CN112267814A - 一种百叶窗系统及调节方法 - Google Patents

Abstract

一种百叶窗系统，该系统被安装在建筑物自有窗体的外侧。百叶窗系统包括百叶帘，该百叶帘的叶片具有正面和反面。百叶帘叶片的正面涂覆有高反射率的涂料，用于反射阳光。百叶帘叶片的反面设有光伏板，用于吸收光能。百叶窗系统还包括旋转驱动机构和方位控制机构，方位控制机构与旋转驱动机构相连接，旋转驱动机构与百叶帘相连接。方位控制机构用于受控调整所述百叶帘叶片的角度，通过旋转驱动机构驱动所述百叶帘叶片旋转至受控的角度位置。

Description

一种百叶窗系统及调节方法

技术领域

本发明属于节能建筑技术领域，特别涉及一种百叶窗系统及调节方法。

背景技术

太阳能光伏发电板也叫太阳能电池组件，由多个太阳能电池片组装而成, 是太阳能发电系统中的核心部分。太阳能电池是利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，单体太阳能电池不能直接做电源使用，必须将若干单体太阳能电池串、并联连接和严密封装成组件。太阳能发电有两种方式，一种是“光—热—电转换”方式，另一种是“光—电直接转换”方式。“光—电直接转换”方式是利用光电效应，将太阳辐射能直接转换成电能，当太阳光照到太阳能电池的光电二极管上时，光电二极管就把光能转变为电能，产生电流。

建筑遮阳是为了避免阳光直射，防止建筑物外围护结构被过分加热，而造成局部过热和眩光，及保护室内各物品的必要措施，其合理设计是改善夏季室内热舒适状况和降低建筑物能耗的重要因素。无论是透明的窗户部分，还是其他不透明的建筑围护结构，大部分太阳辐射都可通过而后进入室内，温室效应使房间温度迅速升高，造成夏季室内温度过高。现代建筑由于立面上广泛应用大面积玻璃，加上工业化到来的轻质结构的普遍使用，加剧了室内热物理环境的恶化，因此建筑遮阳在改善室内环境舒适度和建筑节能方面至关重要。

太阳能百叶窗包括窗体、百叶式遮阳结构、光伏板，百叶安装在窗体外侧，光伏板安装在百叶式叶片上。太阳能百叶窗能够利用太阳能，并且具有遮雨、遮阳的功能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种百叶窗系统及调节方法，用以解决现有百叶窗只能遮阳，无法利用光能的弊端。

本发明实施例之一，一种百叶窗系统，该系统被安装在建筑物自有窗体的外侧。所述百叶窗系统包括百叶帘，该百叶帘的叶片具有正面和反面。百叶帘叶片的正面涂覆有高反射率的涂料，用于反射阳光。百叶帘叶片的反面设有光伏板，用于吸收光能。所述百叶窗系统还包括旋转驱动机构和方位控制机构，方位控制机构与旋转驱动机构相连接，旋转驱动机构与百叶帘相连接。所述方位控制机构用于受控调整所述百叶帘叶片的角度，通过所述旋转驱动机构驱动所述百叶帘叶片旋转至受控的角度位置。

所述百叶窗系统的状态具有两种模式，分别是采光模式和储能模式。

在采光模式下，方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片，使其以正面迎接太阳光，将太阳光反射后照射到室内远离窗户的天花板区域，再经过漫反射照亮室内进深较大的区域，提升室内采光效果；

在储能模式下，方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片，使其以反面垂直于太阳光入射方向，将太阳光吸收转化为电能加以储能。

本发明的有益效果包括：

①区别于传统外窗遮阳，发明一种集遮阳、吸收利用光能和提升室内进深较大区域自然采光效果于一体的系统；

②提高现有太阳能百叶窗对光能的利用效率；

③设计一套新的控制方法针对不同天气情况和建筑人员使用情景控制太阳能百叶窗的双模式运行。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：

图1根据本发明实施例之一的百叶窗系统控制原理图。

图2根据本发明实施例之一的百叶窗结构侧视图。

图3根据本发明实施例之一的百叶窗备用调节结构剖视图。

图4根据本发明实施例之一的百叶帘叶片控制结构剖视图。

图5根据本发明实施例之一的百叶帘叶片结构示意图。

图6根据本发明实施例之一的百叶窗系统采光模式效果示意图。

图7根据本发明实施例之一的百叶窗系统储能模式效果示意图。

其中，1-光照传感器，2-百叶帘，21-采光面，22-调节齿轮，23-转动轴，24- 储能面，3-窗体侧边框，31-框体，32-限位机构，321-压板，322-限位支架，323-限位杆，324-螺杆，33-伸缩杆，34-轴承Ⅰ，35-弹性恢复件，37-不完全齿轮，38-驱动齿轮，39-动力组，391-轴承Ⅱ，392-垫板，393-动力齿轮，4- 备用调节机构，5-时间控制器，6-手动调节机构，7-外壳，8-手动驱动轮，9- 转动杆，10-调节转轮，11-连接转轮，12-接触齿轮。

具体实施方式

现有百叶窗的问题包括：①现有太阳能百叶窗仅能遮阳和利用太阳能但无法提升室内自然采光效果；②现有太阳能百叶窗叶片角度固定导致其上的光伏板光能利用率低。

随着人们对建筑的品质要求的提升，建筑光环境成为了人们日渐关心的内容。自然光作为人类视觉系统最宜接受的光源，在室内光环境的设计和营造中占据这举足轻重的位置。据统计，建筑在运行过程中照明能耗占总能耗的 40％～50％。合理地利用太阳光，不仅可以提升室内照明质量，节约照明能耗，还有宜人体的身心健康。此外，通过太阳能光伏发电板能对多余的太阳光能量进行收集和储存还能生产绿色能源。然而，现有的窗户让太阳光集中在近窗区域，容易造成室内进深较大区域的采光不足，而且易在阳光充足的天气下造成窗户的眩光。目前太阳能光伏发电板常铺设于建筑外立面或屋顶，使得太阳能照明系统和建筑遮阳均未一体化，常需要重新考虑和设计。目前的太阳能百叶窗尽管将建筑遮阳与太阳能利用一体化，满足了遮阳和利用太阳能的需求，但仍未解决室内采光不足的问题；此外，由于百叶叶片需要手动调整角度，无法精确跟随太阳高度角自动调整至能接受到最大日照辐射的角度，百叶上光伏发电装置的效率大大降低。因此，创新一种能兼顾遮阳，同时高效利用太阳能和提升室内自然采光效果的太阳能百叶窗是势在必行的。

根据一个或者多个实施例，如图1所示，一种基于太阳能百叶窗的建筑自然采光和节能控制系统。其中，百叶窗系统包括百叶帘、旋转驱动机构、方位控制机构、时间控制器、光照传感器、光伏板和蓄电池，百叶帘紧贴窗户安装在窗的外侧，百叶帘叶片具有正反两面，正面叶片上具有高反射率的涂料，可有效反射太阳光；反面叶片上装有光伏板，可吸收转化光能。光照传感器安装在窗户外侧的上方，与方位控制机构相连，方位控制机构与旋转驱动机构相连接，旋转驱动机构与百叶帘相连接。系统包括两种模式，采光模式和储能模式。如图6所示，采光模式下方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片，使其以正面迎接太阳光，将大部分太阳光反射后照射到室内远离窗户的天花区域，再经过漫反射照亮室内进深较大的区域，提升室内采光效果。如图7所示，储能模式下方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片，使其以反面垂直于太阳光入射方向，将尽可能多的太阳光吸收转化为电能并输送至下方的蓄电池储能单元。所述时间控制器通过预设的室内人员使用情况对不同日期不同时间的系统模式进行设定(如办公建筑内工作日为采光模式，周末为储能模式)，同时联合室外的窗户上的光照传感器，当传感器感知照度大于预设值时，传感器控制控制器将系统运行模式更改为储能模式。所述方位控制器利用建筑所在地的经度、纬度、日期和时间参数来确定太阳高度角，并且根据太阳高度角控制百叶帘叶片的开启角度α/β，实现百叶帘叶片根据太阳位置能够自动调整开启角度。

采光模式下方位控制器调整百叶帘叶片开启角度

α＝Hs/2-(arctan((H-h)/L))/2

式中：

α—百叶帘叶片正面朝上时的开启角度，即百叶帘叶片与水平面之间的夹角，单位：度；

Hs—太阳高度角，单位：度；

H—房间天花板到楼板高度，单位：m；

h—房间外窗窗抬高，单位：m；

L—房间进深。

储能模式下方位控制器调整百叶帘叶片开启角度β＝90-Hs

式中：

β—百叶帘叶片反面朝上时的开启角度，即百叶帘叶片与水平面之间的夹角，单位：度；

太阳位置和太阳高度角计算公式如下：

太阳高度角的计算公式：

太阳赤纬的计算公式：sinδ＝0.39795×cos(0.98563×(N-173)) (3)

太阳时角的计算公式：ω＝15×(ST-12) (4)

式中：

Hs——太阳高度角，单位：度；

δ——当日的太阳赤纬，地球赤道平面与太阳和地球中心的连线之间的夹角，单位：度；

——当地的地理纬度，单位：度；

N——所求日期在一年中的日子数，自每年1月1日开始计算，如某年1月1日，N＝1；12月 31日，N＝365；

ω——当时的太阳时角，单位：度；

ST——真太阳时，以24小时计，在中国地区，真太阳时的换算公式为：真太阳时(ST)＝北京时间+时差，时差＝(当地经度-120°)/15°。

根据一个或者多个实施例，一种基于太阳能百叶窗的建筑自然采光调节方法，具体如下：

S1：室外光照照射在光照传感器上，光照传感器对光照强度进行识别。

S2：光照传感器将信号传递到方位控制机构，当光照强度强度过高时方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘，同时基于太阳高度角，窗台高度，天花板据楼板距离和房间进深调整百叶帘叶片角度。该步骤进一步包括，

S2.1：在方位控制机构中预设触发旋转驱动机构的光照强度；

S2.2：接收光照传感器的光照强度信号；

S2.3：若接收到的光照强度信号大于预设值，驱动旋转驱动机构转动百叶帘，反之维持原状。

S3：每间隔(1min)接收一次光照强度信号。

S4：光照传感器将信号传递到方位控制机构，当光照强度强度降低至(正常光照名词)时方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘，同时根据太阳高度角调整百叶帘叶片角度，使叶片与太阳光入射方向垂直。该步骤进一步包括，

S4.1：在方位控制机构中比较接收到的光照传感器的光照强度信号与预设的触发旋转驱动机构的光照强度；

S4.2：若接收到的光照强度信号小于预设值，驱动旋转驱动机构转动百叶帘，反之维持原状。

根据一个或者多个实施例，如图2所示，一种百叶窗，该百叶窗包括百叶帘和窗框，所述百叶帘的叶片具有正面和反面。百叶帘叶片的正面是反光面，涂覆有反光涂层。当然，实际中叶片的正面也可以不涂覆发光涂层，也不影响本发明实施例的技术效果。百叶帘叶片的反面设有光伏电池单元，用于吸收光能并将光能转换为电能。百叶帘叶片通过叶片转动轴与所述窗框的侧边框转动连接，使得所述百叶帘叶片具有一个期望的俯仰角度。对于叶片俯仰角度的调节是通过在百叶帘叶片转动轴端部套置一个调节齿轮实现的，通过该调节齿轮可以调节百叶帘叶片的俯仰角度。

如图5所示，百叶帘叶片转动轴贯通百叶帘叶片的两端，当然该转动轴也可以直接与叶片的端部固接，而不需要贯通百叶帘叶片。

根据一个或者多个实施例，如图4所示，百叶帘叶片的调节齿轮被置于窗体侧边框的框体内。调节齿轮与一动力齿轮啮合，通过推动所述动力齿轮使得所述调节齿轮转动。

百叶窗侧边框框体内还包括一限位机构，该限位机构被固定于动力齿轮或调节齿轮在窗体侧边框内对侧边，且抵靠所述动力齿轮或调节齿轮，用于限制所述百叶帘叶片俯仰角度的变化范围。限位机构包括压板、限位杆、限位支架和螺杆。压板位于限位杆的端部且抵靠所述动力齿轮或调节齿轮，限位杆位于限位支架的顶部，螺杆被设于由限位支架和限位杆形成的限位机构内且顶靠住压板。

动力齿轮与第二轴承、垫板组成动力组组件，所述动力齿轮通过垫板紧抵窗体侧边框内侧。此外，百叶窗侧边框还设有一不完全齿轮，该不完全齿轮与第一轴承被组配在一伸缩杆上，该伸缩杆被固定在所述动力齿轮位于窗体侧边框内的对侧边，同时，在该对侧边与所述不完全齿轮之间压设有弹性恢复体。当该弹性恢复体处于张开状态时，不完全齿轮与动力齿轮啮合，并且所述不完全齿轮与一驱动齿轮联结。在上述方案中，驱动齿轮与一驱动电机的输出端转动连接，由驱动电机驱动，经过上述的齿轮间传动，在调节百叶片叶片的角度。调节叶片转动的旋转驱动机构可以由驱动电机、驱动齿轮、动力齿轮、调节齿轮和转动轴组成，方位控制机构由比较电路、信号收发器、触发开关和微处理器等组成。方位控制机构能够控制旋转驱动机构的启动和关闭，旋转驱动机构除了方位控制机构控制以外，还可进行手动操控。

根据一个或者多个实施例，如图3所示，百叶窗还包括一备用调节机构，该机构包括一转动杆，该转动杆设有至少一个调节转轮，调节转轮通过连接转轮推动接触齿轮。当需要启用备用调节时，所述接触齿轮啮合对应的调节齿轮，用以调节所述百叶帘叶片的角度。备用调节机构还包括一个手动驱动轮，手动驱动轮带动转动杆、调节转轮和接触齿轮的转动，接触齿轮与调节齿轮啮合，在接触齿轮转动时，调节齿轮转动带动百叶帘叶片的转动。

根据一个或者多个实施例，百叶帘叶片上的光伏电池单元通过一个充电单元对一蓄电池或者蓄电池组充电，或者该光伏电池直接连接一个用电电器，给电器供电。

本发明实施例对百叶帘叶片的控制考虑了以下因素；

①对太阳高度角，窗台高度，天花板据楼板距离和房间进深在调整百叶帘角度时的应用；

②旋转驱动机构的具体结构；

③光照强度与旋转驱动机构的适应性配合。

因此发明在调节百叶帘角度时的精度相较于现在采用的技术较高，并且具备随时锁紧的能力和手动调节的能力。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本发明创造的精神和原理，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

Claims (10)

1.一种百叶窗系统，该系统被安装在建筑物自有窗体的外侧，其特征在于，所述百叶窗系统包括百叶帘，该百叶帘的叶片具有正面和反面，

百叶帘叶片的正面涂覆有高反射率的涂料，用于反射阳光，

百叶帘叶片的反面设有光伏板，用于吸收光能。

2.根据权利要求1所述的百叶窗系统，其特征在于，所述百叶窗系统还包括旋转驱动机构和方位控制机构，方位控制机构与旋转驱动机构相连接，旋转驱动机构与百叶帘相连接，

所述方位控制机构用于受控调整所述百叶帘叶片的角度，通过所述旋转驱动机构驱动所述百叶帘叶片旋转至受控的角度位置。

3.根据权利要求2所述的百叶窗系统，其特征在于，所述百叶窗系统的状态具有两种模式，分别是采光模式和储能模式，

在采光模式下，方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片，使其以正面迎接太阳光，将太阳光反射后照射到室内远离窗户的天花板区域，再经过漫反射照亮室内进深较大的区域，提升室内采光效果；

在储能模式下，方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片，使其以反面垂直于太阳光入射方向，将太阳光吸收转化为电能加以储能。

4.根据权利要求3所述的百叶窗系统，其特征在于，所述百叶窗系统还包括光照传感器，用于检测建筑物位于百叶窗处的光照强度。

5.根据权利要求4所述的百叶窗系统，其特征在于，所述百叶窗系统还包括时间控制器，所述百叶窗系统通过预设不同季节不同时间的系统模式，同时结合光照传感器，根据建筑物所在地的经度、纬度、日期和时间参数来确定太阳高度角，并且根据太阳高度角控制百叶帘叶片的开启角度α/β，实现根据太阳位置能够自动调整百叶帘叶片的俯仰角度。

6.根据权利要求1所述的百叶窗系统，其特征在于，所述百叶窗系统包括窗体侧边框，百叶帘叶片的转动轴被设置在所述窗体侧边框上，

所述百叶帘叶片转动轴端部套置有一个调节齿轮，该调节齿轮用于调节所述百叶帘叶片的俯仰角度。

所述调节齿轮与一动力齿轮啮合，通过推动所述动力齿轮使得所述调节齿轮转动。

7.根据权利要求6所述的百叶窗系统，其特征在于，还包括一备用调节机构，该机构包括一转动杆，该转动杆设有至少一个调节转轮，调节转轮通过连接转轮推动接触齿轮，

当需要启用备用调节时，所述接触齿轮啮合对应的调节齿轮，用以调节所述百叶帘叶片的角度。

8.一种基于太阳能百叶窗的建筑自然采光调节方法，基于如权利要求5所述的百叶窗系统，包括以下步骤：

S1，室外光照照射在光照传感器上，光照传感器对光照强度进行识别；

S2，光照传感器将光照强度数据传递到方位控制机构，当光照强度强度过高时，方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片,同时基于太阳高度角、窗台高度、天花板距离楼板距离和房间进深调整百叶帘叶片角度；

S3，定时接收光照强度数据；

S4，光照传感器将光照强度数据传递到方位控制机构，当光照强度强度过低时，方位控制机构控制旋转驱动机构转动百叶帘叶片，同时根据太阳高度角调整百叶帘叶片角度。

9.根据权利要求8所述的基于太阳能百叶窗的建筑自然采光调节方法，其特征在于，所述步骤S2又包括：

S2.1，在方位控制机构中预设触发旋转驱动机构的光照强度；

S2.2，接收光照传感器的光照强度数据；

S2.3，若接收到的光照强度数据大于预设值，驱动旋转驱动机构转动百叶帘，反之维持原状。

10.根据权利要求8所述的基于太阳能百叶窗的建筑自然采光调节方法，其特征在于，所述步骤S4又包括：

S4.1，在方位控制机构中比较接收到的光照传感器的光照强度数据与预设的触发旋转驱动机构的光照强度；

S4.2，若接收到的光照强度数据小于预设值，驱动旋转驱动机构转动百叶帘，反之维持原状。

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