CN112996202A - 基于节能的室内照度控制系统及调控方法 - Google Patents

基于节能的室内照度控制系统及调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其结构包括数据采集系统、数据处理中枢和室内环境控制系统，其特征在于所述数据采集系统利用感应元件进行数据采集，所述计算机系统接收数据采集系统收集的数据，经计算机系统数据处理中枢后将动作指令传输给室内控制系统，所述室内控制系统根据动作指令对室内照度进行实时调节，从而促进建筑节能。

Description

基于节能的室内照度控制系统及调控方法
技术领域
本发明涉及建筑节能自动化领域，具体为一种基于节能的室内照度控制系统及调控方法。
背景技术
随着我国经济的发展，人民生活水平的提高，人们对建筑室内环境的要求也越来越高。于此同时也产生了建筑能耗过高，浪费较严重等问题。几年来中央出台多项规定，旨在建设节约型社会。
室内光照度对人类的身体健康和工作效率有着重要影响，提供给舒适、健康的室内光照环境是现代建筑的根本要求。近年来，随着生活水平的提高，建筑灯具数量也大幅增加，再加上人们节约意识的淡薄，这产生了大量由灯光造成的能源浪费，目前建筑节能已成为当前建筑环境与能源应用工程领域的一个热点。通过自动控制的方式可以大幅降低建筑灯具产生的能耗浪费。
目前使用较广泛的是手动控制室内灯光开关及窗帘等内遮阳措施的开闭，这种控制方式基于人的主观意识控制室内灯光照度，但在实际操作过程中，室内人员的节能意识往往比较淡薄，这就产生了照度过高或自然光照能满足照度要求却依然开灯。且在空调房间中，自然光照会提高房间冷负荷提高空调能耗，某些情况下若采用遮阳措施加上灯具照明能降低建筑房间整体能耗。
发明内容
本发明通过数据采集系统利用感应元件进行数据采集，数据处理中枢接收数据采集系统收集的数据，经计算机系统数据处理中枢后将动作指令传输给室内控制系统，所述室内控制系统根据动作指令对各照明灯具进行调节亮度或开闭，同时控制百叶帘开合角度已到达合理采用自然光的目的，从而达到节省能耗的目的。
一种基于节能的室内照度控制系统及调控方法，包括数据采集系统、数据处理中枢和室内环境控制系统，其特征在于所述数据采集系统利用感应元件进行数据采集，所述计算机系统接收数据采集系统收集的数据，经计算机系统数据处理中枢后将动作指令传输给室内控制系统，所述室内控制系统根据动作指令对室内照度进行实时调节；
所述室内照度控制系统的调控方法包括以下步骤：
1)该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息输入数据处理中枢内储存；
2)在窗户外侧布置感光器以后，感光器检测室外自然光的光强，太阳高度角及太阳方位角，将数据传递给数据处理中枢；
3)数据处理中枢根据窗外侧感光器传递的数据计算得到自然采光产生的热负荷，室外光强度及室内接受自然光照的面积；
4)若数据处理中枢计算得到的自然采光产生的热负荷大于开启灯具产生的电能负荷，则优先使用灯具照明，反之则优先采用自然光；
5)在各个工位上布置红外传感器和照度传感器以后，利用各工位上的红外传感器检测工位上是否有人，对红外传感器检测到有人的工位，执行7)，对红外传感器检测到无人的工位，执行6)；
6)对红外传感器检测到的无人的工位，室内控制系统关闭该工位上方的照明灯具；
7)对检测到有人的工位，布置在工位上的照度传感器检测该工位上的光照强度并将数据传递给数据处理中枢，数据处理中枢对数据处理后产生指令并传递给室内控制系统，控制照明灯具调节光强。
作为优选，所述数据采集系统包括感光器、红外传感器和照度传感器，所述感光器设置于外窗的外侧，所述红外传感器和照度传感器设置于室内的工位上，通过收集室内与室外的实时数据，为数据处理中枢提供对照分析的依据。
作为优选，所述感光器不仅可以检测室外光强，而还能测量太阳的高度角及太阳的方位角。
作为优选，所述红外传感器用于感知该工位上的人员是否存在，所述照度传感器则用于收集该工位上光照强度的信息。
作为优选，所述计算机系统数据处理中枢内储存有该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息，结合数据采集系统搜集到的数据可以计算得到室内接收的日照产生热负荷，自然光照度及光照面积，最终得出控制方案传输给室内环境控制系统。
作为优选，计算机系统数据处理中枢中获取的太阳辐射数据转化成辐射得热数据公式：
Figure BDA0002963651190000031
HGy＝IDiγDi+Idifγdif
HGα为玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热；
HGy为透过单位面积的太阳辐射得热；
I为太阳辐射强度；
γ为玻璃的透过率；
α为玻璃的吸收率；
R为玻璃的表面换热热阻；
下标中Di为入射角度为i的直射辐射；
dif为散射辐射；
i为入射角；
out为外表面；
in为内表面。
作为优选，所述室内控制系统包括可调节照明系统和电控调节式百叶窗，所述可调节照明系统设置在天花板上，所述电控调节式百叶窗设置在窗户外侧，所述室内控制系统根据计算机系统生成的控制方案进行操作。
作为优选，所述可调节照明系统由若干照明灯具构成，所述照明灯具为可分级调节发光亮度的灯泡，能精确调控室内光照度。
作为优选，所述电控调节式百叶窗根据计算机系统传递的数据来控制百叶窗的升降和调节百叶帘开合角度。
作为优选，所述室内控制系统还设置有局部手动操作开关，所述手动操作开关可根据需求手动调节百叶遮光帘的开合角度以及可调节型节能日光灯的关照度。
本发明的优点有：
在数据采集端，室内工位上设有照度传感器和红外传感器，每个照度传感器对于所在工位上的光照度进行检测，同时对工位上的人体进行感应，将数据的检测收集细致到每个工位，使光度的调控更加精准，根据各工位的局部情况及室外光照实时情况来实现对该工位上的局部光照进行控制。并在窗户外侧安装感光器，对室外光强、太阳高度角和方位角进行测量，以此来作为室内光度调节的一个参考数据，对比室外的光照情况提高节能效率。
在数据处理中枢端，会先将该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息输入数据处理中枢内储存，作为之后数据计算分析的重要条件，进一步提高光度调控的精度。并且预设两种用灯方案来应对有无人的状态，针对室内人员对节能意识的淡薄，而可以自动在人员离开时关闭光源。在室内开设空调时，还会基于能耗在自然光和灯光之间做出平衡，以此控制温度来降低能耗更大的空调的能源消耗。数据处理中枢还会将光度对人体健康的影响，加入制定光度调节方案的计算中。
在室内控制系统端，安装在天花板的可调节照明系统中的灯具采用可以分级调节发光亮度的节能型灯具，这样在达到减少照明能耗的同时可以更精准得调控是内光照度减少浪费。安装在窗户外侧的电控调节式百叶窗，不仅可以调节百叶窗角度控制阳光射入利用自然光补充室内的照明来达到节能的目的，还可以在数据处理中枢的命令下控制阳光射入来调节室内温度。为了应对特殊情况室内控制系统内还设置了局部手动操作开关，可根据需求手动调节百叶遮光帘的开合角度以及可调节型节能日光灯的关照度。
附图说明
图1为本发明基于节能的室内照度控制系统及调控方法的系统示意图。
图2为本发明基于节能的室内照度控制系统及调控方法的控制流程图。
具体实施方式
基于图1-2所示，一种基于节能的室内照度控制系统及调控方法，包括数据采集系统、数据处理中枢和室内环境控制系统，其特征在于所述数据采集系统利用感应元件进行数据采集，所述计算机系统接收数据采集系统收集的数据，经计算机系统数据处理中枢后将动作指令传输给室内控制系统，所述室内控制系统根据动作指令对室内照度进行实时调节；
所述室内照度控制系统的调控方法包括以下步骤：
1)该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息输入数据处理中枢内储存；
2)在窗户外侧布置感光器以后，感光器检测室外自然光的光强，太阳高度角及太阳方位角，将数据传递给数据处理中枢；
3)数据处理中枢根据窗外侧感光器传递的数据计算得到自然采光产生的热负荷，室外光强度及室内接受自然光照的面积；
4)若数据处理中枢计算得到的自然采光产生的热负荷大于开启灯具产生的电能负荷，则优先使用灯具照明，反之则优先采用自然光；
5)在各个工位上布置红外传感器和照度传感器以后，利用各工位上的红外传感器检测工位上是否有人，对红外传感器检测到有人的工位，执行7)，对红外传感器检测到无人的工位，执行6)；
6)对红外传感器检测到的无人的工位，室内控制系统关闭该工位上方的照明灯具；
7)对检测到有人的工位，布置在工位上的照度传感器检测该工位上的光照强度并将数据传递给数据处理中枢，数据处理中枢对数据处理后产生指令并传递给室内控制系统，控制照明灯具调节光强。
本实施例中，所述数据采集系统包括感光器、红外传感器和照度传感器，所述感光器设置于外窗的外侧，所述红外传感器和照度传感器设置于室内的工位上，通过收集室内与室外的实时数据，为数据处理中枢提供对照分析的依据。
本实施例中，所述感光器不仅可以检测室外光强，而还能测量太阳的高度角及太阳的方位角。
本实施例中，所述红外传感器用于感知该工位上的人员是否存在，所述照度传感器则用于收集该工位上光照强度的信息。
本实施例中，所述计算机系统数据处理中枢内储存有该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息，结合数据采集系统搜集到的数据可以计算得到室内接收的日照产生热负荷，自然光照度及光照面积，最终得出控制方案传输给室内环境控制系统。
本实施例中，计算机系统数据处理中枢中获取的太阳辐射数据转化成辐射得热数据公式：
Figure BDA0002963651190000071
HGy×IDiγDi+Idifγdif
HGα为玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热；
HGy为透过单位面积的太阳辐射得热；
I为太阳辐射强度；
γ为玻璃的透过率；
α为玻璃的吸收率；
R为玻璃的表面换热热阻；
下标中Di为入射角度为i的直射辐射；
dif为散射辐射；
i为入射角；
out为外表面；
in为内表面。
本实施例中，所述室内控制系统包括可调节照明系统和电控调节式百叶窗，所述可调节照明系统设置在天花板上，所述电控调节式百叶窗设置在窗户外侧，所述室内控制系统根据计算机系统生成的控制方案进行操作。
本实施例中，所述可调节照明系统由若干照明灯具构成，所述照明灯具为可分级调节发光亮度的灯泡，能精确调控室内光照度。
本实施例中，所述电控调节式百叶窗根据计算机系统传递的数据来控制百叶窗的升降和调节百叶帘开合角度。
本实施例中，所述室内控制系统还设置有局部手动操作开关，所述手动操作开关可根据需求手动调节百叶遮光帘的开合角度以及可调节型节能日光灯的关照度。
在数据采集端，室内工位上设有照度传感器和红外传感器，每个照度传感器对于所在工位上的光照度进行检测，同时对工位上的人体进行感应，将数据的检测收集细致到每个工位，使光度的调控更加精准，根据各工位的局部情况及室外光照实时情况来实现对该工位上的局部光照进行控制。并在窗户外侧安装感光器，对室外光强、太阳高度角和方位角进行测量，以此来作为室内光度调节的一个参考数据，对比室外的光照情况提高节能效率。
在数据处理中枢端，会先将该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息输入数据处理中枢内储存，作为之后数据计算分析的重要条件，进一步提高光度调控的精度。并且预设两种用灯方案来应对有无人的状态，针对室内人员对节能意识的淡薄，而可以自动在人员离开时关闭光源。在室内开设空调时，还会基于能耗在自然光和灯光之间做出平衡，以此控制温度来降低能耗更大的空调的能源消耗。数据处理中枢还会将光度对人体健康的影响，加入制定光度调节方案的计算中。
在室内控制系统端，安装在天花板的可调节照明系统中的灯具采用可以分级调节发光亮度的节能型灯具，这样在达到减少照明能耗的同时可以更精准得调控是内光照度减少浪费。安装在窗户外侧的电控调节式百叶窗，不仅可以调节百叶窗角度控制阳光射入利用自然光补充室内的照明来达到节能的目的，还可以在数据处理中枢的命令下控制阳光射入来调节室内温度。为了应对特殊情况室内控制系统内还设置了局部手动操作开关，可根据需求手动调节百叶遮光帘的开合角度以及可调节型节能日光灯的关照度。
通过在各工位上分别布置红外传感器和照度传感器，利用温度和照度传感器检测各区域工位内光照度及人员存在情况，并将检测的数据传递给数据处理中枢，数据处理中枢将上述数据处理后自动生成指令再将数据传递给室内环境控制系统，室内环境控制系统对获取的指令进行操作，对各工位上方的照明灯具进行调节亮度或开闭，同时控制百叶帘开合角度已到达合理采用自然光的目的，从而达到节省能耗的目的。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于节能的室内照度控制系统及调控方法，包括数据采集系统、数据处理中枢和室内环境控制系统，其特征在于所述数据采集系统利用感应元件进行数据采集，所述计算机系统接收数据采集系统收集的数据，经计算机系统数据处理中枢后将动作指令传输给室内控制系统，所述室内控制系统根据动作指令对室内照度进行实时调节；
所述室内照度控制系统的调控方法包括以下步骤：
1)该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息输入数据处理中枢内储存；
2)在窗户外侧布置感光器以后，感光器检测室外自然光的光强，太阳高度角及太阳方位角，将数据传递给数据处理中枢；
3)数据处理中枢根据窗外侧感光器传递的数据计算得到自然采光产生的热负荷，室外光强度及室内接受自然光照的面积；
4)若数据处理中枢计算得到的自然采光产生的热负荷大于开启灯具产生的电能负荷，则优先使用灯具照明，反之则优先采用自然光；
5)在各个工位上布置红外传感器和照度传感器以后，利用各工位上的红外传感器检测工位上是否有人，对红外传感器检测到有人的工位，执行7)，对红外传感器检测到无人的工位，执行6)；
6)对红外传感器检测到的无人的工位，室内控制系统关闭该工位上方的照明灯具；
7)对检测到有人的工位，布置在工位上的照度传感器检测该工位上的光照强度并将数据传递给数据处理中枢，数据处理中枢对数据处理后产生指令并传递给室内控制系统，控制照明灯具调节光强。
2.根据权利要求1所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述数据采集系统包括感光器、红外传感器和照度传感器，所述感光器设置于外窗的外侧，所述红外传感器和照度传感器设置于室内的工位上，通过收集室内与室外的实时数据，为数据处理中枢提供对照分析的依据。
3.根据权利要求2所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述感光器不仅可以检测室外光强，而还能测量太阳的高度角及太阳的方位角。
4.根据权利要求2所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述红外传感器用于感知该工位上的人员是否存在，所述照度传感器则用于收集该工位上光照强度的信息。
5.根据权利要求1所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述计算机系统数据处理中枢内储存有该房间窗户朝向、窗高、窗户尺寸及窗玻璃信息，结合数据采集系统搜集到的数据可以计算得到室内接收的日照产生热负荷，自然光照度及光照面积，最终得出控制方案传输给室内环境控制系统。
6.根据权利要求5所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：计算机系统数据处理中枢中获取的太阳辐射数据转化成辐射得热数据公式：
Figure FDA0002963651180000021
HGy＝IDiγDi+Idifγdif
HGα为玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热；
HGy为透过单位面积的太阳辐射得热；
I为太阳辐射强度；
γ为玻璃的透过率；
α为玻璃的吸收率；
R为玻璃的表面换热热阻；
下标中Di为入射角度为i的直射辐射；
dif为散射辐射；
i为入射角；
out为外表面；
in为内表面。
7.根据权利要求1所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述室内控制系统包括可调节照明系统和电控调节式百叶窗，所述可调节照明系统设置在天花板上，所述电控调节式百叶窗设置在窗户外侧，所述室内控制系统根据计算机系统生成的控制方案进行操作。
8.根据权利要求7所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述可调节照明系统由若干照明灯具构成，所述照明灯具为可分级调节发光亮度的灯泡，能精确调控室内光照度。
9.根据权利要求7所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述电控调节式百叶窗根据计算机系统传递的数据来控制百叶窗的升降和调节百叶帘开合角度。
10.根据权利要求7所述的基于节能的室内照度控制系统及调控方法，其特征在于：所述室内控制系统还设置有局部手动操作开关，所述手动操作开关可根据需求手动调节百叶遮光帘的开合角度以及可调节型节能日光灯的关照度。
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