淺談智能建筑中的智能遮陽系統(tǒng)

摘 要:智能遮陽系統(tǒng)運(yùn)用在智能建筑中，不僅為人們提供舒適的室內(nèi)環(huán)境，而且在節(jié)能方面也有突出貢獻(xiàn)。本文簡(jiǎn)要介紹了智能遮陽系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)、系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)步驟等，并通過部分國內(nèi)外建筑智能遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)例，為讀者在智能遮陽系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)提供參考。

關(guān)鍵詞:智能遮陽系統(tǒng);智能建筑;節(jié)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

中圖分類號(hào):TU243;TU226

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1008-0422(2009)07-058-02

如今建筑的室內(nèi)外環(huán)境是以智能化的或以自動(dòng)化的方式控制，以達(dá)到建筑物的安全、節(jié)能，當(dāng)暖通和照明系統(tǒng)的智能化逐漸被人們接受時(shí)，遮陽系統(tǒng)智能化的諸多優(yōu)點(diǎn)卻被忽略。智能遮陽系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)不可或缺的一部分，作為能改善建筑室內(nèi)環(huán)境、提高建筑居住質(zhì)量的遮陽系統(tǒng)，其智能化將是建筑智能化系統(tǒng)最新和最有潛力的分支，也將為節(jié)能做出巨大貢獻(xiàn)。

1智能遮陽百葉的概念及特點(diǎn)

不同與老式遮陽系統(tǒng)，智能遮陽系統(tǒng)通常是由遮陽百葉(簾)、電機(jī)及控制系統(tǒng)組成(圖1，圖2)。控制系統(tǒng)軟件是智能遮陽控制系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，與控制系統(tǒng)硬件配套使用，根據(jù)周圍自然條件的變化，通過系統(tǒng)線路，自動(dòng)調(diào)整簾片角度或作整體升降，完成對(duì)遮陽百葉的智能控制功能，既阻斷輻射熱、減少陽光直射、避免產(chǎn)生眩光，又充分利用自然光，節(jié)約能源。

智能遮陽系統(tǒng)，根據(jù)其自身特點(diǎn)，可分為人工電動(dòng)控制及感應(yīng)智能控制。人工電動(dòng)控制可以人為根據(jù)一天內(nèi)太陽光的照射角度及強(qiáng)弱對(duì)遮陽系統(tǒng)進(jìn)行角度的調(diào)節(jié)。而感應(yīng)智能控制則是通過探頭對(duì)太陽照射高度位置、方向及太陽光強(qiáng)弱的感應(yīng)而自動(dòng)調(diào)節(jié)遮陽板的遮陽方向、角度、位置、遮陽面積大小等，以達(dá)到遮陽的目的。這種遮陽系統(tǒng)對(duì)用于屋面采光系統(tǒng)的遮陽具有特別好的效果。

2智能遮陽百葉的智能系統(tǒng)

智能遮陽系統(tǒng)主要依靠它的智能控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。(圖3)

現(xiàn)在運(yùn)用最多的智能遮陽控制系統(tǒng)是基于LONWORKS控制網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)下列功能:系統(tǒng)依據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料和日照分析結(jié)果，對(duì)不同季節(jié)、日期、不同時(shí)段及不同朝向的太陽仰角和方位角進(jìn)行計(jì)算。再由智能控制器按照設(shè)定的時(shí)段，控制不同朝向的百葉翻轉(zhuǎn)角度。通過屋頂設(shè)置的多方位陽光感應(yīng)器檢測(cè)晴天還是陰天。陰天，系統(tǒng)控制百葉水平打開;晴天，則按陽光自動(dòng)跟蹤模式執(zhí)行，同時(shí)還根據(jù)大樓自身形體及周邊建筑的情況建立遮擋模型，將參考點(diǎn)每天的陰影變化計(jì)算出來，存儲(chǔ)在電機(jī)控制器里，再按照結(jié)果自動(dòng)運(yùn)行。

智能遮陽控制系統(tǒng)軟件包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件和智能節(jié)點(diǎn)控制軟件兩個(gè)部分，主要功能模塊(見圖4)。

3智能遮陽百葉在智能建筑中的設(shè)計(jì)

3.1陽光自動(dòng)跟蹤和葉片翻轉(zhuǎn)原理

依照建筑所在地的經(jīng)緯度，可以利用軟件對(duì)不同季節(jié)和不同時(shí)間的陽光仰角和方位角進(jìn)行計(jì)算，并將結(jié)果直接儲(chǔ)存到電機(jī)控制器內(nèi)。電機(jī)控制器會(huì)自動(dòng)計(jì)算出與之相對(duì)應(yīng)的陽光角度，并自動(dòng)以設(shè)定角度為步長將葉片翻轉(zhuǎn)到合適角度來遮擋陽光的直射。

3.2設(shè)置陽光跟蹤

(1)根據(jù)建筑的形體和朝向，在大樓的立面設(shè)定若干參考點(diǎn)，并對(duì)參考點(diǎn)進(jìn)行四季日照分析;

(2)用LONWORKS軟件根據(jù)大樓朝向和高度計(jì)算每個(gè)參考點(diǎn)在不同季節(jié)和不同時(shí)刻的陽光仰角和方位角;

(3)將計(jì)算結(jié)果儲(chǔ)存在LONWORKS的電機(jī)控制器中，自動(dòng)運(yùn)行;

(4)隨時(shí)翻轉(zhuǎn)葉片的角度，在防止陽光直接射入室內(nèi)的同時(shí)，盡可能張大角度，保持良好的視覺效果，讓自然光反射到室內(nèi)天花板。

3.3計(jì)算建筑物陰影對(duì)遮陽

在太陽的運(yùn)行過程中，建筑物本身對(duì)鄰樓投下陰影，而周邊高大建筑物對(duì)本建筑物也可能有遮擋作用。在陰影投射到的窗戶實(shí)際上并不需要遮陽，否則房間會(huì)變暗，因此需要葉片水平或收起。

(1)根據(jù)建筑平面圖和立面圖建立模型;

(2)利用剛才計(jì)算的各個(gè)參考點(diǎn)的仰角和方位角，根據(jù)大樓周圍建筑的陰影及本身的形狀和朝向來計(jì)算每一天及一年的陰影變化;

(3)這些數(shù)據(jù)一旦計(jì)算后被記錄在LONWORKS百葉控制器內(nèi);

(4)在不同時(shí)刻百葉控制器自動(dòng)根據(jù)存儲(chǔ)的計(jì)算結(jié)果知道哪些參考點(diǎn)位于陰影下，而翻轉(zhuǎn)葉片到水平位置，讓更多的光線進(jìn)入室內(nèi)。

4智能遮陽百葉在智能建筑中的應(yīng)用實(shí)例

德國郵政大廈(圖5)

大廈在雙層呼吸式幕墻和室內(nèi)都安裝了不同型號(hào)的百葉。百葉從上到下有不同的角度。在頂上的百葉是開啟的，隨著高度的下降百葉片逐漸閉合，到底部時(shí)與地面成約30o的夾角。扁平簾片厚度大約0.45mm，向一面彎曲成淺弧形。整棟大廈的百葉系統(tǒng)是由采用了基于LONWORKS技術(shù)的氣象站以及分布安裝的500只電機(jī)控制器共同控制的。根據(jù)自動(dòng)計(jì)算陽光角度的結(jié)果而改變百葉角度的年度陽光跟蹤程序，和計(jì)算周邊建筑物投射陰影的陰影跟蹤程序，都能在電機(jī)控制器內(nèi)自動(dòng)運(yùn)行，隨時(shí)能調(diào)節(jié)精確到每扇窗戶的百葉角度，以達(dá)到最佳的遮陽和采光的綜合效果。

上海久事大廈(圖6)

大廈主控制室能對(duì)所有的百葉簾進(jìn)行監(jiān)控，每個(gè)樓面、每個(gè)朝向或整棟大廈的百葉簾能同時(shí)動(dòng)作，或能在不同的時(shí)間間隔內(nèi)相繼動(dòng)作。當(dāng)百葉簾的指令未被順利執(zhí)行時(shí)，畫面報(bào)警并顯示該百葉簾的狀態(tài)。當(dāng)百葉簾下降并到達(dá)底部閉合位置后，百葉能自動(dòng)翻轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的角度。

廣州發(fā)展中心大廈(圖7)

作為世界上首個(gè)在高層建筑外部裝置遮陽板的建筑，大廈遮陽系統(tǒng)每三片遮陽板為一個(gè)單元，彼此聯(lián)動(dòng)。每一個(gè)遮陽板葉片兩側(cè)的邊框上配有兩個(gè)輪軸，葉片被固定在輪軸上，并通過輪軸用緊固件固定在邊框上。葉片通過可調(diào)節(jié)的傳動(dòng)桿連接到電動(dòng)馬達(dá)上，以使葉片按需要角度旋轉(zhuǎn)，遮陽板葉片角度可在0o到120o之間做任意調(diào)整。大廈采用LONWORKS智能控制系統(tǒng)，通過軟件對(duì)陽光進(jìn)行跟蹤，自動(dòng)計(jì)算陽光角度及陰影大小，從而隨時(shí)能調(diào)節(jié)精確到每扇窗戶的百葉角度，以達(dá)到最佳的遮陽和采光的綜合效果。在有陰影的位置百葉簾會(huì)自動(dòng)收起，而且全部隱藏在幕墻框內(nèi)，達(dá)到隔熱、節(jié)能、環(huán)保、舒適等效果。

5結(jié)語

遮陽是建筑節(jié)能的有效途徑，通過良好的遮陽設(shè)計(jì)在節(jié)能的同時(shí)又可以豐富室內(nèi)的光線分布，還可以豐富建筑造型及立面效果。作為建筑智能化系統(tǒng)不可或缺的智能遮陽系統(tǒng)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和建筑智能化的普及，建筑遮陽將會(huì)有更加完備的智能控制系統(tǒng)，相信越來越多的建筑將采用智能遮陽系統(tǒng)，并在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)被集成汲取，智能化角度使遮陽達(dá)到最優(yōu)的效果。

參考文獻(xiàn):

[1] 建筑外遮陽(一)06J506-1.

[2] 李繼建.智能遮陽板節(jié)能技術(shù)在我國首例成功應(yīng)用，材料與應(yīng)用，2006.5.

[3] 金國祥.德國郵政大廈智能遮陽百葉.百年建筑.

[4] 楊志，鄧仁明，周齊國.建筑智能化系統(tǒng)及工程應(yīng)用，化學(xué)工業(yè)出版社.