TW202020292A - 具有透射之自動化控制之可切換玻璃窗 - Google Patents

具有透射之自動化控制之可切換玻璃窗 Download PDF

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TW202020292A
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坦蓋 提莫曼斯
安迪 麥可尼爾
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比利時商Ａｇｃ歐洲玻璃公司
日商Ａｇｃ股份有限公司
美商Ａｇｃ北美玻璃公司
巴西商Ａｇｃ巴西玻璃股份有限公司
美商金思拓科技公司
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Abstract

本發明係關於一種可切換玻璃窗，其光及能量透射在施加電壓時被更改，其包括， Ÿ一電致變色(EC)玻璃單元，其對於光之光透射TL在經施加至該電致變色玻璃單元之一電壓的變動之後於一最小值TLmin與一最大值TLmax之間更改， Ÿ一電源，用於變動經施加至該電致變色玻璃單元之該電壓， Ÿ一感測器(5s)，用於量測代表太陽在該電致變色玻璃單元之外表面上之輻照度Is之一參數的值， Ÿ一控制器(5c)，用於控制經施加至該電致變色玻璃單元之該電壓，該控制器經組態用於實行以下步驟： ○將經包括於該輻照度Is之一最低邊界Is1與一最高邊界Is(N+1)之間之一範圍劃分成N個區間，Ri = [Isi, Is(i +1)]， ○針對經包括於該N個區間R1至RN之一第i區間，Ri = [Isi, Is(i +1)]中之該輻照度Is之一值，施加產生隨經包括於由方程式(1)定義之範圍內之i之值而變化之該光透射之一值TL(Ri)之一電壓，該方程式(1)如下：

Description

具有透射之自動化控制之可切換玻璃窗
本發明係關於可切換窗，通常為建築窗，其等包括能夠在實質上整個其區域上方或在其整個區域之一選定子區域上方在一亮狀態與一暗狀態之間切換之一電致變色玻璃。特定言之，本發明提出此玻璃自一個透射狀態至另一透射狀態之切換之一自動化控制而具有最小化過渡效應。
如圖1(a)中繪示，當太陽輻射照射一玻璃時，入射光i0之一部分被反射(= ir)，由玻璃吸收(= ia)且一部分i1/i0被透射(= i1)穿過玻璃。如圖1(b)中展示，被透射光之部分取決於入射光之波長及玻璃之類型G1至G3；某一玻璃(諸如G1)比其他玻璃(諸如G3)透射更多光。
在光學器件中，「透射」或「透射比」係一物質允許光穿過之性質。未被透射之部分在程序中被反射及/或吸收。被透射光係被透射且未被吸收之光之波長之一組合。例如，若白光照射穿過一藍色濾光器，則被透射光呈現藍色，此係因為紅色及綠色波長由藍色濾光器吸收。本文中使用之一玻璃之透射值係如方程式1至3中針對EN410 (2011)之§5.2之單層、雙層及三層玻璃所定義，其考量各種因素而給出在一波長範圍內之玻璃之光透射之一平均值。存在用於量測一玻璃之透射，從而產生與由EN410 (2011)產生之值相關但不一定與其等相等之值之其他標準。例如，NFRC 201-2014在美國被廣泛使用。本文件中引用之TL之任何值已根據EN410 (2011)量測且可與使用諸如NFRC 201 2014之另一正規化技術量測之對應值明確地相關。
一可切換窗包括針對一給定波長範圍之其光透射性質TL可在施加一電壓ΔU之後更改(自容許光透射之一最高值之一高透射狀態TLmax改變至容許光透射之一最低值之一低透射狀態TLmin)之一玻璃(glass或glazing)。參考圖1(a)，可藉由變動光吸收、光反射及光漫射之一或多者而變動透射之值。取決於可切換窗之類型，低透射狀態TLmin可對應於一較暗、(幾乎)不透明窗(較高吸收)、一類似鏡之窗(較高反射)或一半透明窗(較高漫射)。具有此等性質，可切換窗在相對大尺寸之建築窗之領域中吸引許多關注，此係因為其等可消除對於窗簾及內或外遮光簾或百葉窗之需要。
可在(例如) US9658508、WO2014143410及WO2014113795中發現電致變色裝置及玻璃之實例。電致變色玻璃需要一股電流以改變其透射TL，但一旦已完成改變，便不需要電來維持已達到之特定陰影。施加至電致變色玻璃之電壓ΔU及因此光透射TL之位準可(例如)使用一遙控手動地控制。替代地，一太陽輻照度感測器(本文中被稱為一「光感測器」或被簡稱為一「感測器」)可應用於一戰略點，且一控制器回應於代表太陽輻照度Is之一參數而變動施加至電致變色玻璃之電壓，以便依據天氣、太陽位置等而變動玻璃之色調。
太陽輻照度Is [W/m²]係由一區域自太陽以在量測儀器之波長範圍中(通常在350 nm至2500 nm之範圍中，但針對可見光中之應用，380 nm至780 nm之範圍尤其受關注)之電磁輻射之形式接收之每一單位面積之功率。例如，代表太陽輻照度之一參數係直接法向輻照度(DNI)，其係在地球之表面處在具有垂直於太陽之一表面元件之一給定位置處量測。
當前市場上有售之大尺寸之電致變色玻璃之一問題係自一第一透射值至一第二透射值之通過必然伴隨具有一特定持續時間之一過渡階段。針對如同汽車中之後視鏡之小尺寸之電致變色玻璃，過渡階段之持續時間如此短使得其幾乎不可感知。然而，針對大尺寸之電致變色玻璃，持續時間可由眼睛偵測。取決於電致變色玻璃之型號，過渡階段之特性在於(例如)一「虹膜效應」或一「蜂巢」效應。虹膜效應係指當施加一電壓以在一高透射狀態與一低透射狀態之間切換時，透射TL之非瞬時且空間上不均勻之改變。虹膜效應係一電壓降透過提供至裝置之一側或兩側之電接觸之透明導電塗層在整個區域上方均勻地延伸之延遲之結果。當將一較高(或較低)電壓施加至一電致變色玻璃時，電位接近玻璃之邊緣最高(或最低)且朝向玻璃之中心降低(或升高)。一大結構之邊緣與中心之間之電位之此暫態差異導致玻璃之區域上方之對應光透射之變動。隨著時間，光透射位準TL在一玻璃之整個區域上方變得均勻。
在經開發用於解決虹膜效應之問題之電致變色玻璃之某些型號中觀察到蜂巢效應，然而，此在一過渡階段期間在玻璃之表面上引入一蜂巢柵格之外觀。電致變色玻璃之領域中之新發展趨於將過渡階段之持續時間減小至較低值，但迄今為止，不足以不干擾大尺寸之窗(如同建築窗)。
過渡階段之持續時間係依據太陽輻射Is之值而變化之一玻璃之色調控制(=光透射，TL)之自動化之一主要障礙，此係因為連續回應於太陽輻射Is之變動之大尺寸之一電致變色玻璃將係透射之準連續改變值，從而導致持續保持於兩個改變階段之間之一過渡階段中。
一玻璃之透射位準之一自動化控制之一第二主要障礙係自動歸因於輻射之強度之一給定值之TL之值必須滿足使用者之舒適度之一感知(其似乎表面上為一主觀條件)。
自前述回顧可見，為使大尺寸之一電致變色玻璃之透射之控制完全自動化，仍存在許多問題待解決。本發明提出大尺寸之一電致變色玻璃之一自動化色調控制，此降低功率消耗、減少過渡階段之發生且使透射值與太陽輻射及對於光變動之舒適度之人類感知相關。
隨附獨立技術方案定義本發明。附屬技術方案定義較佳實施例。特定言之，本發明係關於一種可切換玻璃窗，其光及能量透射在施加電壓時更改。例如，施加至電致變色玻璃單元之一電壓之變動可藉由變動光吸收及/或光反射而更改光及能量透射TL。本發明之可切換玻璃窗包括， (a)一電致變色(EC)玻璃單元，其包括一外表面及一內表面且其對於具有包括於380 nm與780 nm之間之波長之光之光透射TL在施加至該電致變色玻璃單元之一電壓之變動之後在一最小值TLmin與一最大值TLmax之間更改， (b)一電源，其用於變動施加至該電致變色玻璃單元之該電壓， (c)一感測器，其用於量測代表太陽在該電致變色玻璃單元之該外表面上之輻照度Is之一參數之值， (d)一控制器，其用於控制施加至該電致變色玻璃單元之該電壓，該控制器經組態用於實行以下步驟： (i)基於由該感測器量測之該參數之該等值而判定該輻照度Is之值， (ii)將包括於該輻照度Is之一最低邊界Is1與一最高邊界Is(N+1)之間之一範圍劃分成N個區間，Ri = [Isi, Is(i +1)]，其中Is1、Is(N+1)及N之值經預定義，且其中i = 1至N+1， (iii)針對低於或等於該最低邊界Is1之該輻照度Is之一值，施加產生該透射之該最大值TLmax之一電壓(若Is ≤ Is1 ⇒ TL = TLmax)， (iv)針對高於或等於該最高邊界Is(N+1)之該輻照度Is之一值，施加產生該透射之該最小值TLmin之一電壓(若Is ≥ Is(N+1) ⇒ TL = TLmin)， (v)針對包括於該N個區間R1至RN之一第i區間，Ri = [Isi, Is(i +1)]中之該輻照度Is之一值，施加產生依據包括於由方程式(1)定義之範圍內之i之值而變化之該光透射之一值TL(Ri)之一電壓，該方程式(1)如下：
Figure 02_image004
其中當i = 1或N+1時，ε包括於0與1之間，Ai = 1，且針對i = 2至N，Ai包括於0.8與1.2之間。
在一較佳實施例中，針對TLmin ＞ 1%之值，ε = 0，從而產生方程式(1a)：
Figure 02_image006
且針對TLmin ≤ 1%之值，ε = 1，從而產生方程式(1b)：
Figure 02_image008
若有疑問，一玻璃之透射TL之值如在方程式1至3中針對EN410 (2011)之§5.2之單層、雙層及三層玻璃定義。在判定色調位準時使用之參數可係直接法向輻照度(DNI)，其係每一單位面積由一表面接收之太陽輻射之量，該表面經固持始終垂直於自太陽之方向在其於天空中之當前位置處以一直線進入之光線。直接法向輻射可由一感測器直接量測或自其他感測器量測導出。
將包括於輻照度Is之最低邊界Is1與最高邊界Is(N+1)之間之範圍劃分成N個區間，其等不一定需要具有一恆定寬度。然而，較佳地係以具有相同寬度(Is(i +1) – Isi =常數
Figure 02_image010
)之N個區間Ri = (Isi, Is(i +1))劃分範圍，使得，
Figure 02_image012
在一較佳實施例中，該控制器經組態用於基於代表由一單一感測器量測之輻照度(Is)之參數之值實行兩個或兩個以上可切換玻璃窗之步驟(i)至(v)。例如，該控制器可經組態用於基於由一或多個感測器量測之依據包含兩個或兩個以上可切換窗之各者之外表面之一空間位置及/或一定向之兩個或兩個以上可切換窗之各者之規格而變化之參數之值而判定輻照度參數Is之值。可將依據一天及一年之時間而變化之自電致變色玻璃單元之外表面隱藏太陽之固定障礙物之出現鍵入控制器中。輻照度參數Is之值之判定可考量該等出現用於基於一或多個感測器對參數之量測而判定到達一給定EC玻璃單元之輻射之一值。
該控制器亦可經組態用於基於在一給定時間段內由一或多個感測器量測之一組歷史值而判定輻照度參數Is之值(例如)以將EC玻璃單元對輻照度之間歇性急劇改變之時段之回應整平。
本發明之一些態樣亦可擴展至其他類型之控制(如同手動或排程)以亦最小化此等控制之過渡效應。
在一特定替代實施例中，此處定義之N個區間亦可與其他控制器一起使用，其中期望一有限數目個可存取色調位準。此等控制器包含(但不限於)由使用者使用開關、鍵台、經連接應用程式、排程事件或進行分散決策完成之手動控制，其中控制由另一設備(如同建築物管理系統(BMS)、HVAC控制器或照明控制器)執行。在此情況中，來自方程式1之Ri參數未由藉由一感測器量測之一值而係藉由來自使用者之一輸入提供，所要位準在排程或針對另一建築物組件(BMS、HVAC或照明)之一輸入中指定。
本發明係關於一種可切換玻璃窗，其光及能量透射在施加電壓時更改。適用於本發明之一可切換玻璃窗包含任何此可切換玻璃窗，其包括一電致變色(EC)玻璃單元，該EC玻璃單元包括一外表面及一內表面且其對於具有包括於380 nm與780 nm之間之波長之光之光透射TL在施加至電致變色玻璃單元之一電壓之變動之後在一最小值TLmin與一最大值TLmax之間更改。為了對EC玻璃單元供電，必須亦對可切換玻璃窗提供用於變動施加至電致變色玻璃單元之電壓之一電源。若干技術可供一般技術者用於判定一玻璃之透射TL之一值之且可使用任何此技術。此係因為雖然使用任何此技術量測之值正常全部彼此相關，但其等不一定給出相同值。然而，若有疑問，一玻璃之透射TL之值在本文中如方程式1至3中針對EN410 (2011)之§5.2之單層、雙層及三層玻璃定義般被量測。EN410 (2011)藉由對在各「可見」波長(380 nm至780 nm)下之透射值(其等由該等波長值下之太陽能及人眼靈敏度加權)求平均值而定義一玻璃在一波長範圍內之透射之一單一值。
由經施加至根據本發明之電致變色玻璃單元之一電壓的變動觸發之透射的變動可藉由光吸收及/或光反射(比較圖1)之一變動之任一者來達成。本發明尤其適用於大尺寸之可切換窗，諸如具有較佳至少850 nm、較佳至少1500 mm、更較佳至少2500 mm之長度之一對角線的建築窗。 輻照度Is
如在本發明之先前技術之回顧中論述，此等可切換玻璃窗之透射TL可係(例如)使用一遙控手動地控制。本發明尤其係關於經自動化控制之可切換玻璃窗。出於此原因，本發明之可切換玻璃窗亦包括用於量測代表太陽在電致變色玻璃單元之外表面上之輻照度Is之一參數之值之一感測器(5s)。然而，在本發明之意義上，N個區間可相等地用於任何其他類型之(例如，手動、排程、分散)控制。
在本文中將太陽輻照度Is定義為在一表面上自太陽以在量測儀器之波長範圍內之電磁輻射的形式接收之每一單位面積的功率。時間積分之太陽輻照度被稱為太陽輻射、日照或日曬。代表由感測器量測之太陽輻照度Ir的參數可(例如)係直接法向輻照度(DNI)。直接法向輻照度係由一表面接收之每一單位面積的太陽輻射量，該表面經固持成始終垂直於一光線自太陽當前在天空中的位置以一直線進入的方向。可量測其他參數，但量測DNI之感測器或自其他感測器量測參數導出DNI之感測器係市售現貨。
基於由感測器量測之參數之值，一控制器(5c)經組態以判定輻照度Is之值。控制器必須接著依據輻照度之該值來調適EC玻璃單元之光透射的值。 依據輻照度而變化之透射
本發明之要旨係控制器(5c)，該控制器(5c)經組態用於依據EC玻璃單元所曝露之太陽輻射Is的瞬時值來自動地調適經施加至電致變色(EC)玻璃單元的電壓。控制器(5c)經如此組態以便產生以下優點： (a)可實質上減小在其服務壽命期間一EC玻璃單元於一過渡狀態中的時間，因此減少使用當前最先進技術EC玻璃單元之虹膜或蜂巢效應的不方便， (b)可降低功率消耗且，最後但非最不重要， (c) 對於一人眼，EC玻璃單元之光透射對光輻照度之一變動的自動化調適比當前最先進技術自動化EC玻璃單元更舒適。這使如此處定義之N個區間的使用對於任何其他控制方法同樣是令人感興趣的。
前述優點由根據本發明之經組態用於實行以下步驟之一控制器(5c)提供。參考圖2，將包括於一最低邊界Is1與一最高邊界Is(N+1)之間之輻照度Is之一範圍劃分成N個區間，Ri = [Isi, Is(i +1)]，其中Is1、Is(N+1)及N之值經預定義，且其中i = 1至N+1。
如下定義透射TL之邊界值。 針對低於或等於最低邊界Is1 (例如，一暗光)之輻照度Is之一值，施加產生透射之最大值TLmax之一電壓(若Is ≤ Is1 ⇒ TL = TLmax)。換言之，若光係暗的，則玻璃非常「透明」(即，最大化EC玻璃單元之透射i1/i0)。 Ÿ針對高於或等於最高邊界Is(N+1) (例如，一亮光)之輻照度Is之一值，施加產生透射之最小值TLmin之一電壓(若Is ≥ Is(N+1) ⇒ TL = TLmin)。換言之，若光係亮的，則玻璃使較少光穿過(即，最小化EC玻璃單元之透射i1/i0)。
針對包括於N個區間R1至RN之一第i區間Ri = [Isi, Is(i +1)]中之輻照度Is之一值，施加產生依據包括於由方程式(1)定義之範圍內之i之值而變化之光透射之一值TL(Ri)之一電壓，方程式(1)如下：
Figure 02_image014
其中當i = 1或N+1時，ε包括於0與1之間，Ai = 1且針對i = 2至N，Ai包括於0.8與1.2之間。
針對其中TLmin → 0之情況，尤其需要方程式(1)中之參數ε。在一較佳實施例中，針對TLmin ＞ 1%之值，ε = 0，從而產生方程式(1a)：
Figure 02_image016
針對TLmin ≤ 1%之值，ε = 1，從而產生方程式(1b)：
Figure 02_image018
其中Ai、TLmin、TLmax、N及i具有與關於方程式(1)定義之相同意義。圖4(a)至圖4(d)在ε = 0 (實線)及ε = 1 (虛線)之情況中，針對TLmin = 1%、0.5%、0.01%及→0，比較依據輻照度Is而變化之透射TL。可見，當TLmin之值趨向於0時，透射在第一區間與第二區間(來自N = 6個區間)之間之變動實質上增加。針對TLmin ≤ 1%之值將ε之值設定為1容許維持針對TLmin之較大值獲得之曲線TL = f(Is)之輪廓。 針對TLmin ＞ 1%之值，ε = 0或1之間之差異係可忽略的。
如上文定義，必須將包括於輻照度Is之最低邊界Is1與最高邊界Is(N+1)之間之範圍劃分成N個區間，Ri = (Isi, Is(i +1))。劃分可係非線性的，例如，在輻照度之小值下具有較大尺寸之區間。然而，如下將範圍以具有相同量值之N個區間劃分係較佳的，
Figure 02_image020
本發明之優點
針對Ai = 0.8、1及1.2，ε= 1且N = 6個區間R1至R6之值，在圖2中以圖形方式表示依據輻照度Ir之值而變化之EC玻璃單元之透射TL之變動。可見，該關係 Ÿ逐步變動，在各範圍Ri內具有透射TL之一恆定值，及 Ÿ透射TL之值自一個區間Ri至一下一區間R(i+1)之變動不線性變動但遵循一冪律。
透射TL之一逐步變動對於以下項有利：(a)改良使用者之舒適度；及(b)降低功率消耗。實際上，EC玻璃單元之透射對於光輻照度之變動之一連續回應將使EC玻璃單元保持於準連續過渡模式中，從而準連續產生一虹膜效應或一蜂巢效應。此外，由於僅在自一個透射狀態通過至另一透射狀態期間消耗功率，故EC玻璃單元將連續地消耗功率。藉由對比，使用透射之一逐步變動，EC玻璃單元僅在發生太陽輻射之給定量值(其對應於一區間Ri之量值)之一變動時改變狀態，且一虹膜或蜂巢效應僅在一輻射變動大於一區間Ri之幅度時發生。因此，一操作者可決定根據一特定應用之要求調諧EC玻璃單元對於光輻照度之變動之回應靈敏度。
在圖3中繪示數目N個區間對於EC玻璃單元對光輻射之變動之回應的影響，其中在圖3(a)中，N = 3，在圖3(b)中，N = 4，且在圖3(c)中，N = 6。步進之高度隨著增加之步進數目N而減小，針對數目N個步進之非常高值，趨向於一平滑曲線。當一給定範圍[Is1, Is(N+1)]之區間的數目N非常高時，區間的量值減小，且行為趨向於EC玻璃對光輻射變動之一連續反應性。例如，當具有非常短過渡時段之EC玻璃單元可用於針對相對較低尺寸之窗，或針對小幅度之變動範圍[Is1, Is(N+1)]時，此將係令人感興趣的。相反地，使用一低數目N個區間，各區間Ri之幅度增加，且逐步變動更明顯。
透射自輻射之一個區間Ri至一下一區間R(i+1)之一指數變動對於使用者之舒適度亦有利。一物理刺激的實際改變與由一人類使用者感知的改變之間的關係非線性的。此適用於此處所關注之視覺刺激，但亦適用於其他感官，包含聽覺、味覺、觸覺及嗅覺。例如，在19世紀，Fechner提出「簡單差分靈敏度與差異之分量的大小成反比；相對差分靈敏度保持相同而無關於大小」。此可以數學術語表達為dP = k dS/S，其中P係感知，S係一刺激，且k係一相關性常數。換言之，若輻照度Isi之起始值低(例如，Isi = 10 W/m²)或高(例如，50 W/m²)，則5 W/m²絕對值之一輻照度變動ΔIs = Is(i+1)-Isi不被人眼類似地感知，此係因為分別為5/10 = 50%及5/50 = 10%之相對變動dS/S實質上不同。為了產生類似於自Isi = 10 W/m²起始之自Isi = 50 W/m²起始之一感知，變動應係約25 W/m² (即，五倍高)以達到75 W/m²之一輻射值且產生差分刺激dS/S = 25/50 = 50%之一值，且因此觸發類似於針對自10 W/m²至15 W/m²之一增加之一感知。
在此等條件中，明顯地，透射對輻射之一變動之一線性回應無法滿足一人類使用者之舒適度。研究表明，眼睛在一中等範圍內近似對數地感測亮度，但在一較廣範圍內更如同一冪律。EC玻璃單元之透射對由方程式(1)定義之光輻照度之變動的非線性回應模仿人眼之感知與一光刺激之一變動之間的關係。因此，自10 W/m²至15 W/m²之5 W/m²之一變動比自50 W/m²至55 W/m²之5 W/m²之一類似變動觸發透射之一更大減少。因此，增強使用者之舒適度，此係因為EC玻璃單元之透射的變動遵循人眼對光輻照度之變動之感知的變動。 (若干)控制器及(若干)感測器配置
在一較佳實施例中，一單一控制器(5c)可控制一個以上EC玻璃單元且經組態用於針對兩個或兩個以上可切換玻璃窗實行步驟(i)至(v)。各可切換窗可耦合至其自身之感測器(5s)。此解決方案係令人感興趣的在於感測器量測代表直接施加至其經耦合至之可切換窗之輻照度Is之一參數。不便係必須將一感測器及與其相關聯之佈線配裝至每一窗之成本以及大體積。
一較佳實施例由將一個感測器(5s)耦合至兩個或兩個以上可切換玻璃窗組成。此示意性地在圖5中繪示，其中一單一控制器(5c)基於由一單一感測器(5s)量測之參數之值而控制一建築物之全部可切換窗之透射。在此實施例中，控制器經組態用於基於代表由一單一感測器量測之輻照度(Is)之參數之值實行兩個或兩個以上可切換玻璃窗之步驟(i)至(v)。然而，圖5中繪示之組態具有一問題在於由定位於(例如)建築物之屋頂上之一單一感測器(5s)量測之輻照度無法產生可應用至建築物之全部窗之輻照度之一單一值而無關於其定向及高度。可獨立地或組合地應用以下兩個解決方案：(1)將一個感測器耦合至可切換玻璃窗之一子群組，例如，一個感測器用於面朝南方之窗、一個感測器用於面朝東方之窗等；及(2)使用在由定位於不同於一給定可切換窗之一位置及定向處之一感測器(5s)量測之參數之值之基礎上計算該給定可切換窗所曝露之輻照度之一演算法組態控制器。
一個感測器(5s)可曝露至太陽且耦合至全部共用對太陽之一相同或類似曝露之數個可切換窗。在圖5中，此可包含(例如)在曝露至南方(S)、北方(N)、東方(E)或西方(W)之一牆壁上之建築物之第n及第(n-1)(頂部)樓層之全部窗(LS,n、LS,n 1、…)，其等在牆壁之右手側(R)及/或左手側(L)。因此定位之感測器量測直接代表由其經耦合至之窗接收之輻照度之一參數。此係藉由減小感測器之數目而降低成本而不需要解決任何額外問題之一簡單且有效的方式。
在一更複雜實施例中，控制器可基於具有不同於其經耦合至之任何窗之一定向之一單一感測器(5s)對參數之量測而控制具有彼此不同之定向及對光之曝露之若干可切換窗之透射變動。在此實施例中，控制器經組態用於基於由一或多個感測器(5s)量測之依據兩個或兩個以上可切換窗(LS,n、LE,n、…)之各者之規格(包含兩個或兩個以上可切換窗之各者之外表面之一空間位置及/或一定向)而變化之參數之值而判定輻照度參數Is之值。控制器可甚至使用一演算法組態，該演算法預測依據一天之時間及一年之時間而變化之太陽之位置與一給定可切換窗之位置之間之實體障礙物之干擾。圖6繪示自一給定可切換窗可見之景觀之一實例。可見，一年之一些天，在一天之某些時段，實體障礙物(諸如一建築物、樹等)將其等陰影投射至可切換窗上。
控制器亦可經組態用於基於由一或多個感測器量測之一組歷史值而判定輻照度參數Is之值。例如，在具有以高速度移動且間歇性地隱藏且露出太陽之小尺寸之許多雲之一晴天之情況中，取決於雲是否隱藏或露出太陽，輻照度之值將在高值與低值之間間歇性地改變。在此等條件中，EC玻璃單元之透射TL在一給定時間段期間可比期望更頻繁地改變。控制器可經組態用於識別此等情境，且用於將EC玻璃單元之透射之值設定至對應於在一最近時間段中(例如，在最近一小時中)記錄之最低值之一舒適模式。當最暗雲隱藏太陽時，在此舒適模式中之可切換窗比理想情況稍微更暗，但當太陽照耀時，給出一最佳感知，而不間歇性地自一個透射值移位至另一透射值。
本發明提供依據輻照度而變化之一可切換玻璃窗之透射之自動化控制之一實質進步。控制器(5c)經如此組態以便一方面，藉由使色調變動之回應與人眼對一光刺激之變動之感知對準且另一方面，藉由減少一EC玻璃單元經歷一過渡狀態之次數而確保對一人眼之舒適度。本發明亦藉由減少需要電力來將一EC玻璃單元自一個狀態驅動至另一狀態之過渡狀態之數目，且藉由容許用於控制一組若干可切換玻璃窗所需之感測器及控制器之數目之一降低而提供一實質經濟性。
5c:控制器 5s:光感測器 Ai:方程式(1)中之擬合參數 G1至G3:商用玻璃1、2及3 i0:入射光 i1:被透射光 ia:被吸收光 ir:被反射光 Is:(太陽)輻照度 Isi:太陽輻照度Is之值i，其中I:=:1至(N+1) LS,n、LE,n、…:在一建築物之第n樓層處之一南方(S)、東方(E)等牆壁之左手側(L)上的窗 N:Is1與Is(N+1)之間之Is之區間的數目 Ri:區間i，其中I:=:1至(N+1) RS,n、RE,n、...:在一建築物之第n樓層處之一南方(S)、東方(E)等牆壁之右手側(R)上的窗 TL:一可切換玻璃窗之光透射 TLi:對應於輻照度之一值Isi之TL的值 TLmax:可由一EC玻璃單元獲得之最大透射 TLmin:可由一EC玻璃單元獲得之最小透射 ε:針對TLmin＜:1%之值的校正參數 λ:波長
為了本發明之性質之一更完全理解，參考結合隨附圖式進行之以下詳細描述，其中： 圖1：展示(a)入射光與一玻璃之相互作用；及(b)依據三個市售玻璃G1、G2、G3之波長而變化之透射。 圖2：展示針對Ai之不同值，依據太陽輻射Is而變化之透射TL之控制之一實例。 圖3：展示N之值對依據太陽輻射Is而變化之透射TL之影響。 圖4：展示針對TLmin ≤ 1%之低值，方程式1中之ε = 0或1之值對依據太陽輻射Is而變化之透射TL之影響。 圖5：展示控制一建築物之若干窗之一感測器及處理器。 圖6：展示依據一天之時間及一年之時間而變化之一窗之日曬之一圖。
Ai:方程式(1)中之擬合參數
Isi:太陽輻照度Is之值i，其中I=1至(N+1)
N:Is1與Is(N+1)之間之Is之區間的數目
Ri:區間i，其中I=1至(N+1)
TLmax:可由一EC玻璃單元獲得之最大透射
TLmin:可由一EC玻璃單元獲得之最小透射
ε:針對Tlmin<1%之值的校正參數

Claims (11)

  1. 一種可切換玻璃窗，其光及能量透射在施加電壓時被更改，其包括， (a)一電致變色(EC)玻璃單元，其包括一外表面及一內表面，且其對於具有包括於380 nm與780 nm之間之波長之光的光透射TL在經施加至該電致變色玻璃單元之一電壓的變動之後於一最小值TLmin與一最大值TLmax之間更改， (b)一電源，用於變動經施加至該電致變色玻璃單元之該電壓， (c)一感測器(5s)，用於量測代表太陽在該電致變色玻璃單元之該外表面上之輻照度Is之一參數的值， (d)一控制器(5c)，用於控制經施加至該電致變色玻璃單元之該電壓，該控制器經組態用於實行以下步驟： (i)基於由該感測器量測之該參數之該等值來判定該輻照度Is之值， (ii)將包括於該輻照度Is之一最低邊界Is1與一最高邊界Is(N+1)之間之一範圍劃分成N個區間，Ri = [Isi, Is(i +1)]，其中Is1、Is(N+1)及N之值經預定義，且其中i = 1至N+1， (iii)針對低於或等於該最低邊界Is1之該輻照度Is之一值，施加產生該透射之該最大值TLmax之一電壓(若Is ≤ Is1 ⇒ TL = TLmax)， (iv)針對高於或等於該最高邊界Is(N+1)之該輻照度Is之一值，施加產生該透射之該最小值TLmin之一電壓(若Is ≥ Is(N+1) ⇒ TL = TLmin)， (v)針對包括於該N個區間R1至RN之一第i區間，Ri = [Isi, Is(i +1)]中之該輻照度Is之一值，施加產生隨經包括於由方程式(1)定義之範圍內之i之值而變化之該光透射之一值TL(Ri)之一電壓，該方程式(1)如下：
    Figure 03_image014
    其中當i = 1或N+1時，ε係包括於0與1之間，Ai = 1，且對於i = 2至N，Ai係包括於0.8與1.2之間。
  2. 如請求項1之可切換玻璃窗，其中針對TLmin ＞ 1%之值，ε = 0，從而產生方程式(1a)：
    Figure 03_image023
    且其中針對TLmin ≤ 1%之值，ε = 1，從而產生方程式(1b)：
    Figure 03_image025
  3. 如請求項1或2之可切換玻璃窗，其中一玻璃之該透射TL之該等值係如方程式1至3中針對EN410 (2011)之§5.2的單層、雙層及三層玻璃所定義。
  4. 如請求項1或2之可切換玻璃窗，其中經包括於該輻照度Is之該最低邊界Is1與該最高邊界Is(N+1)之間之該範圍被劃分成N個區間Ri = (Isi, Is(i +1))，其如下，
    Figure 03_image027
  5. 如請求項1或2之可切換玻璃窗，其中由該感測器量測之該參數係直接法向輻照度(DNI)，其係垂直於該感測器之一表面來量測。
  6. 如請求項1或2之可切換玻璃窗，其中該控制器經組態用於針對兩個或兩個以上可切換玻璃窗實行該等步驟(i)至(v)。
  7. 如請求項5之可切換玻璃窗，其中該控制器經組態用於基於代表由一單一感測器量測之該輻照度(Is)之該參數之該等值而針對兩個或兩個以上可切換玻璃窗實行該等步驟(i)至(v)。
  8. 如請求項6之可切換玻璃窗，其中該控制器經組態用於基於由一或多個感測器(5s)量測之依據包含兩個或兩個以上可切換窗(LS,n、LE,n、...)之各者之外表面之一空間位置及/或一定向之該兩個或兩個以上可切換窗之各者之規格而變化之該參數之該等值來判定該輻照度參數Is之該等值。
  9. 如請求項8之可切換玻璃窗，其中將隨一天及一年之時間變化之自該電致變色玻璃單元之該外表面隱藏太陽的固定障礙物的出現鍵入該控制器中，且其中該輻照度參數Is之該等值的該判定考量該等出現而基於該一或多個感測器對該參數之該量測來判定到達一給定EC玻璃單元之該輻射之一值。
  10. 如請求項1或2之可切換玻璃窗，其中該控制器經組態用於基於由一或多個感測器量測之一組歷史值來判定該輻照度參數Is之該等值。
  11. 如請求項1或2之可切換玻璃窗，其中經施加至該電致變色玻璃單元之一電壓之該變動係藉由變動光吸收及/或光反射來更改該光及能量透射TL。
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