浅析建筑遮阳智能化控制系统的应用现状及发展方向

文_张宝 任静 唐葆华 王志勇 张金花 宋庆亮 北京中建建筑科学研究院有限公司

建筑遮阳是现代建筑重要的节能措施和热舒适性改善措施，可有效控制、调节进入室内的太阳辐射，对降低夏季空调负荷、缓解室内自然采光中眩光问题、改善室内视觉和热舒适性以及减少照明、空调能耗有着重要作用。智能建筑遮阳，就是把传感、控制、信息等技术相融合，对建筑遮阳进行智能控制优化应用，为人们提供一个更加舒适和节能的个性化建筑环境。但是，建筑遮阳的智能化控制技术也不是完美的，在工程应用中也存在着一些问题。

1 建筑遮阳智能化控制系统的应用

在智能建筑遮阳系统中，智能化控制技术的应用可实现很多功能：

对于设置遮阳装置系统的大型建筑，每一个窗户设置一幅遮阳装置，具有数量大和分布分散的特点。传统建筑遮阳装置操作方式以手动控制为主，包括手动开关控制、手动遥控器控制或手动机械操作，控制方式比较简单，是根据室内人员的个体主观行为进行判断发出指令，随机性强。智能化控制系统可将遮阳系统作为一个统一的整体进行控制，实现在不同地点区域、时间段、场景、气象环境条件下，做出统一协调的角度位置调整。

智能化控制系统可依据当地气象资料和日照分析结果，对不同季节、日期、时段和朝向进行计算。或根据建筑所处的经纬度，太阳移动的位置、建筑物的遮挡形成的阴影综合不同气象条件进行计算，完成控制系统逻辑程序的设定，自动控制遮阳装置的转角及位置调节。

智能化控制系统可以根据用户对遮阳装置的使用时间、遮阳装置的开启位置、角度、室内环境条件进行统计，通过大数据分析，得出用户对遮阳装置的使用习惯，最常用的遮阳装置位置、角度进行调节，为用户提供个性化的遮阳使用。

智能化控制系统可以根据使用者的习惯，预先设定遮阳装置的各种使用场景。通过手动选择或系统根据预先设定智能控制，在用户使用房间时，按照使用者的习惯进行调节、控制。

在建筑物的顶部设置多方位光照传感器，实时监测及综合运算判断晴天还是阴天。如是阴天，系统可设定遮阳装置全部打开；如是晴天，系统按阳光自动跟踪模式执行，根据建筑自身形体及周边建筑的情况建立遮挡模型，将参考点每天的阴影变化计算出来，存储在控制器里，再按照结果自动运行。

智能化控制系统可以检测风速、风向、雨雪、室内外温差等环境因素，智能调节遮阳装置，与空调系统、照明系统等联动，让建筑内感受新鲜的自然风和自然采光。当检测到狂风暴雨等恶劣天气时，系统自动收起遮阳装置开启保护功能。

当遮阳装置发生故障时，智能化控制系统可以通过自检系统发现故障位置、故障类型，自动发出报警信号，提示工作人员进行维护、维修；也可以在系统达到维护时间，自动发出提示信息，提示工作人员应进行维护保养。

2 现有智能化控制系统存在的不足

2.1 遮阳装置的位置监测

遮阳控制系统在对遮阳装置的所在位置进行调整时，是通过定时功能来对电机进行行程控制，或者遮阳装置设置行程开关反馈信息来判断其是否调整到位。这两种方式虽然在某种程度上解决了部分问题，但是都比较容易出现误差，不能精准判断遮阳装置的准确位置。

2.2 遮阳电机运行状态的诊断

遮阳电机从供电角度分为直流电机和交流电机，从功能角度可分为普通电机、带电子编码电机、带无线装置电机。其中普通电机价格最低，且与各个电机控制器不存在兼容的问题，是遮阳工程中广泛使用的一种电机，包括室内外应用和需要高扭矩的应用情况等。在使用中，普通遮阳电机可能出现过载故障，也有可能出现不转、动作缓慢、突然停转、运行方向与控制命令相反、运行行程不到位等问题，而电机仅仅自带过载过热保护和自动恢复功能，控制系统均无法监测判断电机所有的状态。对于一栋大型建筑，遮阳装置与窗户的一一对应关系，具有数量大和分布分散的特点，且遮阳电机是驱动遮阳装置的动力源，其稳定性是保障建筑遮阳系统稳定运行的重要保障。如何实现对遮阳电机的运行状态检测和故障诊断，有效建立综合故障诊断系统，提示运行维护人员及时处理尤为重要。

2.3 气象环境数据模型

在建筑遮阳行业内，国内外设备厂家均不能提供适应我国建筑遮阳智能化控制系统的气象环境等大数据积累和数据分析模型，而这些基础数据源是智能化控制的输入条件，如果没有，建筑遮阳的智能化控制更是无从谈起。由于我国南北区域跨度较大，地形、地貌千差万别，光照等气候环境条件差异明显，对于遮阳的环境适应性需求也完全不一样。市场上现有大部分企业产品只能提供风力、光照、雨雪的感应监测，而对于室内的环境温度、湿度、光照质量等的监控以及与控制系统相结合联动性不强，即便简单的自动控制依然存在遮阳效果不佳，不能及时根据当地室外气象数据实现太阳追踪和阴影管理技术以及无法精准控制确保建筑物不同朝向、不同房间达到室内的最佳光环境等缺陷。

3 建筑遮阳智能化控制系统的发展方向

3.1 标准化建设

近几年，我国建筑遮阳领域陆续编制发布了一系列遮阳产品行业标准，包括：《建筑遮阳用非金属百叶帘》JG/T499-2016、《建筑一体化遮阳窗》JG/T500-2016、《建筑用遮阳天蓬帘》JG/T252-2015、《建筑用曲臂遮阳篷》JG/T253-2015、《建筑用遮阳软卷帘》JG/T254-2015等近几年常用的遮阳产品标准。这些产品的标准建设对诸多遮阳产品的推广起到了很好的促进作用。上述标准均是遮阳装置产品或检验标准，而建筑遮阳智能化控制系统的产品制造和工程技术标准，目前还没有正式发布。为保证建筑遮阳智能化控制系统在产品、工程设计、安装施工、系统调试、工程验收、维护保养的规范性，还需要行业内有实力的科研院所、高校、企业积极参与，尽快出台国家标准或行业标准，有序引导行业发展。

3.2 提高国产设备的占有率

在我国建筑发展的现阶段，智能建筑被广泛应用到社会的方方面面，扩展到医院、学校、住宅、办公建筑等很多领域当中。建筑智能化系统也由原来的单一系统，发展到遮阳、采暖、通风、安全、照明、能源管理等集成系统。与我国建筑智能化的快速发展和科技水平的迅速提高相比，建筑遮阳在智能化控制核心技术储备和新科技新技术应用等方面还有很大的提升空间。

例如，在国内智能遮阳工程应用的中央控制器、电机控制器、智能集成气象站等智能化控制系统的核心产品，基本以进口品牌为主，核心技术主要来自于建筑遮阳比较发达的欧洲国家。建筑遮阳用电机，国产设备具备一定的国际竞争力，但是在电机的稳定性、耐久性等综合性能与国际一流产品还存在差距。大力提高建筑遮阳智能化控制设备研发力度，进而减少采购进口产品，就会大大减少智能建筑遮阳工程的建设成本，有利智能建筑遮阳的推广。

3.3 远程维护管理的建设

建筑遮阳智能化控制系统的运行维护管理工作专业性较强，要求维护管理人员具有较高的技术素质，传统的维护管理都是工程师们到现场对问题系统设备进行故障诊断或者排查，故障处理不及时、维护管理成本高。随着云平台、物联网、大数据等技术不断发展，远程维护管理就可以有效解决这样一系列问题。

远程维护管理将分布于全国各地各个独立建筑的建筑遮阳智能化控制系统的数据集成到远程监控管理中心，由专业人员远程维护管理，可以远程查看智能化控制系统的设备工况、历史工况等设备的各种实时数据。通过对设备实时数据的采集分析，可以进一步了解各种设备的工作状态，可以随时掌握设备的情况，不在现场也可以了解智能设备所有的工作情况。累积的实时数据都可以制作成报表，可以对各种智能设备的数据进行查询、分析、管理，更加直观的用数据来显示设备过去的各种状况。

4 结语

在现代信息社会，建筑物不仅仅是遮风避雨的场所，也是人、信息和工作居住环境的智慧结合，所以实现建筑遮阳的智能化有着现实和未来的需要。建筑遮阳智能化普及还有很多工作要做：升级优化改进现有控制系统存在的问题；加大研发力度，提高国产设备的占有率；建立完善的产品制造和工程技术标准。随着建筑遮阳智能化控制系统技术的不断进步，必将推动遮阳行业的快速发展。