淺談樓宇智能遮陽卷簾的研究與實施

王冬亮

格寧斯窗飾（上海）有限公司 上海 201112

隨著社會經濟和科學技術的不斷發展，人們對工作環境也提出了更高的要求，人們愈發關注建立健康舒適的辦公遮陽環境。辦公建筑遮陽卷簾常見系統主要有手動驅動、本地開關、無線遙控；但隨著高層玻璃幕墻建筑的快速發展，上述幾種方式存在產品適應性差、能源利用率低以及舒適度差。本文根據傳統樓宇遮陽卷簾的局限性，將智能遮陽卷簾應用于樓宇控制系統，實現基于環境自適應的樓宇智能遮陽卷簾系統[1]。

1 建筑遮陽

1.1 遮陽卷簾的介紹

電動卷簾遮陽系統，是通過管狀電機驅動遮陽面料上下運轉，根據功能要求的不同，卷簾可在設定的上、下或中間限位自動停止，也可在運行過程中停止[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，創造一個舒適的辦公環境。

1.2 遮陽卷簾的目標

遮陽卷簾通過面料的上下運行，以實現有效的光線管理。數字電機的應用也開啟了建筑遮陽的智能時代；通過數字電機實現雙向、實時跟蹤卷簾的工作狀態，便于實現系統集成、智能化控制，再通過BACnet協議與樓控系統集成聯動。智能窗簾主要目標：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，降低建筑空調能耗；③本地實時控制，提供規定的使用者手動操控能力；④人性化管理，對日歷事件調度可進行人工定義；⑤陽光追蹤自動控制，實現遮陽、采光、通透性的最佳平衡。

2 系統架構

2.1 控制系統的主要功能

該系統可集多元設備于一體的綜合性系統，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，操控精準靈活、技術含量高、便于安裝和調試。

系統基本特點：①超大容量控制點數，可以將全樓的窗簾設備納入整個系統。②全方位的控制模式，如系統可控制全樓或單個建筑朝向面的卷簾運行。③友好兼容性，易于多系統集成，如：影音、安防、消防、暖通等設備。④直觀的圖形化管理界面，使遠程監控和管理變得簡單。⑤提供移動設備的無線登入管理功能，實現無線區域操控。⑥具有網頁式控制按鈕，配合相應的權限管理，具備舒適的使用體驗。⑦配置系統服務器，記錄所有相關運行數據，使歷史運行追蹤成為可能。

2.2 系統基本結構

整套系統由多個處理器組成，互相之間通過以太網絡連接，處理器與處理器之間無主從性，運行時可獨立工作或聯動工作。

每個處理器會提供兩條四芯控制總線，智能電動窗簾馬達、控制面板、無線接收器、傳感器等設備都將作為控制總線下的控制單元接入系統。該控制總線具有低壓供電能力，部分設備如控制面板、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。系統中的每個單元設備內部都配置了唯一的地址碼。當處理器發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送到每個設備單元，接受到信號后相應設備執行處理器發出的控制指令。同時，處理器接收各設備的發回的反饋指令，完成對各設備的監控管理。

控制系統可以配置一套服務器設備，它可以是專門的服務器和相關軟件，也可以是在現有的服務器上安裝專門的服務器軟件，是一個高可靠的計算機服務器設備。它和處理器同時連接于網絡中，實時地監測和儲存系統的運行數據，提供系統遠程登錄控制服務，生產運行數據報告等。

處理器間、處理器與服務器，以及和樓宇自控系統的通訊鏈路采用CAT5/CAT5e網線鏈接，此鏈接符合標準以太網的接線距離的規定和運行法則。系統處理器間的通訊可以采用樓宇內IT網絡或基礎網絡。當采用此網絡時，業主、網絡提供方、網絡管理者需要清楚系統聯網要求，需要開放多點廣播和UDP協議。

在網絡配置時，每個處理器需要一個靜態IPv4地址，處理器間通訊采用UDP協議，通訊結構采用多點廣播式傳輸，并支持第一、二、三版IGMP協議。處理器間通訊速率為100Mbps，服務器可以配置于更高速率的通訊網絡中。處理器間的通訊必須采用有線的方式連接。網絡的登錄需要設置權限密碼管理，只有被授權的用戶才可以登入系統進行管理。

3 系統控制

3.1 智控遮陽卷簾原理

根據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整到合適的位置，窗簾可以根據陽光入射角的變化實時調節自己的高度，保證陽光只能進入到室內特定范圍（比如距離窗戶1米），不會照射到辦工桌及電腦屏幕上，以實時保證防眩光、自然采光、通透性的最佳平衡。

太陽的運動是可以預測的。通過研究太陽高度角和方位角的變化規律，利用專業的天文學方程式建立開環式太陽追蹤模型，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行。在得到太陽的位置信息后，要防止眩光進入工作區域并盡可能的引入自然光，窗簾控制系統必須能準確實時的計算出卷簾的下放高度[3]。

卷簾放下后面料距地面的高度（h）由以下參數決定：

y1：工作面的高度；

x1：允許陽光進入的深度；

?：太陽入射角；

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

夏天早晨11點，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，能夠根據太陽入射角的實時變化計算并控制卷簾運行到合適位置，保證室內舒適的辦公環境。

3.2 控制系統運行描述

在早晨日出前15分鐘（可設置為具體時間或日出前后兩小時），太陽自適應算法自動將卷簾移動到計算好的位置，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入室內的距離等。卷簾頻繁的動作會使用戶分心，影響工作，太陽自適應算法可將卷簾動作的時間間隔設置為5分鐘到2小時之間。

當有人通過本地開關動作過卷簾后，該區域的卷簾在接下來的一段時間內將不會受自動控制，直待設置時間結束后，重新接管該區域的卷簾控制。手動控制延遲時間可設置為1分鐘至5小時，或直到當天結束。

當陽光感應器檢測到外部照度較低時，卷簾會運行到預先設定好的位置，待外部照度恢復后，卷簾會移動到太陽自適應算法計算好的位置。

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

3.3 無線控制模塊

為應對外部環境的變化，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，當處于臨樓陰影或多云天氣時，傳感器監測到的陽光照度值低于系統設定值，該區域的卷簾自動收起；當處于臨樓反射眩光或晴天時，外部陽光照度增強超過系統設定值，該區域的卷簾自動放下。為防止遮陽卷簾頻繁動作，傳感器的響應可根據用戶需求設置延遲時間。

4 結語

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