), (55h), (55p), (55d), (55g) b. Dependent Variable: (58x) Satisfactia per ansamblu cu finisajele/ designul spatiului dvs. de lucru.
Coefficients a
Unstandardized
Coefficients
Standardized Coefficients
95,0% Confidence
Interval for B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower
Bound
Upper Bound
Zero-
order
Partial Part
Toleranc
e VIF (Constant) ,769 ,072 10,696 ,000 ,628 ,910 (55d) Ne/Satisfactia cu spatiul pentru materiale pt birou.
,066 ,019 ,074 3,522 ,000 ,029 ,102 ,540 ,088 ,047 ,400 2,500
(55f) Ne/Satisfactia cu dimensiunea rafturilor/ dulapurilor
,051 ,018 ,058 2,804 ,005 ,015 ,087 ,539 ,070 ,037 ,410 2,436
(55b) Ne/Satisfactia cu marimea mesei biroului.
,054 ,018 ,060 3,059 ,002 ,019 ,088 ,507 ,077 ,040 ,459 2,177
(55p) Ne/ Satisfactia cu ergonomia biroului.(mesei)
,044 ,019 ,049 2,378 ,018 ,008 ,081 ,566 ,060 ,031 ,409 2,446
(55h) Ne/Satisfactia cu materialul folosit pentru mobilier.
,047 ,022 ,047 2,111 ,035 ,003 ,090 ,591 ,053 ,028 ,357 2,799
(55g) Ne/Satisfactia cu schema de culoare pentru mobila.
,047 ,020 ,054 2,295 ,022 ,007 ,086 ,626 ,058 ,030 ,314 3,186
(55e) Ne/Satisfactia cu spatiul pentru garderoba/ haine.
,033 ,014 ,041 2,427 ,015 ,006 ,059 ,451 ,061 ,032 ,615 1,627
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
235
(55i) Ne/Satisfactia cu schema de culori pentru pereti.
,084 ,017 ,096 4,987 ,000 ,051 ,117 ,568 ,124 ,066 ,474 2,108
(55n) Ne/ Satisfactia cu ergonomia scaunului de birou.
,046 ,015 ,050 3,140 ,002 ,017 ,075 ,409 ,079 ,042 ,685 1,460
(55k) Ne/Satisfactia cu cu materialul pardoselii.
,052 ,015 ,059 3,569 ,000 ,024 ,081 ,483 ,089 ,047 ,636 1,572
(56a) Ne/Satisfactia cu posibilitatea de a influenta efectiv mobilarea si modelarea.
,329 ,018 ,348 18,696 ,000 ,294 ,363 ,745 ,425 ,247 ,506 1,977
(59f_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea finisajelor / designului la locul dvs. de lucru?
-,198 ,015 -,229 -13,285
,000 -,227
-,169 -,661
-,317
-,176
,589 1,698
a. Dependent Variable: (58x) Satisfactia per ansamblu cu finisajele/ designul spatiului dvs. de lucru.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
236
ANEXA 14 Regresia matematic ă asupra componentei 8 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor de confort olfactiv
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,461a ,212 ,209 1,008 a. Predictors: (Constant), (64g), (43b), (63b) , (59g_2) (55m, (43c), (63c), (55l) b. Dependent Variable: (51x) Satisfactia per ansamblu cu calitatea aerului in aceast anotimp, la locul de munca.
Coefficients a
Unstandardized
Coefficients
Standardized Coefficients
95,0% Confidence
Interval for B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower Bound
Upper Bound
Zeroorde
r Partial Part Tolera
nce VIF (Constant) ,336 ,128 2,63
6 ,008 ,086 ,586
(59g_2) Cat de necesara considerati ca este schimbarea conditiilor de curatenie la locul dvs. de lucru??
,004 ,026 ,005 ,164 ,870 -,047 ,056 -,152
,004 ,003 ,395 2,534
(63c) Ne-/Satisfactia cu serviciile de curatenie din cladire.
-,043 ,030 -,044 -1,44
5
,149 -,101 ,015 ,134 -,031 -,028 ,399 2,505
(55l) Ne/Satisfactia cu curatenia pardoselii si a altor suprafete.
-,020 ,029 -,022 -,683
,494 -,076 ,037 ,178 -,015 -,013 ,364 2,744
(55m) Ne/Satisfactia cu curatenia ferestrelor.
,163 ,024 ,159 6,782
,000 ,116 ,210 ,267 ,146 ,131 ,678 1,474
(63b) Ne-/Satisfactia cu asteptarea tehnica/ serviciile de reparatii din cladire
,062 ,026 ,054 2,397
,017 ,011 ,114 ,186 ,052 ,046 ,744 1,344
(43b) Cat de deranjante considerati mirosurile de la echipamentele tehnice, la locul dvs. de lucru?
,164 ,022 ,171 7,307
,000 ,120 ,208 ,351 ,157 ,141 ,683 1,463
(43c) Cat de deranjante considerati mirosurile provenite din interiorul clădirii, la locul dvs. de lucru?
,244 ,024 ,241 10,324
,000 ,197 ,290 ,385 ,219 ,199 ,683 1,465
(64g) Ne-/Satisfactia cu instalatiile sanitare
,068 ,021 ,074 3,215
,001 ,026 ,109 ,235 ,070 ,062 ,708 1,411
a. Dependent Variable: (51x) Satisfactia per ansamblu cu calitatea aerului in aceast anotimp, la locul de munca.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
237
ANEXA 15 Regresia matematic ă asupra componentei 9 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor de iluminat natural
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,435a ,189 ,187 ,894 a. Predictors: (Constant), (12f) , (21) (16) (20) b. Dependent Variable: (31x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de iluminat la locul de munca.
Coefficients a Unstandar
dized Coefficient
s
Standardized Coefficients
95,0% Confidence
Interval for B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower Bound
Upper Bound
Zero-
order
Partial Part
Toleranc
e VIF (Constant) 1,13
0 ,137 8,262 ,000 ,861 1,398
(21) Cum ati prefera sa fie lumina naturala la locul dvs. de lucru?
-,125
,030 -,094 -4,216 ,000 -,183 -,067 -,218
-,086
-,078
,695 1,439
(16) Cat de departe stati fata de cea mai apropiata fereastra?
,111 ,025 ,091 4,489 ,000 ,063 ,160 -,090
,092 ,083 ,841 1,189
(20) Cum apreciati in acest anotimp lumina naturala la locul dvs. de lucru?
,145 ,024 ,136 6,042 ,000 ,098 ,193 ,246 ,123 ,112 ,682 1,466
(12f) Conditiile spatiale : Pozitia locului dvs. de lucru fata de cea mai apropiata fereastra
,338 ,018 ,374 18,399 ,000 ,302 ,374 ,382 ,354 ,341 ,830 1,204
a. Dependent Variable: (31x) Satisfactia per ansamblu cu conditiile de iluminat la locul de munca.
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
238
ANEXA 16 Regresia matematic ă asupra componentei 10 din metoda componentelor principale, corespunz ătoare condi țiilor de umiditate
Model Summary b
Model R R Square Adjusted R
Square Std. Error of the Estimate 1 ,719a ,516 ,515 ,563 a. Predictors: (Constant), (52b), (40) (43a) (52d)., (52f). , (52a), , (52e) , (52c) b. Dependent Variable: (39) Cum simtiti in acest moment umiditatea aerului la locul dvs. de lucru?
Coefficients a Unstandar
dized Coefficient
s
Standardized Coefficients
95,0% Confidence Interval for
B Correlations Collinearity Statistics
Model B Std. Error Beta t Sig.
Lower
Bound
Upper
Bound
Zero-
order
Partial Part
Toleranc
e VIF (Constant) 2,39
9 ,069 34,803 ,000 2,26
3 2,53
4
(40) Cum ati prefera sa fie umiditatea aerului?
-,617
,017 -,521 -35,360
,000 -,652
-,583
-,663
-,551
-,459
,776 1,289
(43a) Cat de deranjante considerati mirosurile de la pardoseala/ mobila, la locul dvs de lucru?
,011 ,010 ,014 1,023 ,306 -,010
,031 ,137 ,019 ,013 ,894 1,118
(52c) Cat de des vi se intampla sa simtiti ochii uscati si/sau nasul uscat, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,101 ,012 ,160 8,363 ,000 ,078 ,125 ,506 ,154 ,109 ,459 2,180
(52e) Cat de des vi se intampla sa aveti pielea uscata, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,101 ,011 ,167 8,974 ,000 ,079 ,123 ,495 ,165 ,117 ,487 2,054
(52d) Cat de des vi se intampla sa va lacrimeze ochii si/ sau sa va curga nasul, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
-,018
,012 -,024 -1,485 ,138 -,042
,006 ,266 -,028
-,019
,627 1,595
Teză de doctorat: Cristian Oancea Contribuții la implementarea inteligenței artificiale în determinarea confortului global din clădirile
inteligente.
239
(52a) Cat de des vi se intampla sa obositi foarte usor, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati
,013 ,013 ,017 1,003 ,316 -,013
,039 ,270 ,019 ,013 ,596 1,679
(52f) Cat de des vi se intampla sa va doara in gat, stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,000 ,014 ,000 ,028 ,977 -,026
,027 ,272 ,001 ,000 ,651 1,535
(52b) Cat de des vi se intampla sa va doara capul , stare pe care o puteti atribui conditiilor din incaperea in care lucrati.
,020 ,012 ,027 1,618 ,106 -,004
,044 ,255 ,030 ,021 ,623 1,606
a. Dependent Variable: (39) Cum simtiti in acest moment umiditatea aerului la locul dvs. de lucru?