智能門(mén)窗系統(tǒng)

孫文遷 孫琳

【摘要】本文闡述了智能門(mén)窗系統(tǒng)作為智能建筑的一部分，涉及有效融合型材、電動(dòng)傳動(dòng)、傳感器、視頻監(jiān)控、空氣質(zhì)量檢測(cè)、新風(fēng)系統(tǒng)、遮陽(yáng)系統(tǒng)、啟閉系統(tǒng)，甚至移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、語(yǔ)音識(shí)別、指紋識(shí)別等多個(gè)領(lǐng)域，自動(dòng)對(duì)室內(nèi)居住環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)門(mén)窗的啟閉、采光及遮陽(yáng)進(jìn)行調(diào)控，并利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】智能門(mén)窗；啟閉系統(tǒng)；遮陽(yáng)系統(tǒng)；凈化通風(fēng)系統(tǒng)

1.前言

智能門(mén)窗與普通門(mén)窗不同，要實(shí)現(xiàn)智能控制，必須要由主機(jī)、各種傳感器、各種報(bào)警終端、遙控器，以及一系列機(jī)械傳動(dòng)裝置配合門(mén)窗組裝而成。

智能門(mén)窗的基本功能：自動(dòng)防風(fēng)防雨、緊急救助（入室盜竊）、自動(dòng)檢控燃?xì)?、自?dòng)檢控火災(zāi)、自動(dòng)調(diào)控采光與遮陽(yáng)、自動(dòng)凈化室內(nèi)空氣。智能門(mén)窗產(chǎn)品可應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)、賓館酒店、展覽中心、會(huì)議中心、體育場(chǎng)館、大劇院、科技館、購(gòu)物中心、溫室花園、工業(yè)廠房、現(xiàn)代物流倉(cāng)庫(kù)等公共場(chǎng)所和個(gè)人場(chǎng)所的高檔別墅的陽(yáng)光房，以及普通住宅的上懸窗、下懸窗、中懸窗、平開(kāi)窗、推拉窗和屋頂天窗，通過(guò)與玻璃幕墻、透明屋頂?shù)鹊慕Y(jié)合，有效地解決建筑上將美觀、實(shí)用、便捷、通透性強(qiáng)、節(jié)能以及經(jīng)濟(jì)性等完美融為一體的技術(shù)問(wèn)題。隨著門(mén)窗技術(shù)的發(fā)展及智能技術(shù)的普及，智能門(mén)窗必將在民用建筑上得到廣泛的應(yīng)用。

智能門(mén)窗系統(tǒng)根據(jù)功能劃分為三大子系統(tǒng)，即智能啟閉系統(tǒng)、智能遮陽(yáng)系統(tǒng)及智能凈化通風(fēng)系統(tǒng)。

2. 智能啟閉系統(tǒng)

開(kāi)啟和關(guān)閉是門(mén)窗的基本功能，通過(guò)開(kāi)啟和關(guān)閉可以實(shí)現(xiàn)門(mén)窗的通風(fēng)換氣、噪音隔離及節(jié)能保溫。智能啟閉系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備，自動(dòng)檢測(cè)室內(nèi)外空氣質(zhì)量、噪音及溫度等參數(shù)，經(jīng)過(guò)中央控制單元輸出控制指令給執(zhí)行單元，自動(dòng)控制門(mén)窗的開(kāi)啟和關(guān)閉。控制原理框圖如圖1所示。

在智能門(mén)窗啟閉系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)室內(nèi)溫度、室外噪聲、室內(nèi)外PM2.5的數(shù)值分析，并綜合現(xiàn)時(shí)室外天氣情況，做出外窗的開(kāi)啟或關(guān)閉動(dòng)作。當(dāng)室內(nèi)煤氣監(jiān)測(cè)值超標(biāo)時(shí)，立即開(kāi)啟門(mén)窗通風(fēng)換氣并報(bào)警。門(mén)窗的開(kāi)啟或關(guān)閉動(dòng)作位置由各自的限位控制。

門(mén)窗的室內(nèi)外溫度、室內(nèi)外空氣質(zhì)量及室外噪聲等由分別設(shè)置于門(mén)窗內(nèi)外的檢測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)量，室外天氣狀況由通信單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取，開(kāi)啟和關(guān)閉限位由門(mén)窗開(kāi)啟或關(guān)閉極限限位傳感器獲取，所有檢測(cè)設(shè)備測(cè)得的參數(shù)傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，信息處理模塊根據(jù)設(shè)定的控制程序，對(duì)門(mén)窗的開(kāi)啟或關(guān)閉進(jìn)行控制，門(mén)窗的開(kāi)啟或關(guān)閉動(dòng)作由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成。

通信單元可與網(wǎng)絡(luò)連接，可從網(wǎng)絡(luò)獲取所在地區(qū)天氣情況，并便于遠(yuǎn)程控制。

門(mén)窗開(kāi)啟/關(guān)閉控制設(shè)置手動(dòng)/自動(dòng)控制，手動(dòng)控制級(jí)別優(yōu)于自動(dòng)控制。

3. 智能遮陽(yáng)系統(tǒng)

門(mén)窗遮陽(yáng)指門(mén)窗玻璃遮陽(yáng)。玻璃遮陽(yáng)分為中空玻璃百葉遮陽(yáng)和調(diào)光玻璃遮陽(yáng)兩種。智能遮陽(yáng)系統(tǒng)通過(guò)采取對(duì)中空玻璃遮陽(yáng)百葉或調(diào)光玻璃智能控制，達(dá)到調(diào)節(jié)室內(nèi)采光和隔離太陽(yáng)輻射熱及保護(hù)室內(nèi)隱私的目的。

3.1中空玻璃百葉遮陽(yáng)是在中空玻璃內(nèi)部安裝遮陽(yáng)百葉，以調(diào)節(jié)玻璃的遮陽(yáng)性能。

3.2調(diào)光玻璃指通過(guò)調(diào)整玻璃的顏色達(dá)到調(diào)整玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)。調(diào)光玻璃根據(jù)玻璃變色原理分為光致變色玻璃和電致變色玻璃。

3.2.1光致變色玻璃

在適當(dāng)波長(zhǎng)光的輻照下改變其顏色，而移去光源時(shí)則恢復(fù)其原來(lái)顏色的玻璃，稱(chēng)光致變色玻璃。

光致變色玻璃是在玻璃原料中加入光敏劑。通常光敏劑以微晶狀態(tài)均勻地分散在玻璃中，在日光照射下分解，降低玻璃的光透光度。當(dāng)玻璃在暗處時(shí)，光敏劑再度化合，恢復(fù)透明度。玻璃的著色和退色是可逆的、永久的，這就是變色玻璃變色的基本原理。

光致變色玻璃的裝飾特性是玻璃的顏色和透光度隨日照強(qiáng)度自動(dòng)變化。日照強(qiáng)度高，玻璃的顏色深，透光度低；反之，日照強(qiáng)度低，玻璃的顏色淺，透光度高。

3.2.2電致變色玻璃

電致變色玻璃是一種由基礎(chǔ)玻璃和電致變色材料組成的裝置，利用電致變色材料在電場(chǎng)作用下而引起的透光（或吸收）性能的可調(diào)性，可實(shí)現(xiàn)由人的意愿調(diào)節(jié)光照度的目的，同時(shí)，電致變色系統(tǒng)通過(guò)選擇性地吸收或反射外界熱輻射和阻止內(nèi)部熱擴(kuò)散，可減少建筑物在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須耗費(fèi)的大量能源。

3.2.3智能遮陽(yáng)系統(tǒng)控制原理框圖

智能門(mén)窗遮陽(yáng)系統(tǒng)原理見(jiàn)圖2所示。

智能門(mén)窗遮陽(yáng)系統(tǒng)中，光照強(qiáng)度傳感器置于窗外，用于檢測(cè)室外太陽(yáng)光照強(qiáng)度。中央控制單元通過(guò)檢測(cè)窗外光照強(qiáng)度，并與室外天氣狀況、室內(nèi)外溫度等比較分析，確定在炎熱的夏季，調(diào)節(jié)玻璃遮陽(yáng)百葉或電致變色玻璃，將太陽(yáng)熱隔絕在室外；在冬季取暖時(shí)，調(diào)節(jié)遮陽(yáng)百葉或變色玻璃，利用太陽(yáng)能取暖；在春/秋季節(jié)調(diào)整遮陽(yáng)百葉的角度或變色玻璃的顏色，滿足室內(nèi)采光或獲取太陽(yáng)熱能的需求。同時(shí)，智能遮陽(yáng)系統(tǒng)還可根據(jù)季節(jié)變換，確定晚間自動(dòng)關(guān)閉遮陽(yáng)裝置，以保護(hù)個(gè)人隱私。圖中的開(kāi)啟/關(guān)閉限位，僅適用于百葉遮陽(yáng)系統(tǒng)。

室外天氣狀況可通過(guò)通信單元從網(wǎng)絡(luò)上自動(dòng)獲取，并確定當(dāng)前季節(jié)的夜晚時(shí)間，以便自動(dòng)關(guān)閉遮陽(yáng)系統(tǒng)。

遮陽(yáng)系統(tǒng)的開(kāi)啟/關(guān)閉設(shè)置手動(dòng)與自動(dòng)控制兩種方式，手動(dòng)控制級(jí)別優(yōu)于自動(dòng)控制。

4. 智能凈化通風(fēng)系統(tǒng)

門(mén)窗通風(fēng)首先是自然通風(fēng)，即通過(guò)門(mén)窗本身的開(kāi)啟達(dá)到室內(nèi)通風(fēng)換氣的目的。

門(mén)窗凈化通風(fēng)系統(tǒng)是指安裝在門(mén)窗上，能根據(jù)室內(nèi)及室外環(huán)境條件，自動(dòng)進(jìn)行室內(nèi)外換氣通風(fēng)，并自動(dòng)濾除室外粉塵，給以室內(nèi)潔凈、舒適的居住環(huán)境條件。

門(mén)窗凈化通風(fēng)系統(tǒng)根據(jù)給風(fēng)壓力分為負(fù)壓和正壓兩種方式。

負(fù)壓換氣以自室內(nèi)向室外抽風(fēng)為主，通過(guò)施加室內(nèi)負(fù)壓，被動(dòng)調(diào)整室內(nèi)空氣，達(dá)到室內(nèi)換氣的目的。負(fù)壓換氣由于通過(guò)抽風(fēng)口向室外抽風(fēng)，使室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，因向室內(nèi)進(jìn)氣的位置無(wú)法保證，只要室內(nèi)外密封不好的位置都可以向室內(nèi)換氣，因此，也就無(wú)法保證進(jìn)入室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

正壓換氣以通風(fēng)系統(tǒng)通過(guò)風(fēng)機(jī)向室內(nèi)鼓風(fēng)，即向室內(nèi)施加正壓送風(fēng)換氣，送風(fēng)通道內(nèi)安裝空氣過(guò)濾系統(tǒng)，將室外污染物隔離過(guò)濾，達(dá)到向室內(nèi)輸送潔凈空氣的目的。

智能門(mén)窗凈化通風(fēng)系統(tǒng)原理見(jiàn)圖3所示。

在智能門(mén)窗凈化通風(fēng)系統(tǒng)中，系統(tǒng)信息處理模塊通過(guò)對(duì)室內(nèi)外PM2.5及室內(nèi)外溫度等參數(shù)值分析，并綜合當(dāng)前所處季節(jié)情況，確定新風(fēng)系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)停。當(dāng)系統(tǒng)確定當(dāng)前處于門(mén)窗開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，則關(guān)閉新風(fēng)系統(tǒng)。

系統(tǒng)通過(guò)通信單元獲取指令或?qū)⒈O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳。

同樣，凈化通風(fēng)系統(tǒng)的開(kāi)啟/關(guān)閉設(shè)置手動(dòng)與自動(dòng)控制兩種方式，手動(dòng)控制級(jí)別優(yōu)于自動(dòng)控制。

5.結(jié)語(yǔ)

基于無(wú)線WIFI的應(yīng)用，智能門(mén)窗系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程云控制。將每個(gè)智能門(mén)窗作為單個(gè)Agent，可組成居住單元的多Agent智能門(mén)窗控制系統(tǒng)，智能門(mén)窗控制系統(tǒng)檢測(cè)與控制數(shù)據(jù)基于網(wǎng)絡(luò)可上傳共享，并且居住單元的各個(gè)智能門(mén)窗之間可根據(jù)需要組成控制聯(lián)動(dòng)。同時(shí)，智能門(mén)窗系統(tǒng)與室內(nèi)智能監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、智能家電控制系統(tǒng)、家居垃圾處理系統(tǒng)及智能保潔系統(tǒng)共同組成家居智能系統(tǒng)。