智能幕墻的控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)研究

周建新　李玉香　王鵬飛　夏春明

摘 要:介紹了智能幕墻的控制系統(tǒng)與設(shè)計(jì)思路,以及系統(tǒng)的具體功能和實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞:智能幕墻;PLC;人機(jī)界面;傳感器;光伏發(fā)電

中圖分類號(hào):F407.67文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3198(2009)18-0296-02

1 系統(tǒng)概述

智能幕墻控制系統(tǒng)主要由檢測(cè)環(huán)境參數(shù)的溫度傳感器、風(fēng)傳感器、光照傳感器、雨滴傳感器和中央處理單元PLC(可編程控制器)組成,系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定、處理功能強(qiáng)大和擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)?？刂葡到y(tǒng)通過人機(jī)界面進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作,集中顯示幕墻上各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀況,整體有效的管理幕墻。

2 功能設(shè)計(jì)

(1)日照調(diào)節(jié)。

能源消費(fèi)包括人工照明,日照最大化是低能耗設(shè)計(jì)的重要目的之一,幕墻控制系統(tǒng)能機(jī)動(dòng)的控制幕墻遮擋設(shè)備,減小陽光對(duì)建筑內(nèi)部舒適條件造成傷害,減少過加熱、過強(qiáng)光和照射過渡等。

(2)通風(fēng)控制。

幕墻智能控制系統(tǒng)根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境溫度,夏季當(dāng)周圍溫度不超過30℃(溫度可通過控制系統(tǒng)設(shè)定)時(shí),幕墻智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將可伸縮的屋頂、機(jī)動(dòng)窗戶等打開實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)。冬季當(dāng)外界溫度低于5℃(溫度可通過控制系統(tǒng)設(shè)定)時(shí),啟動(dòng)機(jī)械通風(fēng)裝置。

(3)發(fā)電功能。

利用光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)建筑物電的自給。

(4)構(gòu)造控制。

使用者可通過人機(jī)界面、遙控裝置和墻上的開關(guān)對(duì)幕墻構(gòu)造進(jìn)行有效控制。

(5)取暖和加熱。

將太陽能集熱器與幕墻結(jié)合,太陽能集熱器將太陽能熱量通過換熱將水加熱;可為建筑物冬季通過地板取暖提供熱能,可為建筑物提供清潔的熱水。

(6)安防功能。將安防報(bào)警系統(tǒng)接入幕墻智能控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)門窗的安全防范。

3 智能幕墻功能與高科技產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)

(1)防盜報(bào)警。

在建筑玻璃幕墻上安裝玻璃碎片探測(cè)器,當(dāng)有人或硬物將玻璃幕墻擊碎時(shí),探測(cè)器檢測(cè)到信號(hào)后通過與他相連的智能控制系統(tǒng)通過揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào);在門、窗上安裝門磁開關(guān),當(dāng)有人非法闖入時(shí),門磁開關(guān)接通報(bào)警裝置報(bào)警。系統(tǒng)同時(shí)將啟動(dòng)聯(lián)動(dòng)的攝像機(jī),將報(bào)警畫面?zhèn)魉徒o安保人員。

(2)光伏發(fā)電。

利用幕墻結(jié)構(gòu)位置(不影響采光等因素),將太陽能光電池板與幕墻結(jié)合,利用太陽能光電池板來給智能控制系統(tǒng)或其它負(fù)荷提供電能。

(3)取暖和加熱。

將太陽能集熱器與幕墻結(jié)合,集熱器將太陽能熱量通過換熱將水加熱,可為建筑物冬季通過地?zé)崛∨峁崮?為建筑物提供清潔的熱水。

(4)光控。

在幕墻上安裝日光控制器,通過日光控制器檢測(cè)到日光強(qiáng)度。日光控制器將信號(hào)通過智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器來控制百葉的開關(guān)狀態(tài):當(dāng)陽光充足時(shí),智能控制系統(tǒng)將百葉窗放下;當(dāng)陽光強(qiáng)度變?nèi)鯐r(shí),智能控制系統(tǒng)將百葉窗打開。

(5)聲控。

在智能幕墻控制系統(tǒng)中加裝聲音控制器,用來接收使用人通過聲音發(fā)出的控制指令,實(shí)現(xiàn)門、窗和百葉等開啟狀態(tài)的智能控制。

(6)煙感控制。

當(dāng)室內(nèi)的煙霧傳感器檢測(cè)到空氣有一定濃度的煙塵時(shí),與煙霧傳感器相連的智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將天窗、通風(fēng)口等打開,同時(shí)通過揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

(7)雨感。

在天窗和幕墻等位置安裝雨滴傳感器,當(dāng)傳感器檢測(cè)到有降雨時(shí),與傳感器相連的智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將窗、門等關(guān)閉。

(8)門禁。

在主要出入口處安裝門禁(語音門禁、指紋門禁和視網(wǎng)膜門禁)控制系統(tǒng),通過訪問人的特征如語音、指紋和視網(wǎng)膜等,在門禁系統(tǒng)中設(shè)置訪問人的權(quán)限,用來識(shí)別訪問者的權(quán)利。

(9)紅外遠(yuǎn)程控制。

在智能控制系統(tǒng)中加裝紅外接收器,通過使用人手持遙控裝置發(fā)出的指令,紅外接收器將指令傳送給智能控制系統(tǒng),智能控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成門、窗、百葉等開關(guān)狀態(tài)。

(10)安全防范。

在幕墻門窗的窗戶前安裝紅外報(bào)警器,當(dāng)有無人照看兒童想要攀爬門窗時(shí),紅外報(bào)警器通過控制裝置聲光報(bào)警信號(hào),同時(shí)智能控制系統(tǒng)關(guān)閉窗戶以防事故的發(fā)生。

4 智能幕墻的設(shè)計(jì)

智能幕墻系統(tǒng)主要由輸入傳感器、輸出執(zhí)行器件、控制系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)4部分組成。

4.1 輸入傳感器

玻璃碎片探測(cè)器、雨滴傳感器、日光控制器、紅外線接收器、門磁開關(guān)、限位開關(guān)等。

4.2 輸出執(zhí)行器件

電機(jī)、馬達(dá)、電磁閥、揚(yáng)聲器等。

4.3 控制系統(tǒng)

通過輸入設(shè)備(如陽光控制器、溫度傳感器、雨滴探測(cè)器等)將現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)輸入給控制柜中的PLC控制系統(tǒng);經(jīng)PLC處理后的參數(shù)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電機(jī)、馬達(dá)、電磁閥、揚(yáng)聲器)帶動(dòng)門窗、百葉等構(gòu)件的動(dòng)作。在中控室連接人機(jī)界面,操作者可以點(diǎn)動(dòng)鼠標(biāo)輕松管理整個(gè)幕墻所有設(shè)備的運(yùn)行狀況。

4.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分,太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換器是太陽能電池。當(dāng)太陽光照射到太陽能電池上時(shí),電池吸收光能,產(chǎn)生光生電子——空穴對(duì)。在電池內(nèi)電場(chǎng)作用下,光生電子和空穴被分離,電池兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷的集累,即產(chǎn)生“光生電壓”。

5 光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成。

(1)控制器。

控制器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一,根據(jù)系統(tǒng)功率、電壓、方陣路數(shù)、蓄電池組數(shù)和用戶的特殊要求確定控制器的類型,一般必須具備的功能有:①信號(hào)檢測(cè)。②蓄電池最優(yōu)充電控制。③蓄電池放電管理。④設(shè)備保護(hù)。⑤故障診斷定位。⑥運(yùn)行狀態(tài)指示。

(2)逆變器。

根據(jù)系統(tǒng)的直流電壓確定逆變器的直流輸入,根據(jù)負(fù)載的類型確定逆變器的功率和相數(shù),根據(jù)負(fù)載的沖擊性決定逆變器的功率余量。

(3)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的防雷接地。

如果太陽能電池方陣被雷電直接擊中會(huì)造成設(shè)備損壞或人員傷亡,所以在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)做防雷設(shè)計(jì)。

6 結(jié)語

智能幕墻是通風(fēng)式幕墻的延伸,是在智能化建筑的基礎(chǔ)上將建筑配套技術(shù)(暖、熱、光、電)的適度控制,在幕墻材料、太陽能的有效利用、通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣、溫度和光線,從而節(jié)省了建筑物使用過程的能源,降低了生產(chǎn)和建筑物使用過程的費(fèi)用。因此智能幕墻系統(tǒng)龐大,具有很好的發(fā)展空間和前景。

參考文獻(xiàn)

[1]@劉光源.簡(jiǎn)明電氣安裝工手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.