王冬亮

格寧斯窗飾（上海）有限公司 上海 201112

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對工作環(huán)境也提出了更高的要求，人們愈發(fā)關(guān)注建立健康舒適的辦公遮陽環(huán)境。辦公建筑遮陽卷簾常見系統(tǒng)主要有手動驅(qū)動、本地開關(guān)、無線遙控；但隨著高層玻璃幕墻建筑的快速發(fā)展，上述幾種方式存在產(chǎn)品適應(yīng)性差、能源利用率低以及舒適度差。本文根據(jù)傳統(tǒng)樓宇遮陽卷簾的局限性，將智能遮陽卷簾應(yīng)用于樓宇控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于環(huán)境自適應(yīng)的樓宇智能遮陽卷簾系統(tǒng)[1]。

1 建筑遮陽

1.1 遮陽卷簾的介紹

電動卷簾遮陽系統(tǒng)，是通過管狀電機(jī)驅(qū)動遮陽面料上下運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)功能要求的不同，卷簾可在設(shè)定的上、下或中間限位自動停止，也可在運(yùn)行過程中停止[2]。遮陽卷簾通過織物面料能有效地阻隔太陽光和紫外線的照射，各種朝向都可以采用遮陽卷簾系統(tǒng)，創(chuàng)造一個舒適的辦公環(huán)境。

1.2 遮陽卷簾的目標(biāo)

遮陽卷簾通過面料的上下運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)有效的光線管理。數(shù)字電機(jī)的應(yīng)用也開啟了建筑遮陽的智能時代；通過數(shù)字電機(jī)實(shí)現(xiàn)雙向、實(shí)時跟蹤卷簾的工作狀態(tài)，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成、智能化控制，再通過BACnet協(xié)議與樓控系統(tǒng)集成聯(lián)動。智能窗簾主要目標(biāo)：①截取陽光透射，以免太陽光直接輻射到使用者身上；②使自然光最大化，減少人工照明，降低建筑空調(diào)能耗；③本地實(shí)時控制，提供規(guī)定的使用者手動操控能力；④人性化管理，對日歷事件調(diào)度可進(jìn)行人工定義；⑤陽光追蹤自動控制，實(shí)現(xiàn)遮陽、采光、通透性的最佳平衡。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 控制系統(tǒng)的主要功能

該系統(tǒng)可集多元設(shè)備于一體的綜合性系統(tǒng)，旨在提供高效率、易操作、高精度的樓宇管理平臺。尤其是智能遮光卷簾的控制，操控精準(zhǔn)靈活、技術(shù)含量高、便于安裝和調(diào)試。

系統(tǒng)基本特點(diǎn)：①超大容量控制點(diǎn)數(shù)，可以將全樓的窗簾設(shè)備納入整個系統(tǒng)。②全方位的控制模式，如系統(tǒng)可控制全樓或單個建筑朝向面的卷簾運(yùn)行。③友好兼容性，易于多系統(tǒng)集成，如：影音、安防、消防、暖通等設(shè)備。④直觀的圖形化管理界面，使遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理變得簡單。⑤提供移動設(shè)備的無線登入管理功能，實(shí)現(xiàn)無線區(qū)域操控。⑥具有網(wǎng)頁式控制按鈕，配合相應(yīng)的權(quán)限管理，具備舒適的使用體驗(yàn)。⑦配置系統(tǒng)服務(wù)器，記錄所有相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，使歷史運(yùn)行追蹤成為可能。

2.2 系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

整套系統(tǒng)由多個處理器組成，互相之間通過以太網(wǎng)絡(luò)連接，處理器與處理器之間無主從性，運(yùn)行時可獨(dú)立工作或聯(lián)動工作。

每個處理器會提供兩條四芯控制總線，智能電動窗簾馬達(dá)、控制面板、無線接收器、傳感器等設(shè)備都將作為控制總線下的控制單元接入系統(tǒng)。該控制總線具有低壓供電能力，部分設(shè)備如控制面板、接收器、傳感器等可以由總線供電，而不需要在本地專門配備低壓電源。系統(tǒng)中的每個單元設(shè)備內(nèi)部都配置了唯一的地址碼。當(dāng)處理器發(fā)出對某一個或多個單元的控制信號，將在控制總線中廣播式的發(fā)送到每個設(shè)備單元，接受到信號后相應(yīng)設(shè)備執(zhí)行處理器發(fā)出的控制指令。同時，處理器接收各設(shè)備的發(fā)回的反饋指令，完成對各設(shè)備的監(jiān)控管理。

控制系統(tǒng)可以配置一套服務(wù)器設(shè)備，它可以是專門的服務(wù)器和相關(guān)軟件，也可以是在現(xiàn)有的服務(wù)器上安裝專門的服務(wù)器軟件，是一個高可靠的計(jì)算機(jī)服務(wù)器設(shè)備。它和處理器同時連接于網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)時地監(jiān)測和儲存系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，提供系統(tǒng)遠(yuǎn)程登錄控制服務(wù)，生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)告等。

處理器間、處理器與服務(wù)器，以及和樓宇自控系統(tǒng)的通訊鏈路采用CAT5/CAT5e網(wǎng)線鏈接，此鏈接符合標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)的接線距離的規(guī)定和運(yùn)行法則。系統(tǒng)處理器間的通訊可以采用樓宇內(nèi)IT網(wǎng)絡(luò)或基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)采用此網(wǎng)絡(luò)時，業(yè)主、網(wǎng)絡(luò)提供方、網(wǎng)絡(luò)管理者需要清楚系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)要求，需要開放多點(diǎn)廣播和UDP協(xié)議。

在網(wǎng)絡(luò)配置時，每個處理器需要一個靜態(tài)IPv4地址，處理器間通訊采用UDP協(xié)議，通訊結(jié)構(gòu)采用多點(diǎn)廣播式傳輸，并支持第一、二、三版IGMP協(xié)議。處理器間通訊速率為100Mbps，服務(wù)器可以配置于更高速率的通訊網(wǎng)絡(luò)中。處理器間的通訊必須采用有線的方式連接。網(wǎng)絡(luò)的登錄需要設(shè)置權(quán)限密碼管理，只有被授權(quán)的用戶才可以登入系統(tǒng)進(jìn)行管理。

3 系統(tǒng)控制

3.1 智控遮陽卷簾原理

根據(jù)一年四季太陽光的照射角度自動控制整棟建筑不同朝向和不同樓層的每一幅卷簾調(diào)整到合適的位置，窗簾可以根據(jù)陽光入射角的變化實(shí)時調(diào)節(jié)自己的高度，保證陽光只能進(jìn)入到室內(nèi)特定范圍（比如距離窗戶1米），不會照射到辦工桌及電腦屏幕上，以實(shí)時保證防眩光、自然采光、通透性的最佳平衡。

太陽的運(yùn)動是可以預(yù)測的。通過研究太陽高度角和方位角的變化規(guī)律，利用專業(yè)的天文學(xué)方程式建立開環(huán)式太陽追蹤模型，即可測算太陽的位置。這樣可以采用日程表來有效管理全年每天每個立面的窗簾運(yùn)行。在得到太陽的位置信息后，要防止眩光進(jìn)入工作區(qū)域并盡可能的引入自然光，窗簾控制系統(tǒng)必須能準(zhǔn)確實(shí)時的計(jì)算出卷簾的下放高度[3]。

卷簾放下后面料距地面的高度（h）由以下參數(shù)決定：

y1：工作面的高度；

x1：允許陽光進(jìn)入的深度；

?：太陽入射角；

例如冬天早晨11點(diǎn)，太陽光投射于建筑物外立面上，仰角較小如下圖示意，能夠計(jì)算并控制卷簾運(yùn)行到正確位置，防止眩光進(jìn)入工作區(qū)域影響用戶辦公，同時在靠近窗戶位置引入一定自然光，增加了室內(nèi)的自然采光同時減少照明費(fèi)用。

夏天早晨11點(diǎn)，太陽光投射于建筑物外立面上，仰角較冬天同樣時刻要大很多，能夠根據(jù)太陽入射角的實(shí)時變化計(jì)算并控制卷簾運(yùn)行到合適位置，保證室內(nèi)舒適的辦公環(huán)境。

3.2 控制系統(tǒng)運(yùn)行描述

在早晨日出前15分鐘（可設(shè)置為具體時間或日出前后兩小時），太陽自適應(yīng)算法自動將卷簾移動到計(jì)算好的位置，在保證防眩光的同時最大化引入自然光。

卷簾在一天的運(yùn)行位置有很多因素決定，比如窗戶高度、工作面的位置及允許光線進(jìn)入室內(nèi)的距離等。卷簾頻繁的動作會使用戶分心，影響工作，太陽自適應(yīng)算法可將卷簾動作的時間間隔設(shè)置為5分鐘到2小時之間。

當(dāng)有人通過本地開關(guān)動作過卷簾后，該區(qū)域的卷簾在接下來的一段時間內(nèi)將不會受自動控制，直待設(shè)置時間結(jié)束后，重新接管該區(qū)域的卷簾控制。手動控制延遲時間可設(shè)置為1分鐘至5小時，或直到當(dāng)天結(jié)束。

當(dāng)陽光感應(yīng)器檢測到外部照度較低時，卷簾會運(yùn)行到預(yù)先設(shè)定好的位置，待外部照度恢復(fù)后，卷簾會移動到太陽自適應(yīng)算法計(jì)算好的位置。

在日落后15分鐘（可設(shè)置為具體時間或日落前后兩小時），太陽自適應(yīng)算法將會關(guān)閉，卷簾在接下來的時間里可設(shè)置為打開、閉合或保持原狀。

3.3 無線控制模塊

為應(yīng)對外部環(huán)境的變化，還可利用無線陽光傳感器來控制遮陽卷簾的升降。比如周邊高樓的陰影投射及眩光反射會給用戶帶來很大困擾。將陽光傳感器器放置于簾布和玻璃中間，當(dāng)處于臨樓陰影或多云天氣時，傳感器監(jiān)測到的陽光照度值低于系統(tǒng)設(shè)定值，該區(qū)域的卷簾自動收起；當(dāng)處于臨樓反射眩光或晴天時，外部陽光照度增強(qiáng)超過系統(tǒng)設(shè)定值，該區(qū)域的卷簾自動放下。為防止遮陽卷簾頻繁動作，傳感器的響應(yīng)可根據(jù)用戶需求設(shè)置延遲時間。

4 結(jié)語

合理的遮陽措施能夠有效的降低建筑能耗，還能改善室內(nèi)的光環(huán)境。研究表明，良好的辦公環(huán)境能夠使員工健康、舒適并帶來高生產(chǎn)效率，同時還能節(jié)約室內(nèi)照明和降低空調(diào)能耗。樓宇智能遮陽也將是建筑遮陽未來發(fā)展的新趨勢[4]。