浅谈智能建筑中的智能遮阳系统

来源:用户上传      作者: 陈　展　唐国安

　　摘 要:智能遮阳系统运用在智能建筑中,不仅为人们提供舒适的室内环境,而且在节能方面也有突出贡献。本文简要介绍了智能遮阳系统的概念、特点、系统组成及设计步骤等,并通过部分国内外建筑智能遮阳系统设计的实例,为读者在智能遮阳系统设计时提供参考。
　　关键词:智能遮阳系统;智能建筑;节能
　　
　　Abstract:The applications of intelligent sunshading system in intelligent buildings can provide us with more comfortable interior environment while contributing more share of energy conservation. This essay briefly introduces many aspects of the intelligent sunshading system, including its concepts, features, systematic components and designing sequences, and by presenting solid application cases domestically and abroad, gives the readers more references and options while designing such intelligent sunshading system.
　　
　　Keywords:intelligent sunshading system; intelligent building; energy conservation
　　
　　中图分类号:TU243;TU226
　　文献标识码:A
　　文章编号:1008-0422(2009)07-058-02
　　
　　如今建筑的室内外环境是以智能化的或以自动化的方式控制,以达到建筑物的安全、节能,当暖通和照明系统的智能化逐渐被人们接受时,遮阳系统智能化的诸多优点却被忽略。智能遮阳系统是建筑智能化系统不可或缺的一部分,作为能改善建筑室内环境、提高建筑居住质量的遮阳系统,其智能化将是建筑智能化系统最新和最有潜力的分支,也将为节能做出巨大贡献。
　　
　　1智能遮阳百叶的概念及特点
　　
　　不同与老式遮阳系统,智能遮阳系统通常是由遮阳百叶(帘)、电机及控制系统组成(图1,图2)。控制系统软件是智能遮阳控制系统的一个组成部分,与控制系统硬件配套使用,根据周围自然条件的变化,通过系统线路,自动调整帘片角度或作整体升降,完成对遮阳百叶的智能控制功能,既阻断辐射热、减少阳光直射、避免产生眩光,又充分利用自然光,节约能源。
　　
　　智能遮阳系统,根据其自身特点,可分为人工电动控制及感应智能控制。人工电动控制可以人为根据一天内太阳光的照射角度及强弱对遮阳系统进行角度的调节。而感应智能控制则是通过探头对太阳照射高度位置、方向及太阳光强弱的感应而自动调节遮阳板的遮阳方向、角度、位置、遮阳面积大小等,以达到遮阳的目的。这种遮阳系统对用于屋面采光系统的遮阳具有特别好的效果。
　　
　　2智能遮阳百叶的智能系统
　　
　　智能遮阳系统主要依靠它的智能控制系统来实现节能的目的。(图3)
　　
　　现在运用最多的智能遮阳控制系统是基于LONWORKS控制网络的技术,可实现下列功能:系统依据当地气象资料和日照分析结果,对不同季节、日期、不同时段及不同朝向的太阳仰角和方位角进行计算。再由智能控制器按照设定的时段,控制不同朝向的百叶翻转角度。通过屋顶设置的多方位阳光感应器检测晴天还是阴天。阴天,系统控制百叶水平打开;晴天,则按阳光自动跟踪模式执行,同时还根据大楼自身形体及周边建筑的情况建立遮挡模型,将参考点每天的阴影变化计算出来,存储在电机控制器里,再按照结果自动运行。
　　智能遮阳控制系统软件包括计算机监控软件和智能节点控制软件两个部分,主要功能模块(见图4)。
　　
　　3智能遮阳百叶在智能建筑中的设计
　　
　　3.1阳光自动跟踪和叶片翻转原理
　　依照建筑所在地的经纬度,可以利用软件对不同季节和不同时间的阳光仰角和方位角进行计算,并将结果直接储存到电机控制器内。电机控制器会自动计算出与之相对应的阳光角度,并自动以设定角度为步长将叶片翻转到合适角度来遮挡阳光的直射。
　　3.2设置阳光跟踪
　　(1)根据建筑的形体和朝向,在大楼的立面设定若干参考点,并对参考点进行四季日照分析;
　　(2)用LONWORKS软件根据大楼朝向和高度计算每个参考点在不同季节和不同时刻的阳光仰角和方位角;
　　(3)将计算结果储存在LONWORKS的电机控制器中,自动运行;
　　(4)随时翻转叶片的角度,在防止阳光直接射入室内的同时,尽可能张大角度,保持良好的视觉效果,让自然光反射到室内天花板。
　　3.3计算建筑物阴影对遮阳
　　在太阳的运行过程中,建筑物本身对邻楼投下阴影,而周边高大建筑物对本建筑物也可能有遮挡作用。在阴影投射到的窗户实际上并不需要遮阳,否则房间会变暗,因此需要叶片水平或收起。
　　(1)根据建筑平面图和立面图建立模型;
　　(2)利用刚才计算的各个参考点的仰角和方位角,根据大楼周围建筑的阴影及本身的形状和朝向来计算每一天及一年的阴影变化;
　　(3)这些数据一旦计算后被记录在LONWORKS百叶控制器内;
　　(4)在不同时刻百叶控制器自动根据存储的计算结果知道哪些参考点位于阴影下,而翻转叶片到水平位置,让更多的光线进入室内。
　　
　　4智能遮阳百叶在智能建筑中的应用实例
　　
　　德国邮政大厦(图5)
　　大厦在双层呼吸式幕墙和室内都安装了不同型号的百叶。百叶从上到下有不同的角度。在顶上的百叶是开启的,随着高度的下降百叶片逐渐闭合,到底部时与地面成约30o的夹角。扁平帘片厚度大约0.45mm,向一面弯曲成浅弧形。整栋大厦的百叶系统是由采用了基于LONWORKS技术的气象站以及分布安装的500只电机控制器共同控制的。根据自动计算阳光角度的结果而改变百叶角度的年度阳光跟踪程序,和计算周边建筑物投射阴影的阴影跟踪程序,都能在电机控制器内自动运行,随时能调节精确到每扇窗户的百叶角度,以达到最佳的遮阳和采光的综合效果。
　　上海久事大厦(图6)
　　大厦主控制室能对所有的百叶帘进行监控,每个楼面、每个朝向或整栋大厦的百叶帘能同时动作,或能在不同的时间间隔内相继动作。当百叶帘的指令未被顺利执行时,画面报警并显示该百叶帘的状态。当百叶帘下降并到达底部闭合位置后,百叶能自动翻转到预设的角度。
　　广州发展中心大厦(图7)
　　作为世界上首个在高层建筑外部装置遮阳板的建筑,大厦遮阳系统每三片遮阳板为一个单元,彼此联动。每一个遮阳板叶片两侧的边框上配有两个轮轴,叶片被固定在轮轴上,并通过轮轴用紧固件固定在边框上。叶片通过可调节的传动杆连接到电动马达上,以使叶片按需要角度旋转,遮阳板叶片角度可在0o到120o之间做任意调整。大厦采用LONWORKS智能控制系统,通过软件对阳光进行跟踪,自动计算阳光角度及阴影大小,从而随时能调节精确到每扇窗户的百叶角度,以达到最佳的遮阳和采光的综合效果。在有阴影的位置百叶帘会自动收起,而且全部隐藏在幕墙框内,达到隔热、节能、环保、舒适等效果。
　　
　　5结语
　　
　　遮阳是建筑节能的有效途径,通过良好的遮阳设计在节能的同时又可以丰富室内的光线分布,还可以丰富建筑造型及立面效果。作为建筑智能化系统不可或缺的智能遮阳系统,随着技术的不断进步和建筑智能化的普及,建筑遮阳将会有更加完备的智能控制系统,相信越来越多的建筑将采用智能遮阳系统,并在设计阶段就应被集成汲取,智能化角度使遮阳达到最优的效果。
　　
　　参考文献:
　　[1] 建筑外遮阳(一)06J506-1.
　　[2] 李继建.智能遮阳板节能技术在我国首例成功应用,材料与应用,2006.5.
　　[3] 金国祥.德国邮政大厦智能遮阳百叶.百年建筑.
　　[4] 杨志,邓仁明,周齐国.建筑智能化系统及工程应用,化学工业出版社.

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