百叶角度优化与调光效果模拟研究

2022-10-26吴克跃

皖西学院学报 2022年5期

吴克跃，李棕

(皖西学院电气与光电工程学院，安徽六安 237000)

随着社会经济的发展，人类对能源需求越来越大，节约能源成为时代主题。在能源需求中，电力能源占重要的部分。研究表明，建筑照明用电占我国总电力能源的16%左右[1]，因此，如何在建筑照明中节约使用电力能源是节能减排的重要课题。建筑室内照明光源主要有太阳光和人造光源，在室内照明中充分利用太阳光对节能具有重要的意义。然而，目前在利用太阳光进行室内照明还存在很多不足，比如：在办公室、学校教室中，由于太阳光照度太高(>105LX)，在没有遮阳的情况下会对人的视觉器官造成不良影响，甚至影响人的生理和心理。因此，人们经常在办公室和教室采用窗帘进行遮光。但是，采用窗帘遮光大大降低了太阳光的利用，不利电能的节约。因此，如何对室内太阳光进行控制引起了国内外研究者的关注。LEE等人利用百叶对太阳光进行控制[2，3]。研究表明，动态调节百叶的角度可以显著地实现节能效果，但他们对百叶窗只进行了3个角度的调节。Tzempelikos等人采用集成百叶对太阳光进行控制[4]，通过调节百叶角度在实现高效利用太阳光的同时，也解决了眩光问题。张飞等人使用自适应模糊控制调控百叶窗的角度[5]，并进而控制室内人工光源的亮度，得到了工作面照度的控制。潘攀采用基于照度反馈的百叶窗控制方法[6]，实现了室内照度的可控性。但是，不同时间下百叶窗角度对室内照度影响的详细研究尚未见报道。

本文利用DIALUX软件模拟了不同时间下不同百叶角度时日光在室内的照度，并详细研究了室内照度的变化规律，为进一步优化百叶窗角度和提高照明效果提供理论支持。

1 模型建立及仿真

1.1 系统模型

本文所研究的室内空间为朝南开窗采光，窗户宽为4.6米，高为1.4米，距离地面1.2米。百叶片数为28个，长为4.6米，宽为0.07米，间距为0.05米。工作面距离窗户1.0米，长为1.2米，宽为0.6米。所建模型如图1所示。房间各面反射系数分别为：墙壁为50%、天花板为70%、地面为20%、百叶为75%、玻璃为10%。

图1 DIALUX仿真模型

1.2 系统仿真

为了系统研究百叶角度对室内工作面照明的影响，本文仿真了不同月份、不同时刻以及不同百叶角度室内工作面(桌面)照度。仿真了2021年1月到12月，上午8:00至下午16:00,百叶角度从15度到90度的工作面照度(百叶水平时为90度)。

表1 1月份某晴天仿真数据

2 仿真结果与分析

2.1 仿真结果

图2模拟了1月份8:00时某晴天室内工作面照度随百叶角度变化的关系。从图中可以看出，随着角度从90度变化到-85度，工作面照度变化呈“S”状。

图2 工作面照度随百叶窗角度变化关系曲线

图3为1月份某晴天不同时刻和不同百叶角度工作面照度的变化曲线。从图中可以看出，当百叶角度一定时，随着时间从早晨8:00到下午16:00，工作面照度先升高后降低，其中中午12:00照度最高。从图1中还可以看出，随着百叶角度从15度增加到90度，工作面照度总体是先升高后降低。但是百叶角度从40度增加到85度时，出现严重的眩光现象。