智能控制技術(shù)在遮陽裝置上的應(yīng)用

1、智能控制技術(shù)在遮陽裝置上的應(yīng)用卞樹義張長江王振杰孔凡東(皇明太陽能股份有限公司,山東德州253000摘要本文闡述了太陽谷日月壇微排大廈北樓應(yīng)用了大型豎百葉智能遮陽技術(shù),從而降低建筑物的冷、熱負(fù)荷。重點介紹了豎百葉遮陽系統(tǒng)夏季遮陽、冬季采光的運行原理及智能控制技術(shù)在遮陽裝置上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞豎百葉裝置,遮陽,采光,節(jié)能,智能控制中圖分類號TP29文獻(xiàn)標(biāo)志碼B文章編號1003-1324(2010-01-0043-0221世紀(jì)建筑材料21st CENTURY BUILDING MATERIALS2010年2月February 2010第2卷第1期0引言目前應(yīng)用于建筑遮陽系統(tǒng)大多為人工方式或人工操縱電動

2、方式進(jìn)行的。這些方式控制的遮陽有如下缺陷:1、遮陽效果不佳2、對室內(nèi)的光線環(huán)境又沒有良好的有效控制;基于以上原因,在當(dāng)今高檔建筑中超大金屬玻璃幕墻的大量應(yīng)用,對建筑節(jié)能、建筑運營成本越發(fā)關(guān)注的今天,如何構(gòu)造一個智能化的遮陽控制系統(tǒng),則顯得尤為重要與迫切1 。圖1太陽谷日月壇微排大廈北樓1遮陽控制系統(tǒng)運行原理及控制要求現(xiàn)代建筑廣泛的應(yīng)用大面積的玻璃幕墻,以提高建筑物的美觀,但同時也使室內(nèi)的空調(diào)負(fù)荷也不斷提高;為此,遮陽成為建筑這一掩體功能的重要組成部分,遮陽系統(tǒng)也必然是建筑造型設(shè)計中不可缺少的環(huán)節(jié),是現(xiàn)代建筑整體藝術(shù)形式重要的組成部分。目前國際上公認(rèn)的真正有效的遮陽控制系統(tǒng)是針對戶外用遮陽百葉的

3、控制,并應(yīng)成為室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)中的必要的子系統(tǒng),同時應(yīng)達(dá)到如下目的2。隨著所在區(qū)域陽光入射的角度不同,按不同季節(jié)、不同的時間段進(jìn)行遮擋光線的控制。通過實時的對入射光線及室內(nèi)光照度的檢測來控制遮陽板的收起、展開及翻轉(zhuǎn),并控制遮陽角度以使室內(nèi)處于最佳的遮陽效果及舒適的光照環(huán)境。針對室外用遮陽百葉進(jìn)行的有效的隨動控制系統(tǒng),并實現(xiàn)視覺舒適最優(yōu)控制。針對大面積的玻璃幕墻的建筑結(jié)構(gòu),我們應(yīng)用了豎百葉遮陽系統(tǒng)實現(xiàn)建筑物的夏季遮陽、冬季采光的目的。本系統(tǒng)按照春、夏、秋、冬作為四種工況,春季工況根據(jù)冬季工況定,秋季工況根據(jù)夏季工況定,從而達(dá)到最大化的采光、遮陽的目的,具體運行工況如圖1,圖1-1,圖1-2 。圖

4、1-1 夏季的工況如圖圖1-2冬季的工況如圖根據(jù)以上的運行工況提出了相應(yīng)的控制要求,確定該系統(tǒng)具有手動/自動兩種工作狀態(tài)。自動工作狀態(tài)有以下兩種模式。自動運行模式:對每組電機(jī)根據(jù)當(dāng)前工況,進(jìn)行計算出推桿的行程,從而調(diào)整百葉的位置,使豎百葉達(dá)到最佳的遮陽效果,當(dāng)總控單元檢測風(fēng)、光、雨傳感器的異常信號,則控制豎百葉旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)設(shè)定的角度,以達(dá)到提高室內(nèi)舒適度的目的。同時,可以通過收稿日期:2010-01-0921世紀(jì)建筑材料2010上位機(jī)實時監(jiān)控當(dāng)前百葉的工作狀態(tài)。陽光追蹤模式:系統(tǒng)根據(jù)光照射強(qiáng)度,可分幾個照度值設(shè)定,如10000MU 為中午最大值,遮陽板關(guān)閉,當(dāng)光照強(qiáng)度為6000MU 時,豎百葉旋

5、轉(zhuǎn)到45°角等,該控制系統(tǒng)通過檢測光感信號,并通過內(nèi)部邏輯運算,控制豎百葉旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)的角度,已達(dá)到建筑物遮陽、采光的目的。 手動工作狀態(tài)有以下三種模式。(1電腦界面操作分手動和自動模式,手動模式時全手動運行,不受自動控制影響,切換到自動運行模式,系統(tǒng)全自動運行。當(dāng)手動控制轉(zhuǎn)到自動控制時,要求豎百葉在下一時刻旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度,繼續(xù)自動運行。(2遙控器操作當(dāng)遙控器運行時,自動控制模式停止運行,全手動運行;當(dāng)遙控器停止運行后,要求豎百葉在下一時刻旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度,繼續(xù)自動運行。(3按鈕開關(guān) 通過電機(jī)控制柜外接控制開關(guān),來控制每一組電機(jī)的運行,運行停止后按下總控制器上的復(fù)位開關(guān),使電機(jī)可以轉(zhuǎn)

6、到當(dāng)前時刻的百葉所處的角度。2遮陽系統(tǒng)的控制方式針對以上所提出的技術(shù)要求,設(shè)計了一套完整的智能型遮陽控制系統(tǒng)(圖2。智能軟件針對遮陽系統(tǒng)專門開發(fā)的軟件,并采用一線著名品牌德國西門子S7-200系列可編程控制器。運用兩臺西門子S7-200進(jìn)行PLC 組網(wǎng),實現(xiàn)主從控制;同時,兩臺S7-200與總監(jiān)控室內(nèi)的一臺PC 機(jī)連接實現(xiàn)系統(tǒng)監(jiān)控,再配合其它控制設(shè)備來完成控制任務(wù)3。 圖2豎百葉智能遮陽控制系統(tǒng)圖電動百葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)選用進(jìn)口品質(zhì)較好的桿式電機(jī),其推力為450N,行程為400mm 。百葉的角度檢測裝置選用位移傳感器測量電機(jī)推拉桿的當(dāng)前的位置,再換算得出相應(yīng)的轉(zhuǎn)動角度,用這種方法,元件尺寸更小,測量更

7、加可靠。環(huán)境檢測單元由風(fēng)速傳感器,陽光傳感器、雨水傳感器及溫濕度傳感器組成。圖3豎百葉傳動方式在這個系統(tǒng)中,S7-200作為整個控制系統(tǒng)的主控部分,通過接入控制箱的遙控器,風(fēng)速傳感器,陽光傳感器,雨水傳感器等信號,根據(jù)PLC 進(jìn)行內(nèi)部邏輯,來控制電機(jī)推拉運行,并通過位移傳感器感應(yīng)當(dāng)前的位置,可以精確的控制百葉的角度(圖3。系統(tǒng)的控制過程如下4(圖4。圖4控制系統(tǒng)(下轉(zhuǎn)第49頁44第2卷第1期本控制方式可以分為現(xiàn)場設(shè)備就地手動控制、就地遙控器控制、計算機(jī)控制系統(tǒng)手動控制、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動控制四種控制方式。3工程案例太陽谷國際會議中心位于德州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)中國太陽谷規(guī)劃區(qū)內(nèi),是世界上最大的集太陽能光

8、熱、光伏、建筑節(jié)能于一體的高層公共建筑,作為2010年第四屆世界太陽城大會的主會場,太陽谷國際會議中心集展示、科研、辦公、會議、培訓(xùn)、賓館等功能于一身,符合節(jié)能環(huán)保、人性化、生態(tài)、未來時尚角度的“綠色五星級”建筑標(biāo)準(zhǔn),是當(dāng)之無愧的太陽能綜合利用技術(shù)與建筑節(jié)能技術(shù)結(jié)合的典范工程。太陽谷國際會議中心將作為2010年第四屆世界太陽城大會的主會場,屆時可以通過本項目的示范向全世界展示我國可再生能源在建筑中的應(yīng)用成果。在太陽谷日月壇微排大廈北樓一、二層安裝了豎百葉智能遮陽系統(tǒng),該系統(tǒng)已無故障運行1年,實現(xiàn)了建筑物的夏季遮陽、冬季采光的功能,完全達(dá)到了設(shè)計要求,以進(jìn)一步降低建筑冷、熱負(fù)荷。4結(jié)論采用智能化

9、遮陽系統(tǒng)的最大的有點為:1、智能化遮陽控制降低了人工控制帶來的不準(zhǔn)確性和不合理性2、使遮陽效果更佳,有助于建筑節(jié)能效率的提高3、具有較高的性價比,降低建筑運營成本。該項目的順利實施提高了遮陽系統(tǒng)的智能化水平,為科學(xué)有效的控制遮陽系統(tǒng)打下堅實的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1陳一飛.電動開窗器的應(yīng)用與發(fā)展J.門窗幕墻與設(shè)備,2002,(4:15.2陳武文.玻璃幕墻的遮陽節(jié)能技術(shù)J.建筑門窗幕墻與設(shè)備,2004,(3:25.3陽憲惠.現(xiàn)場總線技術(shù)及其應(yīng)用M.北京:清華大學(xué)出版社,2003.4王小明.電動機(jī)的單片機(jī)控制M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.作者簡介略。(上接第44頁魯秀銳唐超王振杰等:小型太陽

10、能吸附式空調(diào)系統(tǒng)工程示范及配置優(yōu)化研究從圖811中可以看出,各水系統(tǒng)進(jìn)出口溫度周期性變化,數(shù)據(jù)正常,循環(huán)周期明顯,制冷過程運行良好。從中可以看出,熱水進(jìn)口溫度越高,制冷功率也越大。額定制冷功率為10kW的制冷機(jī)組在5080的使用熱水范圍內(nèi),可以輸出715kW不等的制冷量,性能良好。4結(jié)論與展望4.1結(jié)論(1使用太陽能制冷與采暖、熱水相結(jié)合的復(fù)合能量系統(tǒng)節(jié)能效果顯著。(2在工程安裝地點德州,太陽能集熱器與制冷機(jī)組以及建筑物設(shè)計選型配比可按1m2的集熱器匹配100W的制冷量的機(jī)組進(jìn)行配比。(3小型太陽能空調(diào)系統(tǒng)適合家庭別墅安裝,可滿足建筑物本身50%以上制冷采暖以及熱水需求。(4系統(tǒng)還不是很完善,需要增加輔助能源,設(shè)計一系列的復(fù)合能量系統(tǒng)解決方案,來滿足各個不同氣候地區(qū)的需求是亟待解決的技術(shù)問題。(5系統(tǒng)設(shè)計以太陽能作為主要能源,但是當(dāng)太陽能不足時,必須使用輔助能源來滿足建筑物制冷、采暖、熱水等需求,這就需要增加常規(guī)能源的基礎(chǔ)設(shè)施,增加了初投資。綜合經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性,太陽能承擔(dān)的負(fù)荷越大,系統(tǒng)越節(jié)能,使用的年限越長,綜合費用越低。4.2展望小型太陽能吸附式空調(diào)系統(tǒng)在現(xiàn)階段還存在一定的推廣瓶頸,但是通過我們的設(shè)計及測試,相應(yīng)的問