智能幕墻的控制系統與設計研究

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與設計思路,以及系統的具體功能和實現方法。

關鍵詞:智能幕墻;PLC;人機界面;傳感器;光伏發電

中圖分類號:F407.67文獻標識碼:A文章編號:1672-3198(2009)18-0296-02

1 系統概述

智能幕墻控制系統主要由檢測環境參數的溫度傳感器、風傳感器、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,系統具有運行穩定、處理功能強大和擴展性強的特點。控制系統通過人機界面進行執行機構的操作,集中顯示幕墻上各個設備的運行狀況,整體有效的管理幕墻。

2 功能設計

(1)日照調節。

能源消費包括人工照明,日照最大化是低能耗設計的重要目的之一,幕墻控制系統能機動的控制幕墻遮擋設備,減小陽光對建筑內部舒適條件造成傷害,減少過加熱、過強光和照射過渡等。

(2)通風控制。

幕墻智能控制系統根據室內外環境溫度,夏季當周圍溫度不超過30℃(溫度可通過控制系統設定)時,幕墻智能控制系統驅動執行機構將可伸縮的屋頂、機動窗戶等打開實現自然通風。冬季當外界溫度低于5℃(溫度可通過控制系統設定)時,啟動機械通風裝置。

(3)發電功能。

利用光伏發電實現建筑物電的自給。

(4)構造控制。

使用者可通過人機界面、遙控裝置和墻上的開關對幕墻構造進行有效控制。

(5)取暖和加熱。

將太陽能集熱器與幕墻結合,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。將安防報警系統接入幕墻智能控制系統,實現對門窗的安全防范。

3 智能幕墻功能與高科技產品功能的實現

(1)防盜報警。

在建筑玻璃幕墻上安裝玻璃碎片探測器,當有人或硬物將玻璃幕墻擊碎時,探測器檢測到信號后通過與他相連的智能控制系統通過揚聲器發出報警信號;在門、窗上安裝門磁開關,當有人非法闖入時,門磁開關接通報警裝置報警。系統同時將啟動聯動的攝像機,將報警畫面傳送給安保人員。

(2)光伏發電。

利用幕墻結構位置(不影響采光等因素),將太陽能光電池板與幕墻結合,利用太陽能光電池板來給智能控制系統或其它負荷提供電能。

(3)取暖和加熱。

將太陽能集熱器與幕墻結合,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熱取暖提供熱能,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到日光強度。日光控制器將信號通過智能控制系統驅動執行器來控制百葉的開關狀態:當陽光充足時,智能控制系統將百葉窗放下;當陽光強度變弱時,智能控制系統將百葉窗打開。

(5)聲控。

在智能幕墻控制系統中加裝聲音控制器,用來接收使用人通過聲音發出的控制指令,實現門、窗和百葉等開啟狀態的智能控制。

(6)煙感控制。

當室內的煙霧傳感器檢測到空氣有一定濃度的煙塵時,與煙霧傳感器相連的智能控制系統驅動執行機構將天窗、通風口等打開,同時通過揚聲器發出報警信號。

(7)雨感。

在天窗和幕墻等位置安裝雨滴傳感器,當傳感器檢測到有降雨時,與傳感器相連的智能控制系統驅動執行機構將窗、門等關閉。

(8)門禁。

在主要出入口處安裝門禁(語音門禁、指紋門禁和視網膜門禁)控制系統,通過訪問人的特征如語音、指紋和視網膜等,在門禁系統中設置訪問人的權限,用來識別訪問者的權利。

(9)紅外遠程控制。

在智能控制系統中加裝紅外接收器,通過使用人手持遙控裝置發出的指令,紅外接收器將指令傳送給智能控制系統,智能控制系統驅動執行機構完成門、窗、百葉等開關狀態。

(10)安全防范。

在幕墻門窗的窗戶前安裝紅外報警器,當有無人照看兒童想要攀爬門窗時,紅外報警器通過控制裝置聲光報警信號,同時智能控制系統關閉窗戶以防事故的發生。

4 智能幕墻的設計

智能幕墻系統主要由輸入傳感器、輸出執行器件、控制系統、光伏發電系統4部分組成。

4.1 輸入傳感器

玻璃碎片探測器、雨滴傳感器、日光控制器、紅外線接收器、門磁開關、限位開關等。

4.2 輸出執行器件

電機、馬達、電磁閥、揚聲器等。

4.3 控制系統

通過輸入設備(如陽光控制器、溫度傳感器、雨滴探測器等)將現場參數輸入給控制柜中的PLC控制系統;經PLC處理后的參數驅動執行機構(電機、馬達、電磁閥、揚聲器)帶動門窗、百葉等構件的動作。在中控室連接人機界面,操作者可以點動鼠標輕松管理整個幕墻所有設備的運行狀況。

4.4 光伏發電系統

光伏發電是新能源和可再生能源的重要組成部分,太陽能光伏發電的能量轉換器是太陽能電池。當太陽光照射到太陽能電池上時,電池吸收光能,產生光生電子——空穴對。在電池內電場作用下,光生電子和空穴被分離,電池兩端出現異號電荷的集累,即產生“光生電壓”。

5 光伏系統的設計

太陽能光伏發電系統的組成。

(1)控制器。

控制器是光伏發電系統的核心部件之一,根據系統功率、電壓、方陣路數、蓄電池組數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信號檢測。②蓄電池最優充電控制。③蓄電池放電管理。④設備保護。⑤故障診斷定位。⑥運行狀態指示。

(2)逆變器。

根據系統的直流電壓確定逆變器的直流輸入,根據負載的類型確定逆變器的功率和相數,根據負載的沖擊性決定逆變器的功率余量。

(3)太陽能光伏發電系統的防雷接地。

如果太陽能電池方陣被雷電直接擊中會造成設備損壞或人員傷亡,所以在設計過程中應做防雷設計。

6 結語

智能幕墻是通風式幕墻的延伸,是在智能化建筑的基礎上將建筑配套技術(暖、熱、光、電)的適度控制,在幕墻材料、太陽能的有效利用、通過計算機網絡進行有效的調節室內空氣、溫度和光線,從而節省了建筑物使用過程的能源,降低了生產和建筑物使用過程的費用。因此智能幕墻系統龐大,具有很好的發展空間和前景。

參考文獻

[1]@劉光源.簡明電氣安裝工手冊[M].北京:機械工業出版社,2001.