CN208873062U - 一种采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统，包括自动控制箱、温度传感器、辐射热传感器、电动天窗、排风机、电源线及信号线，所述自动控制箱通过信号线分别与温度传感器、辐射热传感器和电动天窗定位开关连接，所述自动控制箱通过电源线分别与排风机和电动天窗连接，并按照相应的控制逻辑联动控制排风机和电动天窗动作。本实用新型可根据屋顶温度及热辐射强度测量值及时启停排风机和启闭电动天窗，快速消除屋顶的热量累积，有效控制屋顶温度，非常适用于夏热冬冷或夏热冬暖地区大面积采用屋顶玻璃采光场所，调控灵活方便，对避免屋顶温度过高导致采光顶爆裂和提高室内环境舒适度、建筑节能有着非常积极的意义。

Description

一种采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统。

背景技术

对于大空间展馆、体育建筑，通常存在较大的内区空间，该空间存在采光、通风条件差的问题。为了解决该问题，建筑师通常会考虑大面积的采光顶设计以解决内区的采光、通风问题。但在夏热冬冷和夏热冬暖地区，大面积的采光顶不可避免的会带来大量的太阳辐射热，在高温天气下，如不考虑通风散热措施，随着热量的累积，屋顶温度可高达70~80℃。高温一方面会导致下方活动空间的人员感受到明显的辐射热，另一方面可能会导致屋顶玻璃的爆裂。因此，如何解决采光顶的热聚集问题，越来越受到广大设计人员的关注。

当前，消除采光顶热聚集大多采用采光顶局部开启自然通风或人工控制机械通风的方式。因此，本实用新型提出一种成本低廉、简单可靠的自动控制系统，通过对屋顶区域的温度感应及热辐射强度感应联动开启屋顶天窗和排风机，快速排出屋顶累积的热量，以降低和控制采光顶区域的温度。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统，这种自动控制系统可实现高大空间采光顶在热聚集情况下对热量的快速排出，利用少量的风机电耗解决下方人员活动空间的热舒适性问题和防治玻璃顶在持续高温情况下的爆裂问题。

本实用新型提供的技术方案是：一种采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统，功能包括对采光顶区域的温度监测、热辐射强度监测、排风机的连锁启停控制和电动天窗的连锁启闭控制。所述温度监测部分主要由温度传感器、信号线等组成，负责温度测量和数据的记录、传输；所述热辐射强度监测部分主要由辐射热传感器、信号线等组成，负责热辐射强度测量和数据的记录、传输；所述排风机的连锁启停控制主要由风机、控制及保护开关电器、电源线等组成，负责根据温度及热辐射强度测量值实现排风机的启停；所述电动天窗的连锁启闭控制主要由天窗电机、控制及保护开关电器、电源线等组成，负责根据温度及热辐射强度测量值实现电动天窗的启闭。

本实用新型所提供的采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统，包括自动控制箱、温度传感器、辐射热传感器、电动天窗、排风机、电源线及信号线，所述自动控制箱通过信号线分别与温度传感器和辐射热传感器连接，所述自动控制箱通过电源线分别与排风机和电动天窗连接，并按照相应的控制逻辑联动控制排风机和电动天窗动作。

所述自动控制箱包含可编程控制器PLC、交流接触器KM1、交流接触器KM2、交流接触器KM3、常闭触点一、常闭触点四、常闭触点五、常开触点四、常开触点五、常开触点六、常开触点七和常开触点八；交流接触器KM1包含线圈一和常开触点一；交流接触器KM2包含线圈二、常开触点二和常闭触点二；交流接触器KM3包含线圈三、常开触点三和常闭触点三；常开触点四、常开触点五和交流接触器KM1的常开触点一并联后，与常闭触点一和交流接触器KM1的线圈一串联，然后接入交流220V电源相线和零线之间；常开触点六、常开触点七和交流接触器KM2的常开触点二并联后，与常闭触点四、接触器KM3的常闭触点三和交流接触器KM2的线圈二串联后，也接入上述交流220V电源相线和零线之间；常开触点八、手动启动按钮SF3和交流接触器KM3的常开触点并联后，再与常闭触点五、交流接触器KM2的常闭触点二和交流接触器KM3的线圈三串联后，也接入上述交流220V电源相线和零线之间；交流接触器KM1的常开触点一的输出端与排风机电源输入端连接；交流接触器KM2的常开触点二和KM3的常开触点三的输出端分别与电动天窗电源输入端连接；温度传感器、辐射热传感器和电动天窗定位开关的信号输出端均与可编程控制器PLC的输入端连接；可编程控制器PLC的输出端分别与常开触点四、常开触点五、常开触点六、常开触点七、常开触点八、常闭触点一、常闭触点四和常闭触点五的信号输入端连接。

所述自动控制箱还包含手动启动按钮SF1、手动停止按钮SS1、手动启动按钮SF2、手动停止按钮SS2、手动启动按钮SF3和手动停止按钮SS3；手动启动按钮SF1与常开触点四、常开触点五和交流接触器KM1的常开触点并联连接，然后与手动停止按钮SS1串联；手动启动按钮SF2与常开触点六、常开触点七和交流接触器KM2的常开触点二并联连接，然后与手动停止按钮SS2串联；手动启动按钮SF3与常开触点八、手动启动按钮SF3和交流接触器KM3的常开触点并联连接，然后与手动停止按钮SS3串联。

本实用新型还包括设置于采光顶下方的室内温度传感器和辐射热传感器，自动控制箱分别与室内温度传感器和辐射热传感器电连接，以采集采光顶下方温度和热辐射强度数据，进而判定如何联动控制排风机和电动天窗。

所述排风机设置于采光顶下方建筑物侧壁。

所述采光顶中间部位设有电动天窗，在非极端高温天气时，可手动开启自然通风散热，实现采光顶区域的温度控制。需联动控制电动天窗的启闭，电动天窗位于采光顶中部。

所述采光顶区域设有机械通风系统，在采光顶区域温度或热辐射强度超过设定值时，通过自动控制箱联动开启排风机及电动天窗进行快速通风散热。

所述机械通风系统在采光顶周边设置，所述通风系统的排风百叶设置逆止风阀，以防冬季冷风倒灌。

本实用新型以采光顶区域温度达到50℃或热辐射强度达到1.0kW/㎡为高限值进行自动调节控制，温度传感器及辐射热传感器设置于贴邻采光顶的附件上，布置间距5~10m，当任一温度传感器监测到温度达到50℃或任一辐射热传感器监测到热辐射强度达到1.0kW/㎡时，打开电动天窗，启动排风机，进行顶部通风散热；当所有温度传感器监测温度降低至40℃时，关闭风机，仅通过电动天窗自然通风，以控制风机能耗；当所有温度传感器监测温度降低至30℃时，关闭电动天窗，避免增加空调能耗。

本实用新型自动控制箱～380V电源由就近电源箱提供，排风机、电动天窗的电源线接入自动控制箱一次回路，温度传感器及辐射热传感器信号线接入自动控制箱二次控制回路。

附图说明

图1为本实用新型构成示意图。

图2为本实用新型自动控制箱一次主电路接线图。

图3为本实用新型自动控制箱二次控制原理图。

具体实施方式

详见图1，本实用新型由自动控制箱1，温度传感器及辐射热传感器2，电动天窗3，排风机4，电源线及信号线5，排风口6等相应附配件组成。

所述自动控制箱1可以是任何形式的具备收集、处理温度及热辐射强度数据信息，并具备对相应排风机启停和电动天窗启闭控制功能的集成控制箱，其内的可编程控制器为现有技术的成熟产品，可以是任何合适的能接收电信号输入，按指定程序进行信息数据处理并能输出控制信号的设备。

所述温度传感器及辐射热传感器2均为现有技术的成熟产品，可以是任何合适的可以准确采集、输出和传递温度及热辐射强度数据的传感设备。

所述电动天窗3可以是任何合适的构成，可根据自动控制箱1的指令进行电动开启通风散热或电动关闭进行保温。

所述排风机4可以是任何形式的满足采光顶通风散热要求的通风设备，用于消除采光顶热量的累积和控制采光顶及邻近区域温度。

所述电源线、信号线5可以是任何形式的满足供电及信号传输要求的线组，用于电机控制和温度及热辐射强度数据的传输。

所述排风口6可以是任何合适的构成，天窗顶部累积的热量通过排风口6由排风机4排至室外。为避免冬季冷风倒灌，排风口6处设置逆止风阀。

详见图1，在夏热冬冷或夏热冬暖地区炎热的夏季，白天强烈的太阳辐射透过采光顶7进入室内，致使室内热量的大量累积，由于热空气上浮，采光顶处的温度会不断快速升高，根据类似项目实测，采光顶处温度可达到70~80℃。当采光顶下方任一温度传感器及任一辐射热传感器2监测到室内顶部温度达到50℃时或热辐射强度达到1.0kW/㎡时，启动排风机4、打开电动天窗3进行顶部通风散热、降温。夏季的夜晚或在过渡季节，随着太阳辐射的减弱，当室内温度传感器2监测到室内顶部温度低于40℃时，关闭排风机4，仅通过电动天窗自然通风散热。

详见图1，在夏热冬冷或夏热冬暖地区的冬季，关闭上部排风机4和电动天窗3，通过墙体14保温措施、可开启部位的密封措施和逆止风阀确保室内空间保温，避免增加冬季采暖负荷和能耗。

详见图2及图3，所述自动控制箱包含交流接触器KM1、交流接触器KM2、交流接触器KM3、可编程控制器⑥。交流接触器KM1的常开触点的输出端接入排风机①电源输入端；交流接触器KM2和KM3的常开触点的输出端接入电动天窗②电源输入端；温度传感器③、辐射热传感器④和电动天窗定位开关⑤的信号输出端均接入可编程控制器⑥的信号输入端；可编程控制器⑥的信号输出端接线分别为：任一温度传感器监测温度T≥50℃时的触发信号输出端接常开触点KA1a及常开触点KA1b, 所有温度传感器监测温度T≤40℃时的触发信号输出端接常闭触点KA3，所有温度传感器监测温度T≤30℃时的触发信号输出端接常开触点KA4，任一辐射热传感器监测热辐射强度H≥1.0kW/㎡时的触发信号输出端接常开触点KA2a及常开触点KA2b, 电动天窗②的定位开关⑤完全打开时的触发信号输出端接常闭触点KA5，电动天窗②的定位开关⑤完全闭合时的触发信号输出端接常闭触点KA6。

本实用新型以采光顶区域温度达到50℃或热辐射强度达到1.0kW/㎡为高限值进行自动调节控制，温度传感器③及辐射热传感器④设置于贴邻采光顶的附件上，布置间距5~10m。

当任一温度传感器③监测温度达到50℃时，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常开触点KA1a闭合，或当任一辐射热传感器④监测热辐射强度达到1.0kW/㎡时，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常开触点KA2a闭合，此时，KM1的线圈得电，KM1的常开触点闭合，排风机①的一次主电路接通，排风机①启动，进行顶部通风散热，同时风机运行信号灯HG1因电路接通而点亮；当所有温度传感器③监测温度降低至40℃时，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常闭触点KA3断开，此时，KM1的线圈失电，KM1的常开触点断开，排风机①失电，自动关停，同时风机运行信号灯HG1因电路断开而熄灭。

当任一温度传感器③监测温度达到50℃时，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常开触点KA1b闭合，或当任一辐射热传感器④监测热辐射强度达到1.0kW/㎡时，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常开触点KA2b闭合，此时，KM2的线圈得电，KM2的常开触点闭合，电动天窗②的一次主电路接通，天窗电机正转，电动天窗②开启，同时电动天窗②正转运行信号灯HG2因电路接通而点亮，当电动天窗②完全打开时，电动天窗②定位开关⑤动作，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常闭触点KA5断开，KM2的线圈失电，KM2的常开触点断开，电动天窗②失电，保持全打开状态，进行顶部通风散热，同时电动天窗②正转运行信号灯HG2因电路断开而熄灭；当所有温度传感器③监测温度降低至40℃时，由上可知，排风机①失电关停，此时电动天窗②保持全打开状态，仅通过电动天窗②自然通风，以降低风机能耗；当所有温度传感器③监测温度降低至30℃时，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常开触点KA4闭合，KM3的线圈得电，KM3的常开触点闭合，电动天窗②的一次主电路又接通，天窗电机反转，电动天窗②关闭，同时电动天窗②反转运行信号灯HG3因电路接通而点亮，当电动天窗②完全闭合时，电动天窗②定位开关⑤动作，通过可编程控制器⑥输出触发信号使常闭触点KA6断开，KM3的线圈失电，KM3的常开触点断开，电动天窗②失电，保持全关闭状态，避免增加空调能耗，同时电动天窗②反转运行信号灯HG3因电路断开而熄灭。

本实用新型实现采光顶的通风散热和降温，其核心的通风系统可根据室内温度工况灵活可调，一年四季可根据室外气象条件的变化和室内温度的监测调节至最佳的工作状态，可有效增强玻璃采光顶的安全可靠性、改善室内的热舒适环境，降低带采光顶大空间的运行能耗，对建筑的安全可靠、健康舒适和节能减排均具有非常重要的意义。

结论

本实用新型简单可靠，其核心通过温度传感器的温度监测及辐射热传感器的热辐射强度监测联动控制电动天窗的启闭和排风机的启停，以解决屋顶热量累积导致的热舒适性问题和避免采光顶玻璃高温自爆，适用于夏热冬冷或夏热冬暖地区采用大面积采光屋顶的高大空间建筑。

1、采用本实用新型，节省空调能耗。对于采用大面积采光顶的建筑空间，在夏季需要大容量的空调系统解决室内的热量累积，空调能耗高。采用本实用新型自动控制系统，可将上部累积的余热高效排出，大幅降低空调系统承担的余热负荷，进而减少空调能耗。

2、采用本实用新型，室内空气品质高。上部增设通风系统，在排出余热的同时引入大量的新风、排出污染物，有利于提高室内空气的通风换气量，改善室内空气品质。

3、采用本实用新型，室内舒适度高，有利于保障屋顶玻璃的安全。上部增设通风系统，排除顶部累积热量，可有效降低顶面温度，有利于改善下方活动人员的热舒适感和降低屋顶玻璃因长期高温的自爆风险。

可见，该实用新型对增加屋顶玻璃的安全可靠性，降低设有大面积采光顶高大空间的夏季空调能耗、提升环境品质及建筑节能有着非常积极的意义。

Claims (6)

1.一种采光顶热聚集条件下通风散热的自动控制系统，其特征是：包括自动控制箱、温度传感器、辐射热传感器、电动天窗、排风机、电源线及信号线，所述自动控制箱通过信号线分别与温度传感器、辐射热传感器和电动天窗定位开关连接，所述自动控制箱通过电源线分别与排风机和电动天窗连接，并按照相应的控制逻辑联动控制排风机和电动天窗动作。

2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征是：所述自动控制箱包含可编程控制器PLC、交流接触器KM1、交流接触器KM2、交流接触器KM3、常闭触点一、常闭触点四、常闭触点五、常开触点四、常开触点五、常开触点六、常开触点七和常开触点八；交流接触器KM1包含线圈一和常开触点一；交流接触器KM2包含线圈二、常开触点二和常闭触点二；交流接触器KM3包含线圈三、常开触点三和常闭触点三；常开触点四、常开触点五和交流接触器KM1的常开触点一并联后，与常闭触点一和交流接触器KM1的线圈一串联，然后接入交流220V电源相线和零线之间；常开触点六、常开触点七和交流接触器KM2的常开触点二并联后，与常闭触点四、接触器KM3的常闭触点三和交流接触器KM2的线圈二串联后，也接入上述交流220V电源相线和零线之间；常开触点八、手动启动按钮SF3和交流接触器KM3的常开触点并联后，再与常闭触点五、交流接触器KM2的常闭触点二和交流接触器KM3的线圈三串联后，也接入上述交流220V电源相线和零线之间；交流接触器KM1的常开触点一的输出端与排风机电源输入端连接；交流接触器KM2的常开触点二和KM3的常开触点三的输出端分别与电动天窗电源输入端连接；温度传感器、辐射热传感器和电动天窗定位开关的信号输出端均与可编程控制器PLC的输入端连接；可编程控制器PLC的输出端分别与常开触点四、常开触点五、常开触点六、常开触点七、常开触点八、常闭触点一、常闭触点四和常闭触点五的信号输入端连接。

3.根据权利要求2所述的自动控制系统，其特征是：所述自动控制箱还包含手动启动按钮SF1、手动停止按钮SS1、手动启动按钮SF2、手动停止按钮SS2、手动启动按钮SF3和手动停止按钮SS3；手动启动按钮SF1与常开触点四、常开触点五和交流接触器KM1的常开触点并联连接，然后与手动停止按钮SS1串联；手动启动按钮SF2与常开触点六、常开触点七和交流接触器KM2的常开触点二并联连接，然后与手动停止按钮SS2串联；手动启动按钮SF3与常开触点八、手动启动按钮SF3和交流接触器KM3的常开触点并联连接，然后与手动停止按钮SS3串联。

4.根据权利要求1或2或3所述的自动控制系统，其特征是：温度传感器和辐射热传感器分别设置于采光顶下方。

5.根据权利要求1或2或3所述的自动控制系统，其特征是：排风机设置于采光顶下方建筑物侧壁。

6.根据权利要求1或2或3所述的自动控制系统，其特征是：电动天窗位于采光顶中部。