行业动态

智能控制技术在遮阳装置上的应用

分类:行业动态 作者: 来源:www.ausunshade.com 发布:2017年04月06日

                         

                         卞树义 张长江 王振杰 孔凡东
 
                    (皇明太阳能股份有限公司,山东 德州 253000)

摘要]本文阐述了太阳谷日月坛微排大厦北楼应用了大型竖百叶智能遮阳技术,从而降低建筑物的冷、热负荷。 重点介绍了竖百
叶遮阳系统夏季遮阳、冬季采光的运行原理及智能控制技术在遮阳装置上的应用。
关键词]竖百叶装置,遮阳,采光,节能,智能控制
中图分类号]TP29 [文献标志码]B [文章编号]1003-1324(2010)-01-0043-02

0 引言

    目前应用于建筑遮阳系统大多为人工方式或人工操纵电动方式进行的。 这些方式控制的遮阳有如下缺陷:1、遮阳效果不佳 2、对室内的光线环境又没有良好的有效控制;基于以上原因,在当今高档建筑中超大金属玻璃幕墙的大量应用,对建筑节能、建筑运营成本越发关注的今天,如何构造一个智能化的遮阳控制系统,则显得尤为重要与迫切 [1]。

                                                    智能控制技术在遮阳装置上的应用

                     图 1 太阳谷日月坛微排大厦北楼

1 遮阳控制系统运行原理及控制要求

    现代建筑广泛的应用大面积的玻璃幕墙,以提高建筑物的美观,但同时也使室内的空调负荷也不断提高;为此,遮阳成为建筑这一掩体功能的重要组成部分,遮阳系统也必然是建筑造型设计中不可缺少的环节,是现代建筑整体艺术形式重要的组成部分。目前国际上公认的真正有效的遮阳控制系统是针对户外用遮阳百叶的控制,并应成为室内环境控制系统中的必要的子系统,同时应达到如下目的[2]。①随着所在区域阳光入射的角度不同,按不同季节、不同的时间段进行遮挡光线的控制。②通过实时的对入射光线及室内光照度的检测来控制遮阳板的收起、展开及翻转,并控制遮阳角度以使室内处于最佳的遮阳效果及舒适的光照环境。③针对室外用遮阳百叶进行的有效的随动控制系统,并实现视觉舒适最优控制。针对大面积的玻璃幕墙的建筑结构,我们应用了竖百叶遮阳系统现建筑物的夏季遮阳、冬季采光的目的。 本系统按照春、夏、秋、冬作为四种工况,春季工况根据冬季工况定,秋季工况根据夏季工况定,从而达到最大化的采光、遮阳的目的,具体运行工况如图 1,图 1-1,图 1-2。
                                                       智能控制技术在遮阳装置上的应用

                     图 1-2 冬季的工况如图
 
    根据以上的运行工况提出了相应的控制要求,确定该系统具有手动/自动两种工作状态。自动工作状态有以下两种模式。自动运行模式:对每组电机根据当前工况,进行计算出推杆的行程,从而调整百叶的位置,使竖百叶达到最佳的遮阳效果,当总控单元检测风、光、雨传感器的异常信号, 则控制竖百叶旋转到相应设定的角 度,以达到提高室内舒适度的目的。 同时,可以通过上位机实时监控当前百叶的工作状态。阳光追踪模式:系统根据光照射强度,可分几个照度值设定,如 10 000 MU 为中午最大值,遮阳板关闭,当光照强度为 6 000 MU 时,竖百叶旋转到 45°角等,该控制系统通过检测光感信号,并通过内部逻辑运算,控制竖百叶旋转到相应的角度,已达到建筑物遮阳、采光的目的。手动工作状态有以下三种模式。(1)电脑界面操作分手动和自动模式, 手动模式时全手动运行,不受自动控制影响,切换到自动运行模式,系统全自动运行。 当手动控制转到自动控制时,要求竖百叶在下一时刻旋转到设定的角度,继续自动运行。(2)遥控器操作当遥控器运行时,自动控制模式停止运行,全手动运行;当遥控器停止运行后,要求竖百叶在下一时刻旋转到设定的角度,继续自动运行。(3)按钮开关通过电机控制柜外接控制开关,来控制每一组电机的运行, 运行停止后按下总控制器上的复位开关,使电机可以转到当前时刻的百叶所处的角度。

2 遮阳系统的控制方式

    针对以上所提出的技术要求,设计了一套完整的智能型遮阳控制系统(图 2)。 智能软件针对遮阳系统专门开发的软件, 并采用一线著名品牌德国西门子S7-200 系列可编程控制器。 运用两台西门子 S7-200进行 PLC 组网,实现主从控制;同时,两台 S7-200 与总监控室内的一台 PC 机连接实现系统监控,再配合其它控制设备来完成控制任务 [3]。

                                                  智能控制技术在遮阳装置上的应用

                   图 2 竖百叶智能遮阳控制系统图

    电动百叶执行机构选用进口品质较好的杆式电
机,其推力为 450 N,行程为 400 mm。 百叶的角度检测装 置 选 用 位 移 传 感 器 测 量 电 机 推 拉 杆 的 当 前 的 位置,再换算得出相应的转动角度,用这种方法,元件尺寸更小,测量更加可靠。环境检测单元由风速传感器,阳光传感器、雨水传感器及温湿度传感器组成。

                                                   智能控制技术在遮阳装置上的应用

                                  图 3 竖百叶传动方式

    在这个系统中,S7-200 作为整个控制系统的主控部分,通过接入控制箱的遥控器,风速传感器,阳光传感器, 雨水传感器等信号, 根据 PLC 进行内部逻辑,来控制电机推拉运行,并通过位移传感器感应当前的位置,可以精确的控制百叶的角度(图 3)。 系统的控制过程如下[4](图 4)。

                                                智能控制技术在遮阳装置上的应用
 
                                     图 4 控制系统

    从图 4 中可以看出,各水系统进出口温度周期性变化,数据正常,循环周期明显,制冷过程运行良好。 从中可以看出,热水进口温度越高,制冷功率也越大。 额定制冷功率为 10 kW 的制冷机组在 50~80℃的使用热水范围内, 可以输出 7~15 kW 不等的制冷量,性能良好。

3 结论与展望

3.1 结论
(1)使用太阳能制冷与采暖、热水相结合的复合能量系统节能效果显著。(2)在工程安装地点德州,太阳能集热器与制冷机组以及建筑物设计选型配比可按 1 m2 的集热器匹配 100 W 的制冷量的机组进行配比。(3)小型太阳能空调系统适合家庭别墅安装,可满足建筑物本身 50%以上制冷采暖以及热水需求。
(4)系统还不是很完善,需要增加辅助能源,设计一系列的复合能量系统解决方案,来满足各个不同气候地区的需求是亟待解决的技术问题。
(5)系统设计以太阳能作为主要能源,但是当太阳能不足时,必须使用辅助能源来满足建筑物制冷、采暖、热水等需求,这就需要增加常规能源的基础设施,增加了初投资。 综合经济性和节能性,太阳能承担的负荷越大,系统越节能,使用的年限越长,综合费用越低。
3.2 展望
    小型太阳能吸附式空调系统在现阶段还存在一定的推广瓶颈,但是通过我们的设计及测试,相应的问题已经暴露出来。 比如:小型太阳能空调系统辅助能源的选择问题、太阳能制冷采暖热水在各个不同地区的结合形式、适合于太阳能制冷的末端等都需要进一步进行研究论证,在全球地表面温度不断上升、污染不断加剧、人们对空调的需求越来越强烈的今天,充分发挥太阳能的优势来满足人们对制冷采暖热水等一系列需求,必将取得显著的经济、社会和环境效益。

本控制方式可以分为现场设备就地手动控制、就地遥控器控制、计算机控制系统手动控制、计算机监控系统自动控制四种控制方式。

4工程案例

    太阳谷国际会议中心位于德州经济开发区中国太阳谷规划区内, 是世界上最大的集太阳能光热、光伏、建筑节能于一体的高层公共建筑,作为 2010 年第四届世界太阳城大会的主会场,太阳谷国际会议中心集展示、科研、办公、会议、培训、宾馆等功能于一身,符合节能环保、人性化、生态、未来时尚角度的“绿色五星级”建筑标准,是当之无愧的太阳能综合利用技术与建筑节能技术结合的典范工程。 太阳谷国际会议中心将作为 2010 年第四届世界太阳城大会的主会场,届时可以通过本项目的示范向全世界展示我国可再生能源在建筑中的应用成果。 在太阳谷日月坛微排大厦北楼一、 二层安装了竖百叶智能遮阳系统,该系统已无故障运行 1 年, 实现了建筑物的夏季遮阳、冬季采光的功能,完全达到了设计要求,以进一步降低建筑冷、热负荷。

5结论

    采用智能化遮阳系统的最大的有点为:1、智能化遮阳控制降低了人工控制带来的不准确性和不合理性 2、使遮阳效果更佳,有助于建筑节能效率的提高3、具有较高的性价比,降低建筑运营成本。 该项目的顺利实施提高了遮阳系统的智能化水平,为科学有效的控制遮阳系统打下坚实的基础。

参考文献

[1]陈 一 飞 .电 动 开 窗 器 的 应 用 与 发 展 [J].门 窗 幕 墙 与 设 备 ,
2002,(4):15.
[2]陈武文 .玻璃幕墙的遮阳节能技术 [J].建筑门窗幕墙与设
备,2004,(3):25.
[3]阳宪惠 .现场总线技术及其应用[M].北京: 清华大学出版
社,2003.
[4]王小明 .电动机的单片机控制[M].北京: 北京航空航天大
学出版社,2003.

作者简介  略。
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