CN110715255B - 智能楼宇主动采光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能楼宇主动采光方法，包括：通过控制模块建立一适于对待采光区域进行采光控制的三维立体模型，并结合计算模块反馈的偏移角矩阵，控制反射模块中的光反射元件矩阵按照偏移角矩阵进行角度偏移；本发明的智能楼宇主动采光方法，通过设置控制模块和计算模块，实现对固定板、导光管以及待采光区域坐标的三维立体模型，精确实现对待采光区域的采光控制，并通过计算模块反馈的偏移角矩阵，实现待采光区域的采光不受太阳运动轨迹的影响，人工消除高层建筑小区的遮光挡光现象，大大地提高了目标房屋的真实居住体验以及其他经济利益。

Description

智能楼宇主动采光方法
技术领域
本发明涉及智能建筑技术领域，具体涉及一种智能楼宇主动采光方法。
背景技术
随着国内经济的快速发展以及房地产政策的持续严控，越来越多的城市，尤其是一线城市，住宅土地供应被严格限制，为了满足人们的居住需求，房地产开发商往往采用高容积率的设计理念来提高土地利用率以及对竞拍的土地进行小区规划，高楼层或超高楼层住宅逐渐形成市场主流，然而，这类大型小区往往存在一个突出的问题：由于住宅土地面积受限，楼间距往往在30米左右，而楼层高度基本上接近100米高，这导致部分住宅单元，即使是在10楼以上且南向朝向，也会被对面两栋甚至三栋住宅挡住太阳光，阳台一天的采光时间不足3小时，其余时间段房屋内光线不够理想，如果不是南北通透的户型，即使是在外面阳光充足的白天，也需要通过电力照明来提高房屋内的亮度，久而久之，不仅浪费了电力能源，也影响到房屋在二手市场的实际估值，因此，如何解决现有的高容积率、高楼层和低楼间距造成的房屋采光时间不足的问题，不仅能提高在售小区的受欢迎度，提高入住业主的实际居住体验，也能为业主日后的房屋置换提供更高的估值，目前并没有开发商针对这一问题进行系统研究，也没有相关技术设备投入市场使用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种智能楼宇主动采光方法包括：
通过控制模块建立一适于对待采光区域进行采光控制的三维立体模型，并结合计算模块反馈的偏移角矩阵，控制反射模块中的光反射元件矩阵按照偏移角矩阵进行角度偏移。
本发明的有益效果：本发明的智能楼宇主动采光方法，通过设置控制模块和计算模块，实现对固定板、导光管以及待采光区域坐标的三维立体模型，精确实现对待采光区域的采光控制，并通过计算模块反馈的偏移角矩阵，实现待采光区域的采光不受太阳运动轨迹的影响，人工消除高层建筑小区的遮光挡光现象，大大地提高了目标房屋的真实居住体验以及其他经济利益；以及本发明的智能楼宇主动采光方法基于反射模块与导光模块的组合式结构，通过导光模块作为辅助光源，有效避免了反射模块在待采光区域可能出现的“明暗相间”现象，同时进一步提高了待采光区域的光照强度，有效增加了智能楼宇主动采光方法的采光效果以及光能利用率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的智能楼宇主动采光方法的步骤流程图；
图2是本发明的一种智能楼宇主动采光方法的结构示意图；
图3是本发明的智能楼宇主动采光方法的导光模块的结构示意图；
图4是本发明的智能楼宇主动采光方法的反射模块的结构示意图；
图5是本发明的智能楼宇主动采光方法的控制模块的结构示意图；
图6是本发明的智能楼宇主动采光方法的导光模块的聚光部的结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本实施例提供一种智能楼宇主动采光方法，其基于智能控制与算法技术，在系统内精确模拟生成待采光的待采光区域，可以为拟采光的楼层数进行个性化定制，提高智能采光系统的经济性；并且还基于反射模块与导光模块的组合式结构，可以有效提高采光强度，弱化光能量在传输与反射过程中的光强损耗，同时避免出现待采光区域产生“明暗相间”的光反射效应，有效保证智能采光系统的采光性能。
参照附图1，具体的智能楼宇主动采光方法，包括：
步骤S1，通过控制模块建立一适于对待采光区域进行采光控制的三维立体模型；
步骤S2，结合计算模块反馈的偏移角矩阵；以及
步骤S3，控制反射模块中的光反射元件矩阵按照偏移角矩阵进行角度偏移。
本发明中智能楼宇主动采光方法采用组合式结构，其可以包括导光模块1、反射模块2、控制模块3以及计算模块4，在优选的实施例中，本申请的智能楼宇主动采光方法还包括电源模块5，该电源模块5可以采用光电池，接收太阳光照，并将光能量转化为电能，为其他功能模块供电，另外，该电源模块5还可以集成设置在控制模块3的后侧，在内部通过电缆与其他功能模块或功能构件进行电连接；如此，本智能楼宇主动采光方法可以实现完全的电能自供，避免了需要在现场接入小区公共电源的传统用电方式。
优选地，参照附图3，导光模块1包括聚光部11以及导光管12，其中，聚光部11配置有自动太阳光跟踪系统111，聚光部11将太阳光能量集中聚入导光管12，导光管12出口部设置为外扩型结构，以利于增加光的扩散面积，在优选的实施例中，导光模块1还包括有活动连接的第一致动器13以及方向变更部14，其中方向变更部14连接聚光部11与导光管12，使得聚光部11与导光管12形成活动连接，该第一致动器13电连接于控制模块3，第一致动器13在控制模块3的第一工作指令下，通过使方向变更部14发生动作，实现导光管12的中心轴在一定角度范围内偏移。
优选地，参照附图4，反射模块2包括固定板21，固定板21上可旋转地安装有光反射元件矩阵22，在固定板21中心位置处的光反射元件还配置有第一光敏元件23，该第一光敏元件23平行于固定板21设置，并被配置为测量在该第一光敏元件23处接收的光照射角度，通过电连接将该光照射角度发送给控制模块3；在优选的实施例中，反射模块2还包括有第二致动器矩阵24，固定板21上每一个光反射元件均通过万向接头与一个第二致动器连接(附图4中仅示意性地示出部分第二致动器)，从而在光反射元件矩阵22与固定板21之间形成第二致动器矩阵24，每一个第二致动器均电连接于控制模块3，控制模块3从计算模块4中接收到光反射元件矩阵22的偏移角矩阵后，控制第二致动器矩阵24中的每一个第二致动器沿着x轴、y轴和z轴偏移对应偏移角矩阵中的角度值(下文具体给出x轴、y轴和z轴的方向定义)。
优选地，参照附图5，控制模块3包括互为电连接的控制主机31和红外信号接收器32，以及设置在目标房屋上的若干个红外信号发射器33，其中，控制主机31内置有一地图中心311，该地图中心311以固定板21中心为坐标原点，以固定板21的横向和垂向为x轴和y轴，以垂直于固定板21平面的纵向为z轴构建包括有导光模块1的导光管12、光反射元件矩阵22以及待采光区域的三维立体模型；具体地，红外信号接收器32接收来自目标房屋的两个或四个红外信号发射器33的红外信号并反馈给控制主机31，控制主机31根据接收的红外信号，在地图中心311上生成待采光区域；
在优选的实施例中，当目标房屋只有两个红外信号发射器33时，需要向控制模块3输入待采光区域的采光高度，地图中心311结合两个红外信号发射器33以及采光高度，生成待采光区域的三维立体模型。
计算模块4结合地图中心311的坐标原点，计算出待采光区域的各个端点坐标，并根据待采光区域的端点坐标、光反射元件矩阵坐标、层高、楼间距以及光照射角度，确定出光反射元件矩阵22中每一个光反射元件绕x轴、y轴和z轴的偏移角度，并形成一对应于光反射元件矩阵的偏移角矩阵；
其中，光反射元件(i,j)的偏移角的计算公式的表达式是：
Figure GDA0002258583490000051
Figure GDA0002258583490000052
Figure GDA0002258583490000053
上式中，φ1、φ2和φ3分别表示光反射元件(i,j)绕x轴、y轴和z轴的偏移角度，参数H和L分别表示该高层建筑的楼高与楼间距，N和M表示光反射元件矩阵在横向和垂向上的元件个数，(x1i,y1i,0)表示光反射元件矩阵坐标，(x2,y2,-L)表示待采光区域坐标，x1min、x1max、y1min、y1max分别表示光反射元件矩阵左右端点的横向和垂向坐标值，x2min、x2max、y2min、y2max分别表示待采光区域左右端点的横向和垂向坐标值；
在优选的实施例中，计算模块4计算并生成上述偏移角矩阵后，通过通信连接将该偏移角矩阵信息发送给控制模块3，由控制模块3的控制主机31发送第二工作指令给第二致动器矩阵24，使得第二致动器(i,j)带动与其连接的光反射元件(i,j)分别绕x轴、y轴和z轴偏移φ1、φ2和φ3角度。
在优选的实施例中，控制模块还设置有一输入装置，初始化系统智能楼宇主动采光方法时，可将该高层建筑小区的楼高H与楼间距L、光反射元件矩阵参数N*M、待采光区域高度h2、固定板尺寸h1*l1以及导光管出口部形状参数通过所述输入装置发送至所述计算模块；其中，待采光区域高度h2、固定板尺寸h1*l1为可选参数，当在目标房屋的采光窗户共布置有四个红外信号发射器33时，计算模块4可自动根据待采光区域的端点坐标获得待采光区域的高度值，并导入对应计算公式中；同理，固定板尺寸h1*l1也可根据光反射元件矩阵22的端点坐标获悉；输入装置34的设置，进一步提高了本申请的采光系统的智能化与人性化。
另外，为了避免由于固定板21面积不足或待采光区域面积过大导致经反射模块2反射到待采光区域的太阳光出现“明暗相间”的现象，在本实施方式中，通过设置导光模块1与反射模块2进行功能组合解决上述技术问题；
具体地，参照附图6，导光模块1的聚光部11通过配置自动太阳光跟踪系统111，可以实现对太阳光能量的高效率集光；结构上，聚光部11还包括有向阳部112以及集光部113，其中该向阳部112构造为凸透镜结构，在该向阳部112内表面的中心处设置有第二光敏元件114，该第二光敏元件114绕过集光部113与控制模块3进行电性连接，其被配置为测量在该第二光敏元件114处接收的光照射角度并反馈给控制模块3，控制主机31适于当太阳光的入射角超过一预设角度时，启动太阳光跟踪系统111，通过太阳光跟踪系统111调节向阳部112的俯仰角，确保向阳部112中心感测到的太阳光入射角始终在靠近零度的一个预设区间内，从而实现太阳光能量的高效率收集。
在本实施例中，导光模块1的集光部113、方向变更部14以及导光管12的内壁均设置为高反射率材料，以减少光强的传输损耗；为了调节导光模块1的光照方向，该方向变更部14在与导光管12连接的一端配置为可伸缩结构，并通过万向接头与第一致动器13连接，在控制主机31的第一工作指令下，第一致动器13带动方向变更部14的可伸缩结构进行绕轴偏移，从而实现导光管12的中心轴线可在一定角度范围内偏移，满足不同方位的待采光区域的采光需求，同时依靠导光模块1的光照效果，可完成解决太阳光经反射模块2反射到待采光区域的太阳光出现“明暗相间”的现象，同时导光模块1与反射模块2的组合式结构，进一步提高了待采光区域的光照强度，减弱了太阳光通过导光模块1与反射模块2后的光强损耗问题。
初始化智能楼宇主动采光方法时，方向变更部14恢复为初始结构形态，导光管12中心轴线位置为已知值，地图中心311生成待采光区域后，计算模块4根据导光管12中心轴的初始方位、导光管12出口部的外扩参数以及待采光区域的端点坐标，计算出导光管12中心轴的拟偏转角度，并反馈给控制模块3，由控制模块3的控制主机31下达第一工作指令，促使第一致动器13带动方向变更部14的可伸缩结构进行绕轴偏移相应角度，使得导光模块1的光照区域定位于待采光区域。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种智能楼宇主动采光方法，其特征在于，包括：
通过控制模块建立一适于对待采光区域进行采光控制的三维立体模型，并结合计算模块反馈的偏移角矩阵，控制反射模块中的光反射元件矩阵按照偏移角矩阵进行角度偏移；其中，
所述通过控制模块建立一适于对待采光区域进行采光控制的三维立体模型的方法包括：
所述控制模块包括互为电连接的控制主机和红外信号接收器，以及设置在目标房屋上的若干个红外信号发射器；其中
所述控制主机内置有一地图中心，该地图中心以固定板中心为坐标原点，以固定板的横向和垂向为x轴和y轴，以垂直于固定板平面的纵向为z轴构建包括有导光模块的导光管、光反射元件矩阵以及待采光区域的三维立体模型；其中，红外信号接收器接收来自目标房屋的两个或四个红外信号发射器的红外信号并反馈给控制主机，控制主机根据接收的红外信号，在地图中心上生成待采光区域；
所述计算模块计算偏移角矩阵的方法包括：
所述计算模块结合地图中心的坐标原点，计算出待采光区域的各个端点坐标，并根据待采光区域的端点坐标、光反射元件矩阵坐标、层高、楼间距以及光照射角度，确定出光反射元件矩阵中每一个光反射元件绕x轴、y轴和z轴的偏移角度，并形成一对应于光反射元件矩阵的偏移角矩阵，通过通信连接将该偏移角矩阵信息发送给控制模块；
所述偏移角矩阵中，对应光反射元件(i,j)的偏移角的计算公式表达式是：
Figure FDA0002949684140000011
Figure FDA0002949684140000012
Figure FDA0002949684140000013
上式中，φ1、φ2和φ3分别表示光反射元件(i,j)绕x轴、y轴和z轴的偏移角度，参数H和L分别表示该智能楼宇的楼高与楼间距，N和M表示光反射元件矩阵在横向和垂向上的元件个数，(x1i,y1i,0)表示光反射元件矩阵坐标，(x2,y2,-L)表示待采光区域坐标，x1min、x1max、y1min、y1max分别表示光反射元件矩阵左右端点的横向和垂向坐标值，x2min、x2max、y2min、y2max分别表示待采光区域左右端点的横向和垂向坐标值。
2.根据权利要求1所述的智能楼宇主动采光方法，其特征在于，
所述智能楼宇主动采光方法还包括：导光模块
导光模块包括聚光部和导光管，以及活动连接的第一致动器和方向变更部，其中，聚光部配置有自动太阳光跟踪系统，聚光部将太阳光能量集中聚入导光管，导光管出口部设置为外扩型结构，方向变更部连接聚光部与导光管，其与导光管连接的一端配置为可伸缩结构，所述第一致动器电连接于控制模块，第一致动器在控制模块的第一工作指令下，通过使方向变更部的可伸缩结构进行绕轴偏移，实现导光管的中心轴在一定角度范围内偏移。
3.根据权利要求2所述的智能楼宇主动采光方法，其特征在于，
所述反射模块还包括：包括固定板以及第二致动器矩阵，通过第二致动器矩阵，固定板上可旋转地安装有所述光反射元件矩阵，在固定板中心位置处的光反射元件还配置有第一光敏元件，该第一光敏元件平行于固定板设置，并被配置为测量在该第一光敏元件处接收的光照射角度，通过电连接将该光照射角度发送给控制模块，所述第二致动器矩阵电连接于控制模块。
4.根据权利要求3所述的智能楼宇主动采光方法，其特征在于，
所述控制反射模块中的光反射元件矩阵按照偏移角矩阵进行角度偏移的方法包括：
所述控制模块从计算模块中接收到光反射元件矩阵的偏移角矩阵后，由控制模块的控制主机发送第二工作指令给第二致动器矩阵，控制第二致动器矩阵中的每一个第二致动器沿着x轴、y轴和z轴偏移对应偏移角矩阵中的角度值，并带动光反射元件矩阵按照偏移角矩阵进行角度偏移。
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