淺析建筑遮陽智能化控制系統的應用現狀及發展方向

文_張寶 任靜 唐葆華 王志勇 張金花 宋慶亮 北京中建建筑科學研究院有限公司

建筑遮陽是現代建筑重要的節能措施和熱舒適性改善措施，可有效控制、調節進入室內的太陽輻射，對降低夏季空調負荷、緩解室內自然采光中眩光問題、改善室內視覺和熱舒適性以及減少照明、空調能耗有著重要作用。智能建筑遮陽，就是把傳感、控制、信息等技術相融合，對建筑遮陽進行智能控制優化應用，為人們提供一個更加舒適和節能的個性化建筑環境。但是，建筑遮陽的智能化控制技術也不是完美的，在工程應用中也存在著一些問題。

1 建筑遮陽智能化控制系統的應用

在智能建筑遮陽系統中，智能化控制技術的應用可實現很多功能：

對于設置遮陽裝置系統的大型建筑，每一個窗戶設置一幅遮陽裝置，具有數量大和分布分散的特點。傳統建筑遮陽裝置操作方式以手動控制為主，包括手動開關控制、手動遙控器控制或手動機械操作，控制方式比較簡單，是根據室內人員的個體主觀行為進行判斷發出指令，隨機性強。智能化控制系統可將遮陽系統作為一個統一的整體進行控制，實現在不同地點區域、時間段、場景、氣象環境條件下，做出統一協調的角度位置調整。

智能化控制系統可依據當地氣象資料和日照分析結果，對不同季節、日期、時段和朝向進行計算。或根據建筑所處的經緯度，太陽移動的位置、建筑物的遮擋形成的陰影綜合不同氣象條件進行計算，完成控制系統邏輯程序的設定，自動控制遮陽裝置的轉角及位置調節。

智能化控制系統可以根據用戶對遮陽裝置的使用時間、遮陽裝置的開啟位置、角度、室內環境條件進行統計，通過大數據分析，得出用戶對遮陽裝置的使用習慣，最常用的遮陽裝置位置、角度進行調節，為用戶提供個性化的遮陽使用。

智能化控制系統可以根據使用者的習慣，預先設定遮陽裝置的各種使用場景。通過手動選擇或系統根據預先設定智能控制，在用戶使用房間時，按照使用者的習慣進行調節、控制。

在建筑物的頂部設置多方位光照傳感器，實時監測及綜合運算判斷晴天還是陰天。如是陰天，系統可設定遮陽裝置全部打開；如是晴天，系統按陽光自動跟蹤模式執行，根據建筑自身形體及周邊建筑的情況建立遮擋模型，將參考點每天的陰影變化計算出來，存儲在控制器里，再按照結果自動運行。

智能化控制系統可以檢測風速、風向、雨雪、室內外溫差等環境因素，智能調節遮陽裝置，與空調系統、照明系統等聯動，讓建筑內感受新鮮的自然風和自然采光。當檢測到狂風暴雨等惡劣天氣時，系統自動收起遮陽裝置開啟保護功能。

當遮陽裝置發生故障時，智能化控制系統可以通過自檢系統發現故障位置、故障類型，自動發出報警信號，提示工作人員進行維護、維修；也可以在系統達到維護時間，自動發出提示信息，提示工作人員應進行維護保養。

2 現有智能化控制系統存在的不足

2.1 遮陽裝置的位置監測

遮陽控制系統在對遮陽裝置的所在位置進行調整時，是通過定時功能來對電機進行行程控制，或者遮陽裝置設置行程開關反饋信息來判斷其是否調整到位。這兩種方式雖然在某種程度上解決了部分問題，但是都比較容易出現誤差，不能精準判斷遮陽裝置的準確位置。

2.2 遮陽電機運行狀態的診斷

遮陽電機從供電角度分為直流電機和交流電機，從功能角度可分為普通電機、帶電子編碼電機、帶無線裝置電機。其中普通電機價格最低，且與各個電機控制器不存在兼容的問題，是遮陽工程中廣泛使用的一種電機，包括室內外應用和需要高扭矩的應用情況等。在使用中，普通遮陽電機可能出現過載故障，也有可能出現不轉、動作緩慢、突然停轉、運行方向與控制命令相反、運行行程不到位等問題，而電機僅僅自帶過載過熱保護和自動恢復功能，控制系統均無法監測判斷電機所有的狀態。對于一棟大型建筑，遮陽裝置與窗戶的一一對應關系，具有數量大和分布分散的特點，且遮陽電機是驅動遮陽裝置的動力源，其穩定性是保障建筑遮陽系統穩定運行的重要保障。如何實現對遮陽電機的運行狀態檢測和故障診斷，有效建立綜合故障診斷系統，提示運行維護人員及時處理尤為重要。

2.3 氣象環境數據模型

在建筑遮陽行業內，國內外設備廠家均不能提供適應我國建筑遮陽智能化控制系統的氣象環境等大數據積累和數據分析模型，而這些基礎數據源是智能化控制的輸入條件，如果沒有，建筑遮陽的智能化控制更是無從談起。由于我國南北區域跨度較大，地形、地貌千差萬別，光照等氣候環境條件差異明顯，對于遮陽的環境適應性需求也完全不一樣。市場上現有大部分企業產品只能提供風力、光照、雨雪的感應監測，而對于室內的環境溫度、濕度、光照質量等的監控以及與控制系統相結合聯動性不強，即便簡單的自動控制依然存在遮陽效果不佳，不能及時根據當地室外氣象數據實現太陽追蹤和陰影管理技術以及無法精準控制確保建筑物不同朝向、不同房間達到室內的最佳光環境等缺陷。

3 建筑遮陽智能化控制系統的發展方向

3.1 標準化建設

近幾年，我國建筑遮陽領域陸續編制發布了一系列遮陽產品行業標準，包括：《建筑遮陽用非金屬百葉簾》JG/T499-2016、《建筑一體化遮陽窗》JG/T500-2016、《建筑用遮陽天蓬簾》JG/T252-2015、《建筑用曲臂遮陽篷》JG/T253-2015、《建筑用遮陽軟卷簾》JG/T254-2015等近幾年常用的遮陽產品標準。這些產品的標準建設對諸多遮陽產品的推廣起到了很好的促進作用。上述標準均是遮陽裝置產品或檢驗標準，而建筑遮陽智能化控制系統的產品制造和工程技術標準，目前還沒有正式發布。為保證建筑遮陽智能化控制系統在產品、工程設計、安裝施工、系統調試、工程驗收、維護保養的規范性，還需要行業內有實力的科研院所、高校、企業積極參與，盡快出臺國家標準或行業標準，有序引導行業發展。

3.2 提高國產設備的占有率

在我國建筑發展的現階段，智能建筑被廣泛應用到社會的方方面面，擴展到醫院、學校、住宅、辦公建筑等很多領域當中。建筑智能化系統也由原來的單一系統，發展到遮陽、采暖、通風、安全、照明、能源管理等集成系統。與我國建筑智能化的快速發展和科技水平的迅速提高相比，建筑遮陽在智能化控制核心技術儲備和新科技新技術應用等方面還有很大的提升空間。

例如，在國內智能遮陽工程應用的中央控制器、電機控制器、智能集成氣象站等智能化控制系統的核心產品，基本以進口品牌為主，核心技術主要來自于建筑遮陽比較發達的歐洲國家。建筑遮陽用電機，國產設備具備一定的國際競爭力，但是在電機的穩定性、耐久性等綜合性能與國際一流產品還存在差距。大力提高建筑遮陽智能化控制設備研發力度，進而減少采購進口產品，就會大大減少智能建筑遮陽工程的建設成本，有利智能建筑遮陽的推廣。

3.3 遠程維護管理的建設

建筑遮陽智能化控制系統的運行維護管理工作專業性較強，要求維護管理人員具有較高的技術素質，傳統的維護管理都是工程師們到現場對問題系統設備進行故障診斷或者排查，故障處理不及時、維護管理成本高。隨著云平臺、物聯網、大數據等技術不斷發展，遠程維護管理就可以有效解決這樣一系列問題。

遠程維護管理將分布于全國各地各個獨立建筑的建筑遮陽智能化控制系統的數據集成到遠程監控管理中心，由專業人員遠程維護管理，可以遠程查看智能化控制系統的設備工況、歷史工況等設備的各種實時數據。通過對設備實時數據的采集分析，可以進一步了解各種設備的工作狀態，可以隨時掌握設備的情況，不在現場也可以了解智能設備所有的工作情況。累積的實時數據都可以制作成報表，可以對各種智能設備的數據進行查詢、分析、管理，更加直觀的用數據來顯示設備過去的各種狀況。

4 結語

在現代信息社會，建筑物不僅僅是遮風避雨的場所，也是人、信息和工作居住環境的智慧結合，所以實現建筑遮陽的智能化有著現實和未來的需要。建筑遮陽智能化普及還有很多工作要做：升級優化改進現有控制系統存在的問題；加大研發力度，提高國產設備的占有率；建立完善的產品制造和工程技術標準。隨著建筑遮陽智能化控制系統技術的不斷進步，必將推動遮陽行業的快速發展。