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现代城市消耗了我国50%以上的电能,其中商业型楼宇和办公型楼宇的照明能耗占据相当大的比例。我国主要以火力发电,利用自然光照明,可以降低楼宇用电量,从而减少煤炭的消耗和温室气体的排放,符合节能环保的要求。针对楼宇采光节能的研究,国内开展了一段时间,部分成果已经投入实际应用,但完整的系统方案还有待验证。本课题通过对楼宇光照的研究和探索,利用先进的现场总线技术和电子设计技术,力求设计出高效节能的楼宇光照监测系统方案。为了提高方案的实用性,本研究进一步将楼宇光照监测系统和具体楼宇遮阳部件相结合,以达到控制楼宇采光的目的。本论文主要开展了以下工作:
(1)借鉴国内外的成功案例,分析目前楼宇光照监测的主要需求,为系统设计的控制逻辑和网络结构,以及现场总线技术的选择确立研究方向。
(2)研究自然采光的相关理论知识,计算光照的相关参数,为楼宇设计和智能化控制提供准确数据。
(3)建立楼宇光照模型,结合光照参数判断外墙遮挡状况和室内采光状况,成为控制系统调整动作的依据。
(4)根据系统的实际需要,设计高效节能硬件电路和软件算法。硬件方面采用低功耗设计,尽可能减少系统消耗的电能。软件算法对理论算法进行简化和优化,减少了计算时间,使系统更具智能化。
(5)构建系统网络和控制平台,系统的每一个节点都处于网络之中,并可通过控制平台更换工作方式,满足不同用户的实际需求。
本课题最终研发出了一套实验室条件下的智能遮阳控制系统,实现了当前阳光强度、太阳高度角、太阳方位角等信息的监测,同时控制楼宇遮阳控制部件,计算室内阴影度,达到有效利用太阳光的目的。