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光环境控制系统在被动房中的应用

2022-12-26 11:34来源:都市发展设计集团有限公司作者:邢飞 乔盟 冯妍 李文朝
文章附图



摘要:都市发展设计集团自主研发的被动式光环境控制系统,采用人工智能智慧算法,基于物联网云平台技术,控制外遮阳百叶帘与工位灯联动运行,保证室内光环境健康舒适。本文以某办公项目为例,阐明系统智慧节能的控制逻辑,论证其显著节能效果与未来市场潜力。


关键词:光环境控制;遮阳;照明;被动式;办公项目



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在碳中和的背景趋势之下,从高性能保温、无热桥节点、保温门窗、气密性到新风热回收设备的被动房设计原则出发,建筑及暖通专业节能设计标准不断提升,配套设备性能日趋高效。为使用者提供了健康舒适的室内环境。而建筑光环境作为工作生活中重要组成,其技术产品研发拓展也随着大数据、物联网的时代趋势日益进步成熟。在室内光环境智能控制领域产品主要由3种方式:


(1)总线控制,布设控制线,以分组群控的形式进行总体人工控制;


(2)遥控控制,通过APP、遥控器、无线控制面板等方式进行无线远程人工控制;


(3)语音控制,通过智能家居物联的方式,以语音指令来人工控制终端产品。


本产品系统理念是打破人工控制的场景束缚,实现真正的自主智能(图1)。


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图1 系统架构理念



1.理念


公共办公建筑中用电主要由暖通空调、照明、电器及其他构成。其中空调与照明能耗占大约70%。为了平衡建筑光热环境舒适与节能的需求,一套被动式人工智能光环境控制系统应运而生。


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系列控制系统产品以工业物联网与云平台大数据分析为框架,通过专家级人因智慧算法和用户习惯自适应学习将遮阳与照明有机联动,实现建筑光环境节能与舒适的最优平衡。



2.产品系统


自主研制遮阳管理系统与太阳光谱线型灯,平衡自然采光与人工照明。与建筑师及遮阳企业协作,旨在降低能耗同时营造健康舒适的工作及生活空间。


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百叶帘阳光管理控制器,收集传感器数据,集成阳光追踪算法,加入客户习惯控制需求,通过物联网云平台整合计算,控制百叶帘智慧运行,遮蔽多余阳光直射同时将散射光导入室内采光,并保持视野景观通透。太阳光谱线形灯内置控制算法芯片与环境感知探头,搭配优良的光学设计使上发光照亮空间,下发光照亮工作平面,营造健康舒适的办公环境。



适用于办公、教育、医疗等高品质公共空间,尤其对于被动式超低能耗建筑项目,实时控制外遮阳追踪阳光角度翻转,最大限度利用自然采光,降低夏季空调能耗。可减少照明能耗60% 以上,另外还能节省20%的取暖和制冷用电。



3.项目应用


系统在太仓超低能耗示范项目中应用于办公、会议、展示等主要功能空间,采用智慧照明,依据人员占空状态调节开关,依据环境光照情况调整亮度,并能根据全天时序与室外天光色温保持同步运行,智慧节能无需冗余手动操作,实现智慧照明(图2)。


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图2 系统架构理念


3.1 用电调节


3.1.1 各房间或场所照明功率密度值、统一眩光值、各功能区照度、照度均匀度、显色指数满足《建筑照明设计标准》GB 50034—2013 中的规定。本项目主要功能房间满足照明功率密度现行值。


3.1.2 办公室、会议室等室内区域采用自带光感人感的照明灯具,与外遮阳控制联动,依据环境光照,灯具自动调整亮度,保证工作面500lx 照度恒定。并结合人员占空状态,自动开关,实现自然采光与人工照明的协调运行。


3.1.3 走廊区域采用光照传感器来控制灯具的开启。


3.1.4 楼梯间和卫生间采用人体传感器来控制灯具的开启。



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3.2 遮阳调节


项目建筑各朝向立面外窗所占面积较大,因此采用可控金属百叶外遮阳的形式。遮阳的同时,阻隔热量,引入阳光,降低建筑夏季空调制冷负荷。外遮阳使用面积占外窗总面积达80% 以上。建筑选用铝合金外遮阳百叶帘,配备基于物联网的云平台自动控制系统,能够做到在遮挡太阳直射和眩光的同时将阳光导入室内。


3.2.1 项目选用坚固稳定的外遮阳设备,管状电机控制80mm 宽铝合金叶片运行,结合窗洞口嵌入安装,方便施工利于维护。


3.2.2 采用无线智能控制系统,实时感知天气阴晴、阴影遮挡、太阳轨迹,自动运行,无需冗余控制布线,大幅改善室内光热环境。


3.2.3 系统配备极端天气保护,在大风、冻雨、火灾等特殊情况下自动将外遮阳收起,保护设备使用寿命,同时不妨碍人员逃生疏散。


3.2.4 遮阳控制系统基于物联网云平台,遇到网络波动故障情况,自动远程报警,保证使用运行维护,营造健康、节能、舒适的室内光热环境。



4.展望


家用与商用光环境控制领域,存在一些问题亟待解决,包括智能化程度不足、控制策略落后、遮阳与照明缺乏互动。公司自主研发的控制系统,正是切中上述问题要害,积极对接主流物联网生态。


经统计,人工智能光环境控制系统能够降低建筑空调与照明运行能耗,潜力巨大。