一种多层退进式遮阳系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及建筑遮阳领域，具体涉及一种多层退进式遮阳系统及其控制方法。

背景技术

室内的自然光环境对人的活动具有积极影响，对于室内光环境的评估，已有较完善的评估体系，而在实际的遮阳或立面设计中仍较少考虑遮阳设计对室内光环境的影响。

目前对遮阳系统的研究主要聚焦在遮阳控制、遮阳对能耗的影响上，较少将控制、能耗和室内光环境同时考虑。在遮阳设计中，遮阳类型主要分为静态遮阳与动态遮阳。在复杂的天气条件下，动态遮阳往往有比静态遮阳更强的适应性和调节性。静态遮阳领域的研究主要集中在遮阳的几何形式与表皮光伏发电对建筑能耗的影响，较少考虑室内光环境和人的视觉舒适度。而动态遮阳系统中，被动遮阳控制系统常使员工失去对室内环境的控制感，并造成不舒适的室内光环境。

如申请号为CN201911143460.9的中国专利，其公开了一种便于调节角度的智能建筑用遮阳板，具体的：两个直角固定座左右向对称设置，两个直角固定座的相对面上均设置有安装座，直角固定座的顶端上固定连接有固定件；两个安装座之间固定穿设有一号转轴；安装座的中部固定设置有隔板，遮阳板固定插设在隔板和安装座的内顶面之间；直角固定座的上端之间固定连接有支撑板，支撑板的底部设置有角度调节机构；左右两侧的直角固定座底端的前侧壁上固定设置有光传感器，光传感器与外部电源和控制器连接，能够随着太阳高度的变化而对遮阳板的遮阳角度进行调节，采用的是自动化的调节方式，提高了装置的智能化程度。但是其只能起到单纯的遮阳效果，在达到遮阳效果的同时并未充分考虑建筑室内的光环境舒适度，只能单纯的通过遮挡一部分阳光来控制室内的进光量，然而这种遮挡方式往往会影响到建筑室内的光照情况。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种多层退进式遮阳系统及其控制方法。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种多层退进式遮阳系统，包括建筑玻璃幕墙、遮阳装置和控制器，遮阳装置安装于玻璃幕墙外侧，遮阳装置包括多层水平布设的遮阳横板，每层遮阳横板的一端均固设于玻璃幕墙，另一端均转动安装有遮阳转板，遮阳转板与垂直于遮阳横板上表面之间的旋转角度范围为90°--90°，玻璃幕墙外侧安装有太阳角检测装置，控制器根据太阳角检测装置的检测信号实时控制每个遮阳转板的转动角度。

优选地，通过转动每个遮阳转板可使太阳光以合适角度经遮阳横板材质的表面漫反射后进入玻璃幕墙内，或，阻挡太阳光进入玻璃幕墙内。

优选地，多个遮阳转板可在玻璃幕墙外侧形成一面完整的沿玻璃幕墙顶部倾斜的遮阳结构，以阻挡太阳光进入玻璃幕墙内。

优选地，遮阳转板通过转动轴转动安装于遮阳横板的另一端，转动轴连接有电机，控制器通过电机控制每个遮阳转板的转动角度。

优选地，安装于玻璃幕墙最上端的遮阳横板与建筑楼结构层之间不留缝隙。

优选地，安装于玻璃幕墙最上端的遮阳横板与建筑楼结构层之间留有缝隙。

优选地，安装于玻璃幕墙最下端的遮阳横板到该玻璃幕墙所在的楼层地面的距离大于2.8m。

优选地，所述若干层遮阳横板为等间距布设，遮阳转板与垂直于遮阳横板上表面之间的角度均相同。

优选地，遮阳转板与垂直于遮阳横板上表面之间的旋转角度范围为60°--80°，遮阳横板的层数为2-5。

本发明还公开了一种多层退进式遮阳控制方法，采用权利要求1-9任一项所述的多层退进式遮阳系统，包括步骤：

S1、太阳角检测装置实时检测太阳的照射角度，并将检测得到的照射角度信号传送至控制器；

S2、控制器根据太阳角检测装置检测得到的照射角度信号，控制每个遮阳转板的转动角度。

本发明的优点是：

1、本发明中可以实时且自动的根据太阳照射角度调节遮阳转板的转动角度，从而控制光线的进光量，达到节能以及调节室内光环境的效果。

2、设置多层遮阳横板，光线可通过遮阳横板材质的表面漫反射，将部分直射光转化为散射光进入室内，以散射光形式进入室内相对于以直射光进入室内所产生的热量会更低、光照强度会更低，因此在室内给人形成的光环境效果是完全不同的，并且遮阳转板旋转角度不同时，首先通过漫反射后进入室内的进光量以及直射进入室内的进光量将不同，其次进行漫反射时的角度不同，散射光的进入室内的角度也将不同，最终照射到室内的位置也会不同，因此达到的节能效果以及光环境状态也将不同，即可以通过调节遮阳转板的转动角度，来调节节能效果以及室内光环境。

3、遮阳横板的层数不同，通过漫反射后进入室内的进光量以及直射进入室内的进光量也将不同，进入因此最终达到的节能效果以及光环境状态也将不同，即还可以通过调节遮阳横板的安装层数来调节节能效果以及室内光环境。

4、遮阳转板设置为上翻式，即遮阳转板与垂直于遮阳横板上表面之间的旋转角度范围只能为90°--90°，相对于遮阳转板下翻式，上翻式的设置可以更好的使光线经漫反射进入室内，即上翻式的设置为调节节能效果以及室内光环境奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种多层退进式遮阳系统的结构示意图；

图2为遮阳装置安装于玻璃幕墙外的结构示意图；

图3为4层遮阳横板、与结构层不留缝隙、角度为52.5°时的结构示意图；

图4为4层遮阳横板、与结构层不留缝隙、角度为0°时的结构示意图；

图5为4层遮阳横板、与结构层不留缝隙、角度为-76°时的结构示意图；

图6为4层遮阳横板、与结构层留有缝隙、角度为52.5°时的结构示意图；

图7为4层遮阳横板、与结构层留有缝隙、角度为0°时的结构示意图；

图8为4层遮阳横板、与结构层留有缝隙、角度为-76°时的结构示意图；

图9为12种留有缝隙工况室内平均照度散点图；

图10为12种留有缝隙工况室内内侧平均照度散点图；

图11为12种留有缝隙工况室内内侧照度的偏房差散点图；

图12为留有缝隙与不留缝隙的12种工况的室内平均照度散点图；

图13为留有缝隙与不留缝隙的12种工况的室内内侧平均照度散点图；

图14为留有缝隙与不留缝隙的12种工况的室内内侧偏房差散点图；

图15为12种留有缝隙工况中遮阳转板角度变化时的眩光指数散点图；

图16为12种留有缝隙工况中遮阳横板层数变化时的眩光指数散点图；

图17为12种留有缝隙工况中遮阳转板角度变化时的全年单位面积能耗散点图；

图18为12种留有缝隙工况中遮阳横板层数变化时的全年单位面积能耗散点图；

图19为归一化处理12种留有缝隙工况遮阳转板角度变化时的综合得分图；

图20为归一化处理12种留有缝隙工况遮阳横板层数变化时的综合得分图；

图21为一种多层退进式遮阳控制方法的流程图；

图中的编码分别为：1-遮阳横板；2-遮阳转板；3-玻璃幕墙；4-建筑楼结构层；5-太阳角检测装置；6-控制器；7-电机；8-转动轴；H-安装于玻璃幕墙最下端的遮阳横板到该玻璃幕墙所在的楼层地面的距离。

具体实施方式

下面通过具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。

实施例一：

参照图1、2所示，本实施例提供了一种多层退进式遮阳系统，包括建筑玻璃幕墙3、遮阳装置和控制器6，遮阳装置安装于玻璃幕墙3外侧，遮阳装置包括多层水平布设的遮阳横板1，每层遮阳横板1的一端均固设于玻璃幕墙3，另一端均转动安装有遮阳转板2，遮阳转板2与垂直于遮阳横板1上表面之间的旋转角度范围为90°--90°，玻璃幕墙3外侧安装有太阳角检测装置5，控制器6根据太阳角检测装置5的检测信号实时控制每个遮阳转板2的转动角度。

通过转动每个遮阳转板2可使太阳光以合适角度经遮阳横板1材质的表面漫反射后进入玻璃幕墙3内，或，阻挡太阳光进入玻璃幕墙3内。

遮阳转板2通过转动轴8转动安装于遮阳横板1的另一端，转动轴8连接有电机7，控制器6通过电机7控制每个遮阳转板2的转动角度。

当多个遮阳转板2在玻璃幕墙3外侧形成一面完整的沿玻璃幕墙3顶部倾斜的遮阳结构时，这时阻挡太阳光进入玻璃幕墙3内的效果最好。其它工况下，太阳光线以合适角度经遮阳横板1材质的表面漫反射后进入玻璃幕墙3内，将部分直射光转换成散射光进入室内。

根据人的身高及视野范围，2.8米以下范围的视野状况对人的工效影响较大，因此本实施例将遮阳装置安装于距离地面2.8米之上，优选为2.8m-3.5m处。

本实施例所述若干层遮阳横板1为等间距布设，每个遮阳转板2与垂直于遮阳横板1上表面之间的角度均相同。当等距布设以及角度相同时，经漫反射进入室内的光线更为规律，使室内照度均匀度更高。并且由于需要漫反射所以遮阳横板1的表面材质应为反射率较高的材质，例如镀锌板。

本实施例所述多层退进式遮阳系统在最小阻挡视野的前提下，不仅可以实时且自动地根据太阳照射角度调节多层遮阳转板2的转动角度，以控制光线的进光量从而达到所需的遮阳效果，并且遮阳转板2的转动角度不同或者遮阳横板1的安装层数不同，首先能改变光线以直射光形式或者散射光形式进入室内的进光量，其次还能改变散射光最终照射到室内的位置，因此可通过调节遮阳转板2的转动角度或者遮阳横板1的安装层数，以达到节能效果以及室内光环境舒适度的平衡。

实施例二：

本实施例以深圳地区为例，详细说明本发明所述遮阳系统的遮阳效果。

将实施例一所述多层退进式遮阳系统应用于深圳地区的某建筑玻璃幕墙3外，选择2.8m-3.5m处的外立面作为遮阳装置的铺设层。遮阳装置的最大出挑尺寸保证了：春夏秋三季中午12：00无阳光直射进空间深度超过1m区域；遮阳转板2的最大向外旋转角度保证了：在该状态下，深圳秋分日正午12:00的太阳刚好可以经由较低位遮阳转板2边缘反射到上层遮阳横板1边缘，遮阳转板2的最大向内旋转角度保证了：在该状态下，刚好完全无光经遮阳横板1材质的表面漫反射后进入房间。

为了探索最佳的遮阳装置的设置方式，我们根据遮阳横板1层数、遮阳横板1与建筑楼结构层4的位置关系(有缝隙或无缝隙)、遮阳转板2的旋转角度，三个几何参数，设置了18种工况(参照图3-8，6张图中一共示出安装4层遮阳横板1时的6种工况，其余12种未示出)，表1展示了18种工况的具体参数。

表1遮阳装置具体参数

为了比较遮阳装置的遮光性能，采用室内照度、眩光指数、和均匀度三个角度进行分析比较，并分别给予其20％、10％、20％的权重。

首先在典型工况(安装2层遮阳横板1、遮阳转板2的旋转角度为-76°、与结构层4留有缝隙)下通过使用Radiance与EnergyPlus对该遮阳系统进行模拟计算，得知该系统可使不舒适照度降低300％至600％并使全年单位面积能耗降低了36％左右(全年)。在此基础上，为了更好说明该遮阳系统对于节能以及调节室内光环境舒适度的效果，又进行了以下分析：

1.单日照度分析：

对12种留有缝隙工况进行模拟分析，得到它们的单日照度情况，利用所述单日照度情况的具体数据，以遮阳横板1的层数和遮阳转板2旋转角度为自变量，室内平均照度、室内内侧平均照度和室内内侧照度偏方差为因变量，绘制散点图，如图9-11所示。结果表明：随着遮阳横板1从5层变为2层，室内整体平均照度增大，室内内侧平均照度增大，内侧均匀度降低(偏方差增大)。随着遮阳横板1层数变化，平均照度和均匀度变化趋势相反，难以从绝对数值判断优劣，因此采用相对变化值判断：即从x层变化至x±1层时，优势项相对增大很多，劣项相对增加较少。从降低整体照度而言，遮阳横板1从2层增加至3层改变最明显；从增加内侧照度而言，遮阳横板1从4层增加至5层改变最不明显，从3层增加至4层改变也较不明显；从增加均匀度而言，遮阳横板1从2层增加至3层改变最明显，从3层增加至4层改变较明显。综上可知：3或4层遮阳横板1是相对较优的选择，3层遮阳横板1已经能有效降低整体照度，但内侧照度不至于过低，但均匀度仍可改善；4层遮阳横板1能有效降低整体照度，均匀度也较优，但内侧照度偏低。

选取较优的3层及4层遮阳横板1的情况，加入遮阳装置与结构层4之间不留缝隙的工况进行进一步分析对比，对3层及4层遮阳横板1与结构层4之间留有缝隙与不留缝隙的12种工况进行模拟分析，得到它们的单日照度情况，利用所述单日照度情况的具体数据，以遮阳横板1层数以及遮阳转板2旋转角度为自变量，室内平均照度、室内内侧平均照度和室内内侧照度偏方差为因变量，绘制散点图，如图12-14所示。结果表明，遮阳横板1层数相同时，有缝的照度比无缝的照度更高、同时均匀度也更低；当遮阳横板1层数变化时，有缝组的照度、照度均匀度的变化量大于无缝组。

2.眩光分析：

首先对遮阳横板1与结构层4间留有缝隙的情况进行模拟分析，得到12种留有缝隙工况的冬至日上午十点的眩光情况；利用所述炫光情况的具体数据，以遮阳横板1的层数和遮阳转板2旋转角度为自变量，眩光指数为因变量，绘制散点图，如图15-16所示。结果表明：在设置遮阳装置后，室内眩光情况基本有较大改善。遮阳横板1层数变化对眩光指数的影响较小，且呈现波动趋势。遮阳转板2旋转角度对眩光指数影响较大，当遮阳转板2旋转角度由-76°、0°、52.5°依次变化时，眩光指数呈现先减后增的趋势。这一结果表明，当遮阳转板2旋转角度为0°的状态时，反射光线的能力较强，从而在改善眩光情况的能力上强于52.5°或-76°时的情况。当遮阳横板1层数为2-4层，遮阳转板2旋转角度为-76°时，遮阳装置对眩光情况没有优化作用；但遮阳横板1层数为5层时，在各个角度都能较明显地优化眩光情况。综上可知：遮阳横板1层数为5层，遮阳转板2旋转角度为0°时，对室内眩光情况的改善作用最强。

3.能耗分析：

对12种留有缝隙的工况进行模拟分析，得到它们的能耗情况，利用所述能耗情况的具体情况，以全年单位面积能耗EUI作为因变量、分别以遮阳横板1层数、遮阳转板2旋转角度为自变量，绘制散点图，如图17-18所示。结果表明：遮阳横板1层数对全年单位面积能耗有显著影响，当遮阳横板1层数为5时全年单位面积能耗最低；当遮阳横板1层数为4时，建筑的全年单位面积能耗也已降低至较低水平。

遮阳转板2旋转角度对全年单位面积能耗也有一定程度的影响，由于深圳处于夏热冬暖地区，遮阳对降低建筑能耗十分重要。因此当遮阳转板2处于向外开启即遮阳转板2旋转角度为-76°时，遮阳装置出挑长度最长，能最大程度阻挡直射阳光，其全年单位面积能耗也最低。此外，遮阳横板1层数越多，遮阳转板2旋转角度对全年单位面积能耗的影响呈下降趋势。

为综合考虑遮阳装置对光环境、建筑能耗的表现以进行选择，将12个留有缝隙工况的全年单位面积能耗进行归一化处理，结果如表2所示。

表2归一化处理12次模拟的全年单位能耗表

最后将全年单位面积能耗、眩光值、照度、照度偏方差(描述均匀度)进行归一化处理，根据各项的权重计算总得分，结果如表3所示。将表3中的总得分作为因变量、分别以遮阳横板1层数、遮阳转板2旋转角度为自变量，绘制散点图，结果如图19-20所示。结果表明，5层遮阳横板1的得分最高，遮阳转板2旋转角度为0°时得分最高。

表3归一化处理12次模拟的综合得分表

注：全年单位面积能耗归一化(A)；眩光值归一化(B)；照度归一化(C)；照度偏方差(描述均匀度)归一化(D)；总得分＝-0.5A-0.1B+0.2C-0.2D。

综上可知：

从保证室内内侧照度的角度而言：遮阳横板1层数为2层，遮阳转板2旋转角度为0°时的室内内侧照度最高；遮阳横板1层数为5层，遮阳转板2旋转角度为52.5°时的室内内侧照度最低。

从提高室内照度均匀度的角度而言：遮阳横板1层数为5层，遮阳转板2旋转角度为52.5°时的室内内侧照度均匀度最高(照度偏方差最小)；遮阳横板1层数为2层，遮阳转板2旋转角度为0°时的室内内侧照度均匀度最低(照度偏方差最大)。

从降低室内眩光指数的角度而言：遮阳转板2旋转角度为-76°时的眩光指数DGI都较大；只要遮阳转板2旋转角度不是-76°，遮阳横板1层数对眩光指数DGI的影响很小；

从降低建筑能耗的角度而言：遮阳横板1层数为5层，遮阳转板2旋转角度为-76°时的全年单位面积能耗最低；遮阳横板1层数为2层，遮阳转板2旋转角度为52.5°时的全年单位面积能耗最高。

实施例三：

参照图21，本实施例公开了一种多层退进式遮阳控制方法，包括步骤：

S1、太阳角检测装置5实时检测太阳的照射角度，并将检测得到的照射角度信号传送至控制器6；

S2、控制器6根据太阳角检测装置5检测得到的照射角度信号，控制每个遮阳转板2的转动角度。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围内。