面向居家养老环境的三维热湿平衡高性能计算模型与仿真

China's elderly population has reached 210 million. Home care platform is the strategic content to promote social harmony and stability. In the living environment, the heat and moisture status is the important factor to affect the healthy and comfort of older people. In the system consisting of “human- environment”, due to the structure, materials and heat-sources of the environment, and the impact of human thermal physiology and psychology, heat and moisture transfer balance model is very complex and requires powerful computing resources. So, our project based on high-performance computer, to construct the 3D model of heat and moisture transfer balance model and its’ simulation. Specifically: (1) Research the "human - environment" unified system of heat and moisture transfer balance model, considering the multi-heat source, multi-vent, wall coupled heat and moisture and other factors affecting migration; (2) Based on the balance model, considering the thermal physiological and psychological characteristics, research the evaluation model of comfort of heat and moisture;(3) Designed high-performance algorithms for multicore parallel computing to simulation. Our results provide theoretical support for the high-performance computing in heat and moisture transfer simulation, and provide practical guidance for the design and development of intelligent home care applications.

我国老年人口数量已达2.1亿人，居家养老平台建设是促进社会和谐稳定的战略内容。在居家养老环境中，热湿状态是保持老年人身心健康、舒适和愉悦的重要因素。在人体-环境所组成的系统中，由于环境空间、材料和热源的差异性，以及人体热生理和心理的影响，使得热湿传递平衡计算模型非常复杂，需要强大的计算资源。项目立足于高性能计算环境，重点研究居家养老环境中的三维热湿平衡计算模型及仿真。具体为：（1）研究“人体-环境”系统中统一的热湿传递平衡计算模型，综合考虑环境中的多元热源、多通风口、墙体热湿耦合迁移等因素的影响；（2）在平衡计算模型的基础上，针对老年人热生理、心理特征，研究面向老年人的环境热湿状态与人体舒适度之间评估模型；（3）设计适用于并行多核计算的高性能算法，实现大规模仿真计算。项目成果为高性能计算环境下的人体-环境热湿传递仿真提供理论支撑，也为居家养老智能应用系统的设计和开发提供实际指导。

在居家养老健康服务中，环境舒适是保持老年人身心健康和愉悦的重要因素。项目围绕居家养老健康环境的需求，研究在居家环境中影响舒适性因素的热、湿、噪音能量传递和质量传播计算模型，研究能量传递和质量传播可视化方法和优化算法，并结合实际居家养老健康应用，研究家庭虚拟声场干扰虚拟声障模型，最后在数字家庭居家养老健康服务试点验证。总体上，本项目进展情况良好，研究内容按计划执行，共发表（含已接收）论文9篇，申请发明专利4件，形成软件著作权1项。项目培养已毕业硕士研究生3名，完成任务计划书中规定的考核指标。具体研究进展如下： . （1）居家环境中能量传递和质量传播计算模型及可视化方法. 项目分析了在居家环境中的能量和质量传播方式，构建了一种基于能量传递接收传感器数值的离散计算仿真模型。针对居家环境中能量传递和质量传播的可视化分析问题，研究并提出了基于Delaunay三角剖分的可视化算法模型，对能量域进行直观高效的显示和交互。. （2）居家养老健康服务环境中噪音干扰虚拟音障碍模型. 项目针对居家环境中噪音能量对舒适度影响，提出了一种能量传递域与信号域统一的多通道声音抑制系统模型，采用基于Filtered-x最小均方差算法的多通道主动降噪系统框架结构进行建模。为了解决居家环境中噪音干扰对环境舒适度的影响问题，项目建立了一种基于线性排列传感器阵列的能量传播干涉优化模型，计算噪音能量传播的干涉误差，并根据仿真计算结果设计家庭内噪音虚拟声障模型。. （3）能量传递和质量传播模型在居家养老健康服务中的应用验证.根据居家养老示范应用需求，开发了面向老年人的智慧健康家庭应用软件的原型系统，整合居家环境中各类传感网络和智能应用终端，并集成家庭体征采集智能产品，通过智能电视、智能手机等多种渠道，实现面向居家老年人的健康数据采集、家庭环境自适应控制和智能调整，在数字家庭居家养老试点开展验证应用。