智能門窗系統

孫文遷 孫琳

【摘要】本文闡述了智能門窗系統作為智能建筑的一部分，涉及有效融合型材、電動傳動、傳感器、視頻監控、空氣質量檢測、新風系統、遮陽系統、啟閉系統，甚至移動互聯網、語音識別、指紋識別等多個領域，自動對室內居住環境進行監控，對門窗的啟閉、采光及遮陽進行調控，并利用互聯網進行遠程監控。

【關鍵詞】智能門窗；啟閉系統；遮陽系統；凈化通風系統

1.前言

智能門窗與普通門窗不同，要實現智能控制，必須要由主機、各種傳感器、各種報警終端、遙控器，以及一系列機械傳動裝置配合門窗組裝而成。

智能門窗的基本功能：自動防風防雨、緊急救助（入室盜竊）、自動檢控燃氣、自動檢控火災、自動調控采光與遮陽、自動凈化室內空氣。智能門窗產品可應用于機場、賓館酒店、展覽中心、會議中心、體育場館、大劇院、科技館、購物中心、溫室花園、工業廠房、現代物流倉庫等公共場所和個人場所的高檔別墅的陽光房，以及普通住宅的上懸窗、下懸窗、中懸窗、平開窗、推拉窗和屋頂天窗，通過與玻璃幕墻、透明屋頂等的結合，有效地解決建筑上將美觀、實用、便捷、通透性強、節能以及經濟性等完美融為一體的技術問題。隨著門窗技術的發展及智能技術的普及，智能門窗必將在民用建筑上得到廣泛的應用。

智能門窗系統根據功能劃分為三大子系統，即智能啟閉系統、智能遮陽系統及智能凈化通風系統。

2. 智能啟閉系統

開啟和關閉是門窗的基本功能，通過開啟和關閉可以實現門窗的通風換氣、噪音隔離及節能保溫。智能啟閉系統通過監測設備，自動檢測室內外空氣質量、噪音及溫度等參數，經過中央控制單元輸出控制指令給執行單元，自動控制門窗的開啟和關閉。控制原理框圖如圖1所示。

在智能門窗啟閉系統中，系統通過對室內溫度、室外噪聲、室內外PM2.5的數值分析，并綜合現時室外天氣情況，做出外窗的開啟或關閉動作。當室內煤氣監測值超標時，立即開啟門窗通風換氣并報警。門窗的開啟或關閉動作位置由各自的限位控制。

門窗的室內外溫度、室內外空氣質量及室外噪聲等由分別設置于門窗內外的檢測設備實時測量，室外天氣狀況由通信單元通過網絡獲取，開啟和關閉限位由門窗開啟或關閉極限限位傳感器獲取，所有檢測設備測得的參數傳輸到信息處理單元，信息處理模塊根據設定的控制程序，對門窗的開啟或關閉進行控制，門窗的開啟或關閉動作由執行機構完成。

通信單元可與網絡連接，可從網絡獲取所在地區天氣情況，并便于遠程控制。

門窗開啟/關閉控制設置手動/自動控制，手動控制級別優于自動控制。

3. 智能遮陽系統

門窗遮陽指門窗玻璃遮陽。玻璃遮陽分為中空玻璃百葉遮陽和調光玻璃遮陽兩種。智能遮陽系統通過采取對中空玻璃遮陽百葉或調光玻璃智能控制，達到調節室內采光和隔離太陽輻射熱及保護室內隱私的目的。

3.1中空玻璃百葉遮陽是在中空玻璃內部安裝遮陽百葉，以調節玻璃的遮陽性能。

3.2調光玻璃指通過調整玻璃的顏色達到調整玻璃的遮陽系數。調光玻璃根據玻璃變色原理分為光致變色玻璃和電致變色玻璃。

3.2.1光致變色玻璃

在適當波長光的輻照下改變其顏色，而移去光源時則恢復其原來顏色的玻璃，稱光致變色玻璃。

光致變色玻璃是在玻璃原料中加入光敏劑。通常光敏劑以微晶狀態均勻地分散在玻璃中，在日光照射下分解，降低玻璃的光透光度。當玻璃在暗處時，光敏劑再度化合，恢復透明度。玻璃的著色和退色是可逆的、永久的，這就是變色玻璃變色的基本原理。

光致變色玻璃的裝飾特性是玻璃的顏色和透光度隨日照強度自動變化。日照強度高，玻璃的顏色深，透光度低；反之，日照強度低，玻璃的顏色淺，透光度高。

3.2.2電致變色玻璃

電致變色玻璃是一種由基礎玻璃和電致變色材料組成的裝置，利用電致變色材料在電場作用下而引起的透光（或吸收）性能的可調性，可實現由人的意愿調節光照度的目的，同時，電致變色系統通過選擇性地吸收或反射外界熱輻射和阻止內部熱擴散，可減少建筑物在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須耗費的大量能源。

3.2.3智能遮陽系統控制原理框圖

智能門窗遮陽系統原理見圖2所示。

智能門窗遮陽系統中，光照強度傳感器置于窗外，用于檢測室外太陽光照強度。中央控制單元通過檢測窗外光照強度，并與室外天氣狀況、室內外溫度等比較分析，確定在炎熱的夏季，調節玻璃遮陽百葉或電致變色玻璃，將太陽熱隔絕在室外；在冬季取暖時，調節遮陽百葉或變色玻璃，利用太陽能取暖；在春/秋季節調整遮陽百葉的角度或變色玻璃的顏色，滿足室內采光或獲取太陽熱能的需求。同時，智能遮陽系統還可根據季節變換，確定晚間自動關閉遮陽裝置，以保護個人隱私。圖中的開啟/關閉限位，僅適用于百葉遮陽系統。

室外天氣狀況可通過通信單元從網絡上自動獲取，并確定當前季節的夜晚時間，以便自動關閉遮陽系統。

遮陽系統的開啟/關閉設置手動與自動控制兩種方式，手動控制級別優于自動控制。

4. 智能凈化通風系統

門窗通風首先是自然通風，即通過門窗本身的開啟達到室內通風換氣的目的。

門窗凈化通風系統是指安裝在門窗上，能根據室內及室外環境條件，自動進行室內外換氣通風，并自動濾除室外粉塵，給以室內潔凈、舒適的居住環境條件。

門窗凈化通風系統根據給風壓力分為負壓和正壓兩種方式。

負壓換氣以自室內向室外抽風為主，通過施加室內負壓，被動調整室內空氣，達到室內換氣的目的。負壓換氣由于通過抽風口向室外抽風，使室內產生負壓，因向室內進氣的位置無法保證，只要室內外密封不好的位置都可以向室內換氣，因此，也就無法保證進入室內的空氣質量。

正壓換氣以通風系統通過風機向室內鼓風，即向室內施加正壓送風換氣，送風通道內安裝空氣過濾系統，將室外污染物隔離過濾，達到向室內輸送潔凈空氣的目的。

智能門窗凈化通風系統原理見圖3所示。

在智能門窗凈化通風系統中，系統信息處理模塊通過對室內外PM2.5及室內外溫度等參數值分析，并綜合當前所處季節情況，確定新風系統的開啟和關停。當系統確定當前處于門窗開啟狀態時，則關閉新風系統。

系統通過通信單元獲取指令或將監控數據上傳。

同樣，凈化通風系統的開啟/關閉設置手動與自動控制兩種方式，手動控制級別優于自動控制。

5.結語

基于無線WIFI的應用，智能門窗系統通過網絡，可以實現手機遠程云控制。將每個智能門窗作為單個Agent，可組成居住單元的多Agent智能門窗控制系統，智能門窗控制系統檢測與控制數據基于網絡可上傳共享，并且居住單元的各個智能門窗之間可根據需要組成控制聯動。同時，智能門窗系統與室內智能監控系統、智能照明系統、智能家電控制系統、家居垃圾處理系統及智能保潔系統共同組成家居智能系統。