淺析建筑遮陽智能化控制系統(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)進入室內(nèi)的太陽輻射，對降低夏季空調(diào)負(fù)荷、緩解室內(nèi)自然采光中眩光問題、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，就是把傳感、控制、信息等技術(shù)相融合，對建筑遮陽進行智能控制優(yōu)化應(yīng)用，為人們提供一個更加舒適和節(jié)能的個性化建筑環(huán)境。但是，建筑遮陽的智能化控制技術(shù)也不是完美的，在工程應(yīng)用中也存在著一些問題。

1 建筑遮陽智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用

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

對于設(shè)置遮陽裝置系統(tǒng)的大型建筑，每一個窗戶設(shè)置一幅遮陽裝置，具有數(shù)量大和分布分散的特點。傳統(tǒng)建筑遮陽裝置操作方式以手動控制為主，包括手動開關(guān)控制、手動遙控器控制或手動機械操作，控制方式比較簡單，是根據(jù)室內(nèi)人員的個體主觀行為進行判斷發(fā)出指令，隨機性強。智能化控制系統(tǒng)可將遮陽系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一的整體進行控制，實現(xiàn)在不同地點區(qū)域、時間段、場景、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，對不同季節(jié)、日期、時段和朝向進行計算?；蚋鶕?jù)建筑所處的經(jīng)緯度，太陽移動的位置、建筑物的遮擋形成的陰影綜合不同氣象條件進行計算，完成控制系統(tǒng)邏輯程序的設(shè)定，自動控制遮陽裝置的轉(zhuǎn)角及位置調(diào)節(jié)。

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

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)定遮陽裝置的各種使用場景。通過手動選擇或系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先設(shè)定智能控制，在用戶使用房間時，按照使用者的習(xí)慣進行調(diào)節(jié)、控制。

在建筑物的頂部設(shè)置多方位光照傳感器，實時監(jiān)測及綜合運算判斷晴天還是陰天。如是陰天，系統(tǒng)可設(shè)定遮陽裝置全部打開；如是晴天，系統(tǒng)按陽光自動跟蹤模式執(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，將參考點每天的陰影變化計算出來，存儲在控制器里，再按照結(jié)果自動運行。

智能化控制系統(tǒng)可以檢測風(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)遮陽裝置，與空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等聯(lián)動，讓建筑內(nèi)感受新鮮的自然風(fēng)和自然采光。當(dāng)檢測到狂風(fēng)暴雨等惡劣天氣時，系統(tǒng)自動收起遮陽裝置開啟保護功能。

當(dāng)遮陽裝置發(fā)生故障時，智能化控制系統(tǒng)可以通過自檢系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障位置、故障類型，自動發(fā)出報警信號，提示工作人員進行維護、維修；也可以在系統(tǒng)達到維護時間，自動發(fā)出提示信息，提示工作人員應(yīng)進行維護保養(yǎng)。

2 現(xiàn)有智能化控制系統(tǒng)存在的不足

2.1 遮陽裝置的位置監(jiān)測

遮陽控制系統(tǒng)在對遮陽裝置的所在位置進行調(diào)整時，是通過定時功能來對電機進行行程控制，或者遮陽裝置設(shè)置行程開關(guān)反饋信息來判斷其是否調(diào)整到位。這兩種方式雖然在某種程度上解決了部分問題，但是都比較容易出現(xiàn)誤差，不能精準(zhǔn)判斷遮陽裝置的準(zhǔn)確位置。

2.2 遮陽電機運行狀態(tài)的診斷

遮陽電機從供電角度分為直流電機和交流電機，從功能角度可分為普通電機、帶電子編碼電機、帶無線裝置電機。其中普通電機價格最低，且與各個電機控制器不存在兼容的問題，是遮陽工程中廣泛使用的一種電機，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，普通遮陽電機可能出現(xiàn)過載故障，也有可能出現(xiàn)不轉(zhuǎn)、動作緩慢、突然停轉(zhuǎn)、運行方向與控制命令相反、運行行程不到位等問題，而電機僅僅自帶過載過熱保護和自動恢復(fù)功能，控制系統(tǒng)均無法監(jiān)測判斷電機所有的狀態(tài)。對于一棟大型建筑，遮陽裝置與窗戶的一一對應(yīng)關(guān)系，具有數(shù)量大和分布分散的特點，且遮陽電機是驅(qū)動遮陽裝置的動力源，其穩(wěn)定性是保障建筑遮陽系統(tǒng)穩(wěn)定運行的重要保障。如何實現(xiàn)對遮陽電機的運行狀態(tài)檢測和故障診斷，有效建立綜合故障診斷系統(tǒng)，提示運行維護人員及時處理尤為重要。

2.3 氣象環(huán)境數(shù)據(jù)模型

在建筑遮陽行業(yè)內(nèi)，國內(nèi)外設(shè)備廠家均不能提供適應(yīng)我國建筑遮陽智能化控制系統(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，建筑遮陽的智能化控制更是無從談起。由于我國南北區(qū)域跨度較大，地形、地貌千差萬別，光照等氣候環(huán)境條件差異明顯，對于遮陽的環(huán)境適應(yīng)性需求也完全不一樣。市場上現(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，而對于室內(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)動性不強，即便簡單的自動控制依然存在遮陽效果不佳，不能及時根據(jù)當(dāng)?shù)厥彝鈿庀髷?shù)據(jù)實現(xiàn)太陽追蹤和陰影管理技術(shù)以及無法精準(zhǔn)控制確保建筑物不同朝向、不同房間達到室內(nèi)的最佳光環(huán)境等缺陷。

3 建筑遮陽智能化控制系統(tǒng)的發(fā)展方向

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

近幾年，我國建筑遮陽領(lǐng)域陸續(xù)編制發(fā)布了一系列遮陽產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括：《建筑遮陽用非金屬百葉簾》JG/T499-2016、《建筑一體化遮陽窗》JG/T500-2016、《建筑用遮陽天蓬簾》JG/T252-2015、《建筑用曲臂遮陽篷》JG/T253-2015、《建筑用遮陽軟卷簾》JG/T254-2015等近幾年常用的遮陽產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。這些產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)對諸多遮陽產(chǎn)品的推廣起到了很好的促進作用。上述標(biāo)準(zhǔn)均是遮陽裝置產(chǎn)品或檢驗標(biāo)準(zhǔn)，而建筑遮陽智能化控制系統(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。為保證建筑遮陽智能化控制系統(tǒng)在產(chǎn)品、工程設(shè)計、安裝施工、系統(tǒng)調(diào)試、工程驗收、維護保養(yǎng)的規(guī)范性，還需要行業(yè)內(nèi)有實力的科研院所、高校、企業(yè)積極參與，盡快出臺國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有序引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展。

3.2 提高國產(chǎn)設(shè)備的占有率

在我國建筑發(fā)展的現(xiàn)階段，智能建筑被廣泛應(yīng)用到社會的方方面面，擴展到醫(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)也由原來的單一系統(tǒng)，發(fā)展到遮陽、采暖、通風(fēng)、安全、照明、能源管理等集成系統(tǒng)。與我國建筑智能化的快速發(fā)展和科技水平的迅速提高相比，建筑遮陽在智能化控制核心技術(shù)儲備和新科技新技術(shù)應(yīng)用等方面還有很大的提升空間。

例如，在國內(nèi)智能遮陽工程應(yīng)用的中央控制器、電機控制器、智能集成氣象站等智能化控制系統(tǒng)的核心產(chǎn)品，基本以進口品牌為主，核心技術(shù)主要來自于建筑遮陽比較發(fā)達的歐洲國家。建筑遮陽用電機，國產(chǎn)設(shè)備具備一定的國際競爭力，但是在電機的穩(wěn)定性、耐久性等綜合性能與國際一流產(chǎn)品還存在差距。大力提高建筑遮陽智能化控制設(shè)備研發(fā)力度，進而減少采購進口產(chǎn)品，就會大大減少智能建筑遮陽工程的建設(shè)成本，有利智能建筑遮陽的推廣。

3.3 遠程維護管理的建設(shè)

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

遠程維護管理將分布于全國各地各個獨立建筑的建筑遮陽智能化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成到遠程監(jiān)控管理中心，由專業(yè)人員遠程維護管理，可以遠程查看智能化控制系統(tǒng)的設(shè)備工況、歷史工況等設(shè)備的各種實時數(shù)據(jù)。通過對設(shè)備實時數(shù)據(jù)的采集分析，可以進一步了解各種設(shè)備的工作狀態(tài)，可以隨時掌握設(shè)備的情況，不在現(xiàn)場也可以了解智能設(shè)備所有的工作情況。累積的實時數(shù)據(jù)都可以制作成報表，可以對各種智能設(shè)備的數(shù)據(jù)進行查詢、分析、管理，更加直觀的用數(shù)據(jù)來顯示設(shè)備過去的各種狀況。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代信息社會，建筑物不僅僅是遮風(fēng)避雨的場所，也是人、信息和工作居住環(huán)境的智慧結(jié)合，所以實現(xiàn)建筑遮陽的智能化有著現(xiàn)實和未來的需要。建筑遮陽智能化普及還有很多工作要做：升級優(yōu)化改進現(xiàn)有控制系統(tǒng)存在的問題；加大研發(fā)力度，提高國產(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)。隨著建筑遮陽智能化控制系統(tǒng)技術(shù)的不斷進步，必將推動遮陽行業(yè)的快速發(fā)展。