浅谈楼宇智能遮阳卷帘的研究与实施

王冬亮

格宁斯窗饰（上海）有限公司 上海 201112

随着社会经济和科学技术的不断发展，人们对工作环境也提出了更高的要求，人们愈发关注建立健康舒适的办公遮阳环境。办公建筑遮阳卷帘常见系统主要有手动驱动、本地开关、无线遥控；但随着高层玻璃幕墙建筑的快速发展，上述几种方式存在产品适应性差、能源利用率低以及舒适度差。本文根据传统楼宇遮阳卷帘的局限性，将智能遮阳卷帘应用于楼宇控制系统，实现基于环境自适应的楼宇智能遮阳卷帘系统[1]。

1 建筑遮阳

1.1 遮阳卷帘的介绍

电动卷帘遮阳系统，是通过管状电机驱动遮阳面料上下运转，根据功能要求的不同，卷帘可在设定的上、下或中间限位自动停止，也可在运行过程中停止[2]。遮阳卷帘通过织物面料能有效地阻隔太阳光和紫外线的照射，各种朝向都可以采用遮阳卷帘系统，创造一个舒适的办公环境。

1.2 遮阳卷帘的目标

遮阳卷帘通过面料的上下运行，以实现有效的光线管理。数字电机的应用也开启了建筑遮阳的智能时代；通过数字电机实现双向、实时跟踪卷帘的工作状态，便于实现系统集成、智能化控制，再通过BACnet协议与楼控系统集成联动。智能窗帘主要目标：①截取阳光透射，以免太阳光直接辐射到使用者身上；②使自然光最大化，减少人工照明，降低建筑空调能耗；③本地实时控制，提供规定的使用者手动操控能力；④人性化管理，对日历事件调度可进行人工定义；⑤阳光追踪自动控制，实现遮阳、采光、通透性的最佳平衡。

2 系统架构

2.1 控制系统的主要功能

该系统可集多元设备于一体的综合性系统，旨在提供高效率、易操作、高精度的楼宇管理平台。尤其是智能遮光卷帘的控制，操控精准灵活、技术含量高、便于安装和调试。

系统基本特点：①超大容量控制点数，可以将全楼的窗帘设备纳入整个系统。②全方位的控制模式，如系统可控制全楼或单个建筑朝向面的卷帘运行。③友好兼容性，易于多系统集成，如：影音、安防、消防、暖通等设备。④直观的图形化管理界面，使远程监控和管理变得简单。⑤提供移动设备的无线登入管理功能，实现无线区域操控。⑥具有网页式控制按钮，配合相应的权限管理，具备舒适的使用体验。⑦配置系统服务器，记录所有相关运行数据，使历史运行追踪成为可能。

2.2 系统基本结构

整套系统由多个处理器组成，互相之间通过以太网络连接，处理器与处理器之间无主从性，运行时可独立工作或联动工作。

每个处理器会提供两条四芯控制总线，智能电动窗帘马达、控制面板、无线接收器、传感器等设备都将作为控制总线下的控制单元接入系统。该控制总线具有低压供电能力，部分设备如控制面板、接收器、传感器等可以由总线供电，而不需要在本地专门配备低压电源。系统中的每个单元设备内部都配置了唯一的地址码。当处理器发出对某一个或多个单元的控制信号，将在控制总线中广播式的发送到每个设备单元，接受到信号后相应设备执行处理器发出的控制指令。同时，处理器接收各设备的发回的反馈指令，完成对各设备的监控管理。

控制系统可以配置一套服务器设备，它可以是专门的服务器和相关软件，也可以是在现有的服务器上安装专门的服务器软件，是一个高可靠的计算机服务器设备。它和处理器同时连接于网络中，实时地监测和储存系统的运行数据，提供系统远程登录控制服务，生产运行数据报告等。

处理器间、处理器与服务器，以及和楼宇自控系统的通讯链路采用CAT5/CAT5e网线链接，此链接符合标准以太网的接线距离的规定和运行法则。系统处理器间的通讯可以采用楼宇内IT网络或基础网络。当采用此网络时，业主、网络提供方、网络管理者需要清楚系统联网要求，需要开放多点广播和UDP协议。

在网络配置时，每个处理器需要一个静态IPv4地址，处理器间通讯采用UDP协议，通讯结构采用多点广播式传输，并支持第一、二、三版IGMP协议。处理器间通讯速率为100Mbps，服务器可以配置于更高速率的通讯网络中。处理器间的通讯必须采用有线的方式连接。网络的登录需要设置权限密码管理，只有被授权的用户才可以登入系统进行管理。

3 系统控制

3.1 智控遮阳卷帘原理

根据一年四季太阳光的照射角度自动控制整栋建筑不同朝向和不同楼层的每一幅卷帘调整到合适的位置，窗帘可以根据阳光入射角的变化实时调节自己的高度，保证阳光只能进入到室内特定范围（比如距离窗户1米），不会照射到办工桌及电脑屏幕上，以实时保证防眩光、自然采光、通透性的最佳平衡。

太阳的运动是可以预测的。通过研究太阳高度角和方位角的变化规律，利用专业的天文学方程式建立开环式太阳追踪模型，即可测算太阳的位置。这样可以采用日程表来有效管理全年每天每个立面的窗帘运行。在得到太阳的位置信息后，要防止眩光进入工作区域并尽可能的引入自然光，窗帘控制系统必须能准确实时的计算出卷帘的下放高度[3]。

卷帘放下后面料距地面的高度（h）由以下参数决定：

y1：工作面的高度；

x1：允许阳光进入的深度；

Ø：太阳入射角；

例如冬天早晨11点，太阳光投射于建筑物外立面上，仰角较小如下图示意，能够计算并控制卷帘运行到正确位置，防止眩光进入工作区域影响用户办公，同时在靠近窗户位置引入一定自然光，增加了室内的自然采光同时减少照明费用。

夏天早晨11点，太阳光投射于建筑物外立面上，仰角较冬天同样时刻要大很多，能够根据太阳入射角的实时变化计算并控制卷帘运行到合适位置，保证室内舒适的办公环境。

3.2 控制系统运行描述

在早晨日出前15分钟（可设置为具体时间或日出前后两小时），太阳自适应算法自动将卷帘移动到计算好的位置，在保证防眩光的同时最大化引入自然光。

卷帘在一天的运行位置有很多因素决定，比如窗户高度、工作面的位置及允许光线进入室内的距离等。卷帘频繁的动作会使用户分心，影响工作，太阳自适应算法可将卷帘动作的时间间隔设置为5分钟到2小时之间。

当有人通过本地开关动作过卷帘后，该区域的卷帘在接下来的一段时间内将不会受自动控制，直待设置时间结束后，重新接管该区域的卷帘控制。手动控制延迟时间可设置为1分钟至5小时，或直到当天结束。

当阳光感应器检测到外部照度较低时，卷帘会运行到预先设定好的位置，待外部照度恢复后，卷帘会移动到太阳自适应算法计算好的位置。

在日落后15分钟（可设置为具体时间或日落前后两小时），太阳自适应算法将会关闭，卷帘在接下来的时间里可设置为打开、闭合或保持原状。

3.3 无线控制模块

为应对外部环境的变化，还可利用无线阳光传感器来控制遮阳卷帘的升降。比如周边高楼的阴影投射及眩光反射会给用户带来很大困扰。将阳光传感器器放置于帘布和玻璃中间，当处于临楼阴影或多云天气时，传感器监测到的阳光照度值低于系统设定值，该区域的卷帘自动收起；当处于临楼反射眩光或晴天时，外部阳光照度增强超过系统设定值，该区域的卷帘自动放下。为防止遮阳卷帘频繁动作，传感器的响应可根据用户需求设置延迟时间。

4 结语

合理的遮阳措施能够有效的降低建筑能耗，还能改善室内的光环境。研究表明，良好的办公环境能够使员工健康、舒适并带来高生产效率，同时还能节约室内照明和降低空调能耗。楼宇智能遮阳也将是建筑遮阳未来发展的新趋势[4]。