TWM624875U

TWM624875U - 智慧型天窗裝置

Info

Publication number: TWM624875U
Application number: TW110214143U
Authority: TW
Inventors: 張源修
Original assignee: 張源修; 國立臺中科技大學
Priority date: 2021-11-29
Filing date: 2021-11-29
Publication date: 2022-03-21

Abstract

一種智慧型天窗裝置，其包含罩體、採光件及智能控制單元，罩體設置在依附體的通孔處，罩體可被驅動而開啟或關閉通孔；採光件設於罩體以利用光學現象將太陽的光線導向通孔而供室內採光；智能控制單元有傳感件和操作件分別設於依附體且電性連接控制件，由傳感件感測室內及/或室外之一環境狀態，當環境狀態滿足一設定條件時，控制件控制操作件驅動罩體開啟通孔，藉此提升室內的採光及通風效果。

Description

智慧型天窗裝置

本創作係提供一種天窗，尤指一種可應用於綠建築之智慧型天窗裝置。

近年來，建築設計方面對綠色能源的採用逐漸重視，像是在建築物上例如有天窗、天井與百葉窗之設計，而能利用太陽光源來獲得充分的採光，及/或達到通風的效果。

然而，傳統天窗的設計，存在以下問題有待改善：

1.由於太陽在天空的位置無時無刻都在變化，而傳統天窗是固定在建築物而所朝向的方位不會改變，舉例來說，假設天窗是相對於地面垂直朝上，當太陽在中午時的位置較高且光線也較強，而且光線相對於垂直天窗的法線有較小入射角度，室內能因此而獲得充足的採光而較為明亮；但當太陽在清晨或傍晚時的位置較低，此時光線較弱，且光線相對於垂直天窗的入射角度也較大，造成室內所能獲得的採光差而較為陰暗。所以，傳統天窗並無法讓太陽由早至晚而變化位置時，都能有效地導引其光源進入室內而提供穩定的照明。

2.建築物為了解決通風的問題，常見的方法是將通風球架設於屋頂，或如公寓大樓是連接至各樓層的天花板，讓室內與室外的空氣形成對流，以將熱氣透過通風球的氣流導引而朝室外排出。然而，通風球的架設往往也造成風及/或雨水由室外經由通風球倒灌回室內，此時除了阻礙室內熱氣的排出，也會因雨水倒灌而造成漏水的問題。

因此，如何解決上述傳統天窗之採光差的問題，以及因通風球的設置所造成通風受阻礙的問題，即為本創作之重點所在。

為解決上述問題，創作人遂竭其心智悉心研究，進而研發出一種智慧型天窗裝置，能透過自動化控制，讓室內能之採光效果和通風效果能夠提升。

本創作之實施例係提供一種智慧型天窗裝置，其包含一罩體、一採光件，以及一智能控制單元。該罩體為透光材質而設置在一依附體的一通孔處，通孔連通室內和室外，該罩體可被驅動而開啟或關閉該通孔；一採光件設於該罩體，太陽在天空中任意位置所發出的光線，可被該採光件利用光學現象導向該通孔而供室內採光；智能控制單元包括一控制件、一傳感件及一操作件，該傳感件和該操作件分別設於該依附體且電性連接該控制件，該操作件可驅動位移地結合該罩體，由該傳感件感測室內及/或室外之一環境狀態，且該控制件對應該環境狀態滿足一設定條件時，該控制件控制該操作件驅動該罩體從一關閉位置移動至一開啟位置，以開啟該通孔使室內和室外之間的空氣流通。

於一實施例中，進一步包括一導流件，該導流件電性連接該控制件，該導流件設於該依附體且位在該通孔中，由該傳感件感測室內及/或室外之該環境狀態滿足該設定條件時，該控制件觸發該導流件以導引氣流在室內和室外之間強制對流。

於一實施例中，該導流件為風扇，其可為正壓而強制氣流由室外往室內對流；或為負壓而強制氣流由室內往室外對流。

於一實施例中，該控制件包括一遠端通訊件，該控制件以該遠端通訊件經網際網路與一位於外部之終端機通訊連接，該傳感件所感測之該環境狀態可由該終端機接收並監控，且可由該終端機遠端遙控該控制件而觸發該操作件及/或該導流件。

於一實施例中，該罩體呈半球殼狀，該採光件由多個反光鏡所組成，該多個反光鏡為相鄰併接呈環圈狀而圍繞該罩體之最大徑，且該多個反光鏡彼此的鏡面都是面向該通孔。

於一實施例中，該傳感件包括一設於室外之第一感測器以及一設於室內之第二感測器，該第一感測器用以感測室外之該環境狀態，而該第二感測器用以感測室內之該環境狀態。

於一實施例中，該環境狀態為光照度、噪音分貝、溫度、濕度、輻射量、風速、降雨量、細懸浮微粒及空氣中有害化學物質含量中的至少一者。

於一實施例中，進一步包括一遮光組件，該遮光組件包括多層具有不同透光率的遮光簾而可被驅動地設於該依附體，供以不同透光率的該多層遮光簾中擇一遮於該通孔，以調整室內採光的明暗。

於一實施例中，進一步包括一太陽能供電單元電性連接該控制件，該太陽能供電單元包括一太陽能板和一蓄電池，該太陽能板於室外設置在該依附體，而該蓄電池電性連接該太陽能板，該太陽能板接收光線後發電且蓄電於該蓄電池，藉以提供所述裝置所需之電力。

於一實施例中，該罩體包括一燈具，該燈具設於該罩體的外側，用以在夜間時開啟而作為景觀用燈。

藉此，本創作的智慧型天窗裝置，藉由在罩體設有採光件，太陽的光線透過採光件能被以光學現象導向該通孔，使能進入室內的有效光增加，以達到室內的採光效果提升的功效；並且，藉由傳感件感測室內及/或室外之環境狀態，而當環境狀態滿足控制件之設定條件時，不以透過人工操作為必要，即能夠由控制件觸發操作件驅動罩體位移至開啟位置，讓室內和室外之間能夠經由該通孔相連通，以達到室內和室外的通風效果提升的功效。

100:智慧型天窗裝置

10:罩體

11:燈具

20:採光件

21:反光鏡

211:鏡面

30:智能控制單元

31:控制件

311:遠端通訊件

32:傳感件

321:第一感測器

322:第二感測器

33:操作件

40:導流件

50:遮光組件

51、52、53:遮光簾

60:太陽能供電單元

61:太陽能板

62:蓄電池

70:依附體

71:通孔

P1:關閉位置

P2:開啟位置

E:網際網路

T:終端機

圖1係本創作實施例之智慧型天窗裝置之平面示意圖。

圖2係本創作實施例之智能控制單元及其電性連接太陽能供電單元之方塊圖。

圖3係圖1之罩體所設反光鏡以鏡面反射光線之示意圖。

圖4係圖1之罩體在開啟位置且由導流件使氣流強制流通之示意圖。

圖5係圖1之遮光組件以其中一遮光簾展開而遮於通孔時之示意圖。

圖6係本創作實施例之控制件以遠端通訊件與終端機通訊連接之方塊圖。

為充分瞭解本創作之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本創作做一詳細說明，說明如後。

如圖1至圖6所示，本創作提供一種智慧型天窗裝置100，其包含一罩體10、一採光件20，以及一智能控制單元30，且於一實施例中進一步包括一導流件40、遮光組件50及一太陽能供電單元60，其中：所述罩體10，其為透光材質所製成，包括但不限於玻璃或壓克力材質。如圖1所示，罩體10可以是設置在一依附體70的一通孔71處，通孔71為連通室內和室外，罩體10可被驅動而開啟或關閉通孔71，通孔71在罩體10為開啟時形成如開放的天井，而在罩體10為關閉時形成如封閉的天窗。於一實施例中，所述依附體70為建築物的屋頂，但不以此為限，例如可開設窗戶的牆面或其他需要採光和通風之處，皆可為本創作所述的依附體70。於一實施例中，罩體10呈半球殼狀，但罩體10的形狀不以半球殼狀為限。

所述採光件20，其設於罩體10，而於一實施例中，採光件20是由多個反光鏡21所組成。如圖1所示，多個反光鏡21為相鄰併接呈環圈狀而圍繞罩體10的底部，於此也就是罩體10之最大徑的位置，而且多個反光鏡21彼此的鏡面 211都是面向於通孔71。如圖2所示，太陽在天空中任意位置所發出的光線，可被採光件20利用光學現象導向通孔71而供室內採光，所述光學現象於此為多個反光鏡21在太陽的光線照射下產生反射現象，而由於反光鏡21彼此的鏡面211都是面向於通孔71，可將反射的光線導向通孔71而成為進入室內的有效光。所述採光件20為多個反光鏡21所組成僅為一實施例，本創作並不以此實施例之態樣為限，所述採光件亦可為導光板(圖中未示)，此時的採光件是通過全反射現象將通過的光線成為有效光而可被導向通孔71發出。

所述智能控制單元30，如圖3所示，包括一控制件31、一傳感件32及一操作件33，傳感件32和操作件33分別設於依附體70，且傳感件32和操作件33電性連接控制件31，操作件33可驅動位移地結合罩體10，此述操作件33於一實施例中可以是由馬達驅動的擺臂(如圖1、4所示)，而透過擺動而驅動罩體10開啟或關閉通孔71，但本創作之操作件33不以所述擺臂為限。傳感件32可以感測室內及/或室外之一環境狀態，且控制件31對應該環境狀態滿足一設定條件時，控制件31控制操作件33驅動罩體10從一關閉位置P1(如圖1所示)移動至一開啟位置P2(如圖4所示)，使室內和室外之間的空氣得以藉由通孔71的開啟而流通。於一實施例中，控制件31可以是可程式邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)。

於一實施例中，傳感件32包括一第一感測器321以及一第二感測器322，第一感測器321於此為設於室外用以感測室外之環境狀態，此述室外之環境狀態例如為光照度、噪音分貝、溫度、濕度、輻射量、風速、降雨量、細懸浮微粒(PM 2.5)，以及空氣中有害化學物質(例如甲醛、揮發性有機物VOCs)含量中的至少一者；第二感測器322則是設於室內而用以感測室內之環境狀態，此述室內之環境狀態例如光照度、噪音分貝、溫度、濕度。本創作之傳感件32，不以上述包括第一感測器321和第二感測器322及個別設於室內及室外為限。

所述導流件40，其電性連接控制件31，此導流件40設於依附體70且位在通孔71之中。於一實施例中，當傳感件32之第一感測器321感測室外之上述環境狀態，或滿足傳感件32之第二感測器322感測室內之上述環境狀態，且所述環境狀態滿足該設定條件時，控制件31能夠觸發導流件40以導引氣流在室內和室外之間強制對流。於一實施例中，導流件40可以是風扇，其可以是採用負壓的方式而強制氣流由室內往室外對流(如圖4所示)；或者，導流件40也可以是採用正壓的方式而強制氣流由室外往室內對流(圖中未示)。

所述遮光組件50，包括多層遮光簾51、52、53而可被驅動地設於依附體70，各層遮光簾51、52、53的透光率不同，使用者可以在不同透光率的多層遮光簾51、52、53中，擇一遮於通孔71(如圖5所示)，以調整室內採光的明暗。於一實施例中，遮光組件50包括三層遮光簾51、52、53，此三層遮光簾51、52、53之透光率分別於30%、50%及80%，且遮光組件50可以包括與各層遮光簾51、52、53相結合的致動件(圖中未示)，此述致動件例如捲簾器或自動伸縮桿，以使各層遮光簾51、52、53能夠展開而遮於通孔71，或是收折而露出通孔71。

於一實施例中，罩體10可以包括一燈具11，此燈具11是設在罩體10的外側，且燈具11和控制件31電性連接，燈具11用以在夜間時開啟而作為景觀用燈，燈具11較佳為發光二極體(LED)。

所述太陽能供電單元60，其電性連接控制件31而包括一太陽能板61及一蓄電池62(如圖1、3~4所示)，太陽能板61於室外設置在依附體70而可接收太陽的光線，而蓄電62電性連接太陽能板61，以蓄電池62在太陽能板61接收光線而發電時進行蓄電，以提供智慧型天窗裝置100所需要的電力，於本實施例中即對控制件31、傳感件32、操作件33、導流件40、燈具11等電子設備進行供電。

實際操作時，假設所述環境狀態為溫濕度，使用者可依習慣於控制件31選擇一溫濕度範圍之設定值，而設定條件以溫濕度高於或低於該溫濕度範圍外時為滿足，此時如罩體10原本是在關閉位置P1(如圖1所示)，則操作件33可由控制件31之自動控制而被觸發，以驅動罩體10移動至開啟位置P2(如圖4所示)，使室內和室外透過通孔71而連通，而可利用自然對流以使室內的溫濕度降低或增加而維持在該溫濕度範圍。再者，也可以由控制件31再觸發導流件40，透過上述正壓或負壓的方式導引氣流在室內和室外之間，進行室內和室外的強制對流，以提昇室內的溫濕度維持在該溫濕度範圍的效果。

若假設所述環境狀態再為室外的之噪音分貝、風速、降雨量、細懸浮微粒及空氣中有害化學物質含量之至少一者，使用者可依習慣於控制件31對應各種環境狀態選擇一適當範圍之設定值，而設定條件以高於或低於該適當範圍外時為滿足(例如噪音分貝過高、風速過大、明顯降雨、細懸浮微粒或空氣中有害化學物質含量過高)，此時如罩體10原本是在開啟位置P2且導流件40為運轉中，則操作件33可由控制件31之自動控制而被觸發，以停止導流件40的運轉，且驅動罩體10由開啟位置P2移動至關閉位置P1，使室內和室外藉由罩體10有所阻隔，讓對應的環境狀態能維持在適當範圍。

再假設所述環境狀態為室內之光照度，使用者可依習慣於控制件31選擇一光照度範圍之設定值，設定條件以室內所測得之光照度高於或低於該設定值時為滿足而觸發遮光組件50。在有採光件20提升採光的情況下，假設第二感測器322於室內所測得之光照度高於該設定值，控制件31可依自動控制而選擇透光率為50%的遮光簾51遮於通孔71(如圖5所示)，以降低室內採光的亮度；若再以第二感測器322於室內感測光照度的結果已低於該設定值，則控制件31再依自動控制而改選擇透光率為80%的遮光簾52如同圖5的遮光簾51遮於通孔71；反之，若再以第二感測器322於室內感測光照度的結果仍高於該設定值，則可改選擇透光率為30%的遮光簾53如同圖5的遮光簾51遮於通孔71，以自動調整至室內採光的光照度維持在該設定值內。

如圖6所示，控制件31包括一遠端通訊件311，控制件31以遠端通訊件311經網際網路E通訊連接一外部之終端機T，終端機T可為智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦或桌上型電腦，傳感件32(即第一感測器321及第二感測器322)所感測之該環境狀態可由終端機T接收並監控，且可由終端機T對控制件31進行遠端遙控，以對操作件33、導流件40及/或燈具11進行觸發的動作。換言之，智慧型天窗裝置100可透過遠端通訊件311以物聯網的方式整合，而利於遠端進行監控之作用。

由上述之說明不難發現本創作之特點，在於：

1.藉此，本創作的智慧型天窗裝置，藉由在罩體10設有採光件20，當太陽在天空中的任意位置發出光線，此時光線可透過採光件20被以如上述實施例為反射的光學現象導向通孔71，使能進入室內的有效光增加，以達到室內的採光效果提升的功效。

2.再者，藉由傳感件32(例如上述實施例之第一感測器321和第二感測器322)感測室內及/或室外之環境狀態，而當環境狀態滿足控制件31之設定條件時，不以透過人工操作為必要，即能夠由控制件31觸發操作件33驅動罩體10在關閉位置P1及開啟位置P2之間位移，讓室內和室外之間能夠經由通孔71相連通而讓空氣得以流通，以達到室內和室外的通風效果提升的功效。

總而言之，本創作之智慧型天窗裝置，除了提升室內的採光效果，也能提升室內和室外的通風效果。因此，本裝置解決傳統天窗採光差以及因通風球之設置而通風受阻的問題，進而有效利用自然光源調節室內採光與排除室內熱氣而降溫；且能偵測室內及或室外環境狀態，自動開啟導流件40而使室內空氣維持循環且清新狀態，且當室內有緊急狀況產生，例如：濃煙瀰漫或者有毒氣體產生時，也能藉由導流件40的開啟而緊急將有害氣體排出；也能利用遮光組件50透過不同遮光率的遮光簾51、52、53調節室內採光的明暗，使達到符合智慧建築標章(鑽石級、黃金級….等)之目的，以因應國內建築法規「中央機關或受其補助達二分之一以上，且工程總造價在新台幣5仟萬元以上之公有新建建築物，自民國91年1月1日起，應先行取得候選綠建築證書，始得核發建造執照」之規定，故本創作之智慧型天窗裝置具有推廣價值。

本創作在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本創作，而不應解讀為限制本創作之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本創作之範疇內。