淺析建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向

文_張寶 任靜 唐葆華 王志勇 張金花 宋慶亮 北京中建建筑科學(xué)研究院有限公司

建筑遮陽(yáng)是現(xiàn)代建筑重要的節(jié)能措施和熱舒適性改善措施，可有效控制、調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的太陽(yáng)輻射，對(duì)降低夏季空調(diào)負(fù)荷、緩解室內(nèi)自然采光中眩光問(wèn)題、改善室內(nèi)視覺和熱舒適性以及減少照明、空調(diào)能耗有著重要作用。智能建筑遮陽(yáng)，就是把傳感、控制、信息等技術(shù)相融合，對(duì)建筑遮陽(yáng)進(jìn)行智能控制優(yōu)化應(yīng)用，為人們提供一個(gè)更加舒適和節(jié)能的個(gè)性化建筑環(huán)境。但是，建筑遮陽(yáng)的智能化控制技術(shù)也不是完美的，在工程應(yīng)用中也存在著一些問(wèn)題。

1 建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

在智能建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)中，智能化控制技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)很多功能：

對(duì)于設(shè)置遮陽(yáng)裝置系統(tǒng)的大型建筑，每一個(gè)窗戶設(shè)置一幅遮陽(yáng)裝置，具有數(shù)量大和分布分散的特點(diǎn)。傳統(tǒng)建筑遮陽(yáng)裝置操作方式以手動(dòng)控制為主，包括手動(dòng)開關(guān)控制、手動(dòng)遙控器控制或手動(dòng)機(jī)械操作，控制方式比較簡(jiǎn)單，是根據(jù)室內(nèi)人員的個(gè)體主觀行為進(jìn)行判斷發(fā)出指令，隨機(jī)性強(qiáng)。智能化控制系統(tǒng)可將遮陽(yáng)系統(tǒng)作為一個(gè)統(tǒng)一的整體進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)在不同地點(diǎn)區(qū)域、時(shí)間段、場(chǎng)景、氣象環(huán)境條件下，做出統(tǒng)一協(xié)調(diào)的角度位置調(diào)整。

智能化控制系統(tǒng)可依據(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、時(shí)段和朝向進(jìn)行計(jì)算?；蚋鶕?jù)建筑所處的經(jīng)緯度，太陽(yáng)移動(dòng)的位置、建筑物的遮擋形成的陰影綜合不同氣象條件進(jìn)行計(jì)算，完成控制系統(tǒng)邏輯程序的設(shè)定，自動(dòng)控制遮陽(yáng)裝置的轉(zhuǎn)角及位置調(diào)節(jié)。

智能化控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶對(duì)遮陽(yáng)裝置的使用時(shí)間、遮陽(yáng)裝置的開啟位置、角度、室內(nèi)環(huán)境條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，得出用戶對(duì)遮陽(yáng)裝置的使用習(xí)慣，最常用的遮陽(yáng)裝置位置、角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，為用戶提供個(gè)性化的遮陽(yáng)使用。

智能化控制系統(tǒng)可以根據(jù)使用者的習(xí)慣，預(yù)先設(shè)定遮陽(yáng)裝置的各種使用場(chǎng)景。通過(guò)手動(dòng)選擇或系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定智能控制，在用戶使用房間時(shí)，按照使用者的習(xí)慣進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制。

在建筑物的頂部設(shè)置多方位光照傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及綜合運(yùn)算判斷晴天還是陰天。如是陰天，系統(tǒng)可設(shè)定遮陽(yáng)裝置全部打開；如是晴天，系統(tǒng)按陽(yáng)光自動(dòng)跟蹤模式執(zhí)行，根據(jù)建筑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(lái)，存儲(chǔ)在控制器里，再按照結(jié)果自動(dòng)運(yùn)行。

智能化控制系統(tǒng)可以檢測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、雨雪、室內(nèi)外溫差等環(huán)境因素，智能調(diào)節(jié)遮陽(yáng)裝置，與空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等聯(lián)動(dòng)，讓建筑內(nèi)感受新鮮的自然風(fēng)和自然采光。當(dāng)檢測(cè)到狂風(fēng)暴雨等惡劣天氣時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)收起遮陽(yáng)裝置開啟保護(hù)功能。

當(dāng)遮陽(yáng)裝置發(fā)生故障時(shí)，智能化控制系統(tǒng)可以通過(guò)自檢系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障位置、故障類型，自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示工作人員進(jìn)行維護(hù)、維修；也可以在系統(tǒng)達(dá)到維護(hù)時(shí)間，自動(dòng)發(fā)出提示信息，提示工作人員應(yīng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

2 現(xiàn)有智能化控制系統(tǒng)存在的不足

2.1 遮陽(yáng)裝置的位置監(jiān)測(cè)

遮陽(yáng)控制系統(tǒng)在對(duì)遮陽(yáng)裝置的所在位置進(jìn)行調(diào)整時(shí)，是通過(guò)定時(shí)功能來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行行程控制，或者遮陽(yáng)裝置設(shè)置行程開關(guān)反饋信息來(lái)判斷其是否調(diào)整到位。這兩種方式雖然在某種程度上解決了部分問(wèn)題，但是都比較容易出現(xiàn)誤差，不能精準(zhǔn)判斷遮陽(yáng)裝置的準(zhǔn)確位置。

2.2 遮陽(yáng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的診斷

遮陽(yáng)電機(jī)從供電角度分為直流電機(jī)和交流電機(jī)，從功能角度可分為普通電機(jī)、帶電子編碼電機(jī)、帶無(wú)線裝置電機(jī)。其中普通電機(jī)價(jià)格最低，且與各個(gè)電機(jī)控制器不存在兼容的問(wèn)題，是遮陽(yáng)工程中廣泛使用的一種電機(jī)，包括室內(nèi)外應(yīng)用和需要高扭矩的應(yīng)用情況等。在使用中，普通遮陽(yáng)電機(jī)可能出現(xiàn)過(guò)載故障，也有可能出現(xiàn)不轉(zhuǎn)、動(dòng)作緩慢、突然停轉(zhuǎn)、運(yùn)行方向與控制命令相反、運(yùn)行行程不到位等問(wèn)題，而電機(jī)僅僅自帶過(guò)載過(guò)熱保護(hù)和自動(dòng)恢復(fù)功能，控制系統(tǒng)均無(wú)法監(jiān)測(cè)判斷電機(jī)所有的狀態(tài)。對(duì)于一棟大型建筑，遮陽(yáng)裝置與窗戶的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，具有數(shù)量大和分布分散的特點(diǎn)，且遮陽(yáng)電機(jī)是驅(qū)動(dòng)遮陽(yáng)裝置的動(dòng)力源，其穩(wěn)定性是保障建筑遮陽(yáng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)遮陽(yáng)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)和故障診斷，有效建立綜合故障診斷系統(tǒng)，提示運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)處理尤為重要。

2.3 氣象環(huán)境數(shù)據(jù)模型

在建筑遮陽(yáng)行業(yè)內(nèi)，國(guó)內(nèi)外設(shè)備廠家均不能提供適應(yīng)我國(guó)建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)的氣象環(huán)境等大數(shù)據(jù)積累和數(shù)據(jù)分析模型，而這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源是智能化控制的輸入條件，如果沒有，建筑遮陽(yáng)的智能化控制更是無(wú)從談起。由于我國(guó)南北區(qū)域跨度較大，地形、地貌千差萬(wàn)別，光照等氣候環(huán)境條件差異明顯，對(duì)于遮陽(yáng)的環(huán)境適應(yīng)性需求也完全不一樣。市場(chǎng)上現(xiàn)有大部分企業(yè)產(chǎn)品只能提供風(fēng)力、光照、雨雪的感應(yīng)監(jiān)測(cè)，而對(duì)于室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度、光照質(zhì)量等的監(jiān)控以及與控制系統(tǒng)相結(jié)合聯(lián)動(dòng)性不強(qiáng)，即便簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制依然存在遮陽(yáng)效果不佳，不能及時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)厥彝鈿庀髷?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)追蹤和陰影管理技術(shù)以及無(wú)法精準(zhǔn)控制確保建筑物不同朝向、不同房間達(dá)到室內(nèi)的最佳光環(huán)境等缺陷。

3 建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

近幾年，我國(guó)建筑遮陽(yáng)領(lǐng)域陸續(xù)編制發(fā)布了一系列遮陽(yáng)產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括：《建筑遮陽(yáng)用非金屬百葉簾》JG/T499-2016、《建筑一體化遮陽(yáng)窗》JG/T500-2016、《建筑用遮陽(yáng)天蓬簾》JG/T252-2015、《建筑用曲臂遮陽(yáng)篷》JG/T253-2015、《建筑用遮陽(yáng)軟卷簾》JG/T254-2015等近幾年常用的遮陽(yáng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。這些產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)對(duì)諸多遮陽(yáng)產(chǎn)品的推廣起到了很好的促進(jìn)作用。上述標(biāo)準(zhǔn)均是遮陽(yáng)裝置產(chǎn)品或檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，而建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)的產(chǎn)品制造和工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目前還沒有正式發(fā)布。為保證建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)在產(chǎn)品、工程設(shè)計(jì)、安裝施工、系統(tǒng)調(diào)試、工程驗(yàn)收、維護(hù)保養(yǎng)的規(guī)范性，還需要行業(yè)內(nèi)有實(shí)力的科研院所、高校、企業(yè)積極參與，盡快出臺(tái)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有序引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展。

3.2 提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的占有率

在我國(guó)建筑發(fā)展的現(xiàn)階段，智能建筑被廣泛應(yīng)用到社會(huì)的方方面面，擴(kuò)展到醫(yī)院、學(xué)校、住宅、辦公建筑等很多領(lǐng)域當(dāng)中。建筑智能化系統(tǒng)也由原來(lái)的單一系統(tǒng)，發(fā)展到遮陽(yáng)、采暖、通風(fēng)、安全、照明、能源管理等集成系統(tǒng)。與我國(guó)建筑智能化的快速發(fā)展和科技水平的迅速提高相比，建筑遮陽(yáng)在智能化控制核心技術(shù)儲(chǔ)備和新科技新技術(shù)應(yīng)用等方面還有很大的提升空間。

例如，在國(guó)內(nèi)智能遮陽(yáng)工程應(yīng)用的中央控制器、電機(jī)控制器、智能集成氣象站等智能化控制系統(tǒng)的核心產(chǎn)品，基本以進(jìn)口品牌為主，核心技術(shù)主要來(lái)自于建筑遮陽(yáng)比較發(fā)達(dá)的歐洲國(guó)家。建筑遮陽(yáng)用電機(jī)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備具備一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，但是在電機(jī)的穩(wěn)定性、耐久性等綜合性能與國(guó)際一流產(chǎn)品還存在差距。大力提高建筑遮陽(yáng)智能化控制設(shè)備研發(fā)力度，進(jìn)而減少采購(gòu)進(jìn)口產(chǎn)品，就會(huì)大大減少智能建筑遮陽(yáng)工程的建設(shè)成本，有利智能建筑遮陽(yáng)的推廣。

3.3 遠(yuǎn)程維護(hù)管理的建設(shè)

建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)管理工作專業(yè)性較強(qiáng)，要求維護(hù)管理人員具有較高的技術(shù)素質(zhì)，傳統(tǒng)的維護(hù)管理都是工程師們到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)問(wèn)題系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行故障診斷或者排查，故障處理不及時(shí)、維護(hù)管理成本高。隨著云平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程維護(hù)管理就可以有效解決這樣一系列問(wèn)題。

遠(yuǎn)程維護(hù)管理將分布于全國(guó)各地各個(gè)獨(dú)立建筑的建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成到遠(yuǎn)程監(jiān)控管理中心，由專業(yè)人員遠(yuǎn)程維護(hù)管理，可以遠(yuǎn)程查看智能化控制系統(tǒng)的設(shè)備工況、歷史工況等設(shè)備的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集分析，可以進(jìn)一步了解各種設(shè)備的工作狀態(tài)，可以隨時(shí)掌握設(shè)備的情況，不在現(xiàn)場(chǎng)也可以了解智能設(shè)備所有的工作情況。累積的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都可以制作成報(bào)表，可以對(duì)各種智能設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析、管理，更加直觀的用數(shù)據(jù)來(lái)顯示設(shè)備過(guò)去的各種狀況。

4 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代信息社會(huì)，建筑物不僅僅是遮風(fēng)避雨的場(chǎng)所，也是人、信息和工作居住環(huán)境的智慧結(jié)合，所以實(shí)現(xiàn)建筑遮陽(yáng)的智能化有著現(xiàn)實(shí)和未來(lái)的需要。建筑遮陽(yáng)智能化普及還有很多工作要做：升級(jí)優(yōu)化改進(jìn)現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題；加大研發(fā)力度，提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的占有率；建立完善的產(chǎn)品制造和工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。隨著建筑遮陽(yáng)智能化控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷進(jìn)步，必將推動(dòng)遮陽(yáng)行業(yè)的快速發(fā)展。