一种门窗自动遮阳系统及遮阳方法

技术领域

本发明涉及智能门窗技术领域，具体涉及一种能根据光照特点来进行遮阳效果调整的门窗自动遮阳系统及自动遮阳方法。

背景技术

一般认为，门主要是为室内外和房间之间的交通联系而设，兼顾通风、采光和通行的作用；而窗主要是为了采光、通风和观望而设，门窗作为建筑的造型重要组成部分，除上述功能性作用外，还能起到起到了装饰、防雨防风、保温、安防等多重功能。而为避免阳光直接照射到建筑体内部，在门窗位置通常会设置遮阳装置来实现遮阳效果。

现有技术中也有一些可用于门窗结构的智能化遮阳装置，这些智能化遮阳装置作为智能建筑的重要一环进行呈现，多由直流电机或交流电机带动，并通过红外或无线遥控等作为信号源来实现遮阳需求，近年来还出现有根据室外光强和风、雨来控制遮阳系统的遮阳装置。但现有技术中的智能化遮阳装置多是针对家庭用户的小尺寸的门窗结构而设计，其本身自动化程度不高，无法与远端设备或者上位设备相连，难于实现中央集中控制，另外，在现代建筑，特别是在一些中、高层建筑中，大尺寸门窗结构的使用比例越来越高，也出现了相当多的幕墙式的门窗结构，这些中、大尺寸的门窗结构虽然也有遮阳需求，且相比于传统的窗墙结构建筑，这一类幕墙式的门窗结构的遮阳需求甚至更高；但因为针对家庭用户的传统智能化遮阳装置在应用于大尺寸门窗结构中时，其整体的装载运行方式对设备强度的要求较高，但这种大尺寸门窗结构通常跨越多个使用区域，而传统的智能化遮阳装置多为外露的整装结构，难于进行跨区域布置，且整开整关的方式无法实现局部开闭，无法配合门窗的朝向和区域内的不同需求而实现差异化遮阳操作，因而在写字楼等中、高层建筑中应用比例较低，在上述场景中依然是多采用以在门窗的室内侧设置手动遮阳帘来作为主要的遮阳方式。

随着电力电子技术和计算机技术的发展以及当下国家对节能环保及智慧城市的重视及推广，有必要对现有的门窗遮阳结构进行改进，设计出一种自动化程度高、适合于大尺寸门窗结构使用的门窗自动遮阳系统。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种门窗自动遮阳系统及自动遮阳方法，可用以解决上述技术背景中的缺陷。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种门窗自动遮阳系统，包括外框，所述外框为门扇或者窗扇的外支撑结构，外框内嵌装有采光玻璃，所述采光玻璃为带夹层的双层钢化玻璃；

所述采光玻璃在夹层外缘通过密封胶条密封，在夹层空间内成型有竖向设置的竖隔离嵌条，采光玻璃通过所述竖隔离嵌条分隔出若干独立的子单元，所述子单元为矩形，并在子单元对应的夹层中成型有磁控百叶帘，所述磁控百叶帘与所述子单元的面积相对应；

系统还包括：

用于对磁控百叶帘进行进行帘角开度控制的卷帘电机以及对调平后磁控百叶帘进行收起的收帘电机；

设置于每个子单元外缘的光照强度传感器，所述光照强度传感器为多个，成对分别设置于子单元的两侧竖直边上的同一高度位置；单侧的光照强度传感器沿子单元的高度方向方向均匀间隔设置；

用于接收磁控百叶帘的位置和帘角开度信号、光照强度传感器信号，并根据接受到的上述信号对卷帘电机以及收帘电机进行反馈控制的控制器。

作为进一步限定，所述外框为铝合金支架框体或者轻钢支架框体，且所述外框外缘贴靠于建筑体承重结构上，并与建筑体承重结构成型为一体；

所述建筑承重结构优选为承重墙墙体、承重柱、承重梁、支墩、楼板板面的结构组合。

作为进一步限定，所述钢化玻璃为高透光钢化玻璃，并在其外表面成型有抗紫外线涂层。

作为进一步限定，系统还包括横向设置的横隔离嵌条，横隔离嵌条与竖隔离嵌条交错设置，并将采光玻璃的夹层分隔成栅格排列的若干的独立子单元；

所述密封胶条、竖隔离嵌条和/或横隔离嵌条中成型有线腔，门窗自动遮阳系统中的涉电元件及涉信号元件通过密封胶条以及竖隔离嵌条和/或横隔离嵌条进行走线。

作为进一步限定，所述光照强度传感器对应嵌装于所述密封胶条以及所述竖隔离嵌条内；水平位置相邻的子单元在共用边上共用隔离嵌条中光照强度传感器的数据。

作为进一步限定，所述卷帘电机以及所述收帘电机为微型电机，封装于所述磁控百叶帘外缘的夹层空间中。

作为进一步限定，所述控制器中内置有远程通讯模块，所述远程通讯模块为蓝牙、WIFI、4G/5G网络中的一种或者组合。

本发明还提供了一种自动遮阳方法，该方法利用上述门窗自动遮阳系统进行智能化自动遮阳，其具体包括以下操作步骤：

S1利用控制器设定光照强度的下限阈值以及上限阈值；

S2在采光玻璃内以单个子单元作为独立工作单元，利用光照强度传感器收集实时光照强度数据，并与步骤S1收集到的下限阈值以及上限阈值进行比较，并根据比较值结果通过控制器驱动卷帘电机以及收帘电机以控制磁控百叶帘运作：

首先对子单元位置最下的两侧光照强度传感器进行子单元两侧光照强度数值比较：

若两侧光照强度传感器上获得的实时光照数据均小于下限阈值，通过卷帘电机将磁控百叶帘的帘叶放平，收帘电机将放平后的帘叶向上收至上一光照强度传感器的设置高度位置；

若两侧光照强度传感器上获得的实时光照数据均大于上限阈值，通过收帘电机将放平后的帘叶下放至下一光照强度传感器的设置高度位置，且卷帘电机将磁控百叶帘的帘叶闭合来进行遮阳；

若两侧光照强度传感器中的其中一个光照强度传感器获得的实时光照数据中一个位于下限阈值与上限阈值之间时，则进行实时时间和对应光照强度传感器的位置判断：

若实时时间在正午12点之前，则看该光照强度传感器是否在靠东方一侧，若是则通过光照强度传感器控制磁控百叶帘的开启高度位置，并在磁控百叶帘处于半开或者全开的情况下，通过光照强度传感器控制磁控百叶帘的帘角开度，而若不是则相反；

若实时时间在正午12点之后，则看该光照强度传感器是否在靠西方一侧，若是则通过光照强度传感器控制磁控百叶帘的开启高度位置，并在磁控百叶帘处于半开或者全开的情况下，通过光照强度传感器控制磁控百叶帘的帘角开度，而若不是则相反；

通过光照强度传感器控制磁控百叶帘的开启高度位置时：

若光照强度传感器获得的实时光照数据小于下限阈值，则磁控百叶帘上收至上一光照强度传感器的设置高度位置；

若光照强度传感器获得的实时光照数据大于上限阈值，则磁控百叶帘下放至下一光照强度传感器的设置高度位置；

若光照强度传感器获得的实时光照数据位于下限阈值与上限阈值之间时，则磁控百叶帘下放至本位光照强度传感器与下一光照强度传感器的中间位置；

通过光照强度传感器控制磁控百叶帘的帘角开度时：

其对应的磁控百叶帘的帘角开度比例：

其中，m为上限阈值，n为下限阈值，x为该光照强度传感器的实时测量值；当a越接近于0时，表示磁控百叶帘越接近于闭合状态，当a越接近于1时，表示磁控百叶帘越接近于全开状态；

S3自下而上顺次完成磁控百叶帘在子单元内所有光照强度传感器位置的处理动作，并在设定时间间隔后再次进行步骤S2的操作并完成磁控百叶帘的状态更新。

有益效果：本发明的一种门窗自动遮阳系统适合于对大尺寸门窗进行智能化遮阳处理，使其有别于传统的门窗，其通过将大尺寸门窗进行分区，然后根据每个分区的实际光照条件进行智能化自动遮阳作业，能有效提高遮阳效果，同时，封装于夹层内的磁控百叶帘不易被外部因素干扰，稳定性更好；

而与该门窗自动遮阳系统对应的自动遮阳方法，以室外光照强度作为主控参量，通过多参量的综合判断后得出最佳的控制模式以实现对磁控百叶帘控制，包括磁控百叶帘的升降位置和百叶窗片的翻转角度等，从而达到遮阳、取暖、通风等目的，以适应不同天气和季节以及日夜的需要，使遮阳装置真正实现房屋皮肤的自主调节功能，以适应不同人群对环境的特殊要求，实现智能综合控制。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的示意图。

其中：1、控制器；2、外框；3、磁控百叶帘帘片；4、磁控百叶帘帘绳；5、卷帘电机；6、横隔离嵌条；7、收帘电机；8、竖隔离嵌条；9、光照强度传感器；10、密封胶条。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1的一种门窗自动遮阳系统的较佳实施例，门窗自动遮阳系统主要用于作为外立面的大尺寸门窗的智能化自动遮阳作业。在本实施例中，以窗结构的结构样式为例在进行系统的结构说明。

本实施例在结构上包括外框1，该外框1为窗扇的外支撑结构，由于本实施的门窗自动遮阳系统改进后的窗扇具有更大的自重，因而需要外框1本身具有较强的结构稳定性，并能用于在建筑体承重结构上进行装配，以保证作为主结构体的窗扇装配后的结构稳定性。

外框1为矩形的铝合金支架框体，其两侧外侧顶靠于承重墙墙体墙面上并通过膨胀螺栓与承重墙墙体墙面固连为一体后再接缝位置打发泡胶并利用密封胶进行外缘封闭；外框1顶面顶靠于承重梁下表面上、底面顶靠于楼板板面表面，并在分别通过膨胀螺栓与承重梁以及楼板板面成型为一体后再接缝位置打发泡胶并利用密封胶进行外缘封闭。

外框1内侧装配有采光玻璃，该采光玻璃带夹层的双层钢化玻璃，与常见的外立面玻璃结构类似，本实施例的钢化玻璃为高透光钢化玻璃，并在其外表面成型有抗紫外线涂层。

采光玻璃在夹层的外缘通过密封胶条密封封装，而在采光玻璃的夹层空间内则成型有横、竖交错设置的横隔离嵌条6以及竖隔离嵌条8，横隔离嵌条6与竖隔离嵌条8均为橡胶材质成型，并在横隔离嵌条6、竖隔离嵌条8以及作为外缘密封的密封胶条10中还预成型有用于方便进行走线的线腔。横隔离嵌条6与竖隔离嵌条8的作用有二种：

其一为用于配合密封胶条10在采光玻璃的双层钢化玻璃之间建立内支撑和结构缓冲体，并通过横隔离嵌条6与竖隔离嵌条8的材质特性提高采光玻璃在大尺寸化后抗冲击性能，保证采光玻璃的整体结构强度和稳定性；

其二为通过横隔离嵌条6与竖隔离嵌条8的组合在夹层空间的对应平面内将采光玻璃的夹层分隔成栅格排列的若干独立设置的子单元，并利用该独立子单元设置磁控百叶帘。

由于横隔离嵌条6与竖隔离嵌条8的横纵结构设置特点，使得利用密封胶条10、横隔离嵌条6、竖隔离嵌条8隔出的子单元也为矩形。在本实施例中，横隔离嵌条6、竖隔离嵌条8将采光玻璃区域均匀划分为尺寸相同的子单元。而在另外的实施例中，横隔离嵌条6与竖隔离嵌条8的设置位置也可以根据实际采光和装修需求进行修改；如在将横隔离嵌条6设置于楼层间的楼板位置，或者将竖隔离嵌条8设置于室内的隔墙位置来提高对视野的阻挡，保障视野的通透性。

对应设置于子单元的磁控百叶帘均包括磁控百叶帘帘片3、磁控百叶帘帘绳4以及卷帘电机5和收帘电机7，其磁控百叶帘帘片3和磁控百叶帘帘绳4构成磁控百叶帘主体，该磁控百叶帘展开后的尺寸与子单元的面积相对应，以能实现对子单元的遮阳操作。而卷帘电机5和收帘电机7则作为电控部分，与磁控百叶帘帘绳4的上部相连，卷帘电机5负责将磁控百叶帘帘片3通过磁控百叶帘帘绳4进行同步翻转，进而实现帘角开度控制；而收帘电机7则同于在百叶帘帘片3调整至水平后再进行提拉，以将对调平后磁控百叶帘进行全部或者部分收起。

在本实施例中，卷帘电机5和收帘电机7为微型电机，封装于对应子单元顶部横隔离嵌条6下表面上预成型的装配空间内，而横隔离嵌条6的材质特性也能在不额外设置紧固件的基础上对卷帘电机5和收帘电机7进行夹持固定。

另外，在密封胶条10以及竖隔离嵌条8中设置有若干光照强度传感器9，这些光照强度传感器9两个一组设置，成组的两个光照强度传感器9分别嵌装设置于对应子单元两侧的密封胶条10/竖隔离嵌条8中，且光照强度传感器的采样侧朝向室外，以对室外的光照强度进行数值采样。在本实施例中，单个子单元在高度方向上设置的光照强度传感器9组数为三组，三组光照强度传感器9分别对应设置于子单元的顶部、底部以及正中间位置。

而在其他实施例中，若子单元在高度上的尺寸更小，也可以只设置两组光照强度传感器9，并将两组光照强度传感器9的四个光照强度传感器9单元分别设置在单个子单元的四角位置；若子单元在高度上的尺寸更大，也可以设置更多组光照强度传感器9，以使得磁控百叶帘在采光和遮阳的功能之间切换更加顺畅、遮阳处理效果也更好。

另外，为了减少光照强度传感器9的设置数量，并减少冗余数据对处理器造成的数据处理负担，在图示状态下左右位置相邻的两个子单元，可以调用共用竖直边上对应竖隔离嵌条8中装配的光照强度传感器9中的实时数据作为自身的传感控制数据。

密封胶条10、竖隔离嵌条8以及横隔离嵌条6中成型有线腔，门窗自动遮阳系统中卷帘电机5、收帘电机7、光照强度传感器9作为涉电、涉信号元件能在嵌装于密封胶条10、竖隔离嵌条8以及横隔离嵌条6时，方便地通过密封胶条10、竖隔离嵌条8以及横隔离嵌条6中的线腔进行走线，并在外缘伸出密封胶条10后连接接口线排，并通过接口线排与控制器1进行装配连接。

在本实施例的技术方案条件下，磁控百叶帘、卷帘电机5、收帘电机7、光照强度传感器9在夹层中间内的封装形态防水防尘，无需卫生清洁，并且节省使用空间，并能有效延长相关部件的使用寿命，同时能有效降低外部环境对设备部件的干扰，可靠性增强。而当对应的设备部件损坏时，仅需要解除接口线排与控制器1的连接后，将采光玻璃取下、分离密封胶条10后即可进行损坏设备部件的维修和更换，然后再进行封装后在外框2内重新装配即可，装配完成后再将接口线排与控制器1连接即可重新投入使用。

在本实施例中，控制器1具有信号收发器以及信号放大电路，信号收发器用于通过接口线排接收磁控百叶帘的位置(通过收帘电机7反馈获得)和帘角开度信号(通过卷帘电机5反馈获得)、光照强度传感器9的光照强度信号，并将上述信号收集后形成参量信号，在利用信号放大电路将所产生的参量信号放大后传送至控制器1的运算部分，控制器1的运算部分对参量信号解调判断后输出执行信号对卷帘电机5以及收帘电机7进行反馈控制，而卷帘电机5以及收帘电机7作为最终的执行单元接收到上述反馈控制后通过控制对应子单元上的磁控百叶帘来控制采光玻璃上遮阳系统的自动化智能运行。

在进行遮阳系统的自动化智能运行前，首先利用控制器1设定光照强度的下限阈值以及上限阈值，其下限阈值以及上限阈值的设置根据不同区域光照条件和使用者对光照强度的敏感性自行选择，也可以设定为系统内置的预设定值。而在进行下限阈值以及上限阈值的自行选择设定时，下限阈值以设定者能接受的最低舒适光照强度、再低则需要进行补光的数值为准；而上限阈值以设定者能接受的最高舒适光照强度、再高则需要进行闭眼或者遮阳的数值为准。

本实施例门窗自动遮阳系统的智能化自动遮阳动作的运行方式如下：

在采光玻璃内以单个子单元作为独立工作单元，利用光照强度传感器收集实时光照强度数据，在前序步骤设置下限阈值以及上限阈值的基础上进行数值比较，并根据比较值结果通过控制器驱动卷帘电机5以及收帘电机7以控制磁控百叶帘运作。

具体包括以下处理层级：

第一级数据处理层级：对子单元位置最下的两侧光照强度传感器(子单元底部两侧)进行子单元两侧光照强度数值比较，子单元位置最下的两侧光照强度传感器的数据处理完毕之后并完成相关动作后，再顺次处理中间位置的两侧光照强度传感器以及子单元位置最下的两侧光照强度传感器(子单元顶部两侧)，并完成相关动作。在此处理层级条件下：

若两侧光照强度传感器9上获得的实时光照数据均小于下限阈值，则通过控制器1判定光照强度不够，采光玻璃在现阶段主要为采光需求，此时，通过卷帘电机5将磁控百叶帘帘片3放平(使磁控百叶帘帘片3处于水平，以方便通过收帘电机7牵拉磁控百叶帘帘绳4来使磁控百叶帘帘片3叠合收缩)，再利用收帘电机7将放平后的磁控百叶帘帘片3向上收至上一光照强度传感器9的设置高度位置。

若两侧光照强度传感器9上获得的实时光照数据均大于上限阈值，则通过控制器1判定光照强度太强而过于刺眼或者造成建筑物内温度大幅提升，对应采光玻璃在现阶段主要为遮阳需求。在此需求条件下，通过收帘电机7将放平后的磁控百叶帘帘片3下放至下一光照强度传感器9的设置高度位置，且卷帘电机5将磁控百叶帘帘片3闭合来进行遮阳。

若同组的两侧光照强度传感器9中的其中一个光照强度传感器9(以下称光照强度传感器I)获得的实时光照数据中一个位于下限阈值与上限阈值之间时，进入第二级数据处理层级，在此数据处理层级条件下，控制器1判定采光玻璃需要部分开启磁控百叶帘以兼顾采光和遮阳，在此数据处理层级下，难点在于子单元对应平面上采光和遮阳区域的判定和选择处理：

第二级数据处理层级：对该光照强度传感器I进行实时时间(通过控制器1中内置的时钟单元或者联网后同步网络时间)和位置(根据建筑物的方位在控制器1中进行预设置)判断：

若实时时间在正午12点之前，则看光照强度传感器I是否在靠东方一侧，若是则通过另一光照强度传感器9(以下称光照强度传感器II)控制磁控百叶帘帘片3的开启高度位置，并在磁控百叶帘帘片3处于半开或者全开的情况下，通过光照强度传感器I控制磁控百叶帘帘片3的帘角开度；而若不是则相反，即利用光照强度传感器I控制磁控百叶帘帘片3的开启高度位置，并在磁控百叶帘帘片3处于半开或者全开的情况下，通过光照强度传感器II控制磁控百叶帘的帘角开度；

若实时时间在正午12点之后，则看该光照强度传感器是否在靠西方一侧，若是则通过光照强度传感器II控制磁控百叶帘帘片3的开启高度位置，并在磁控百叶帘处于半开或者全开的情况下，通过光照强度传感器I控制磁控百叶帘的帘角开度；而若不是则相反，即利用光照强度传感器I控制磁控百叶帘帘片3的开启高度位置，并在磁控百叶帘处于半开或者全开的情况下，通过光照强度传感器II控制磁控百叶帘的帘角开度；

通过光照强度传感器9控制磁控百叶帘帘片3的开启高度位置时：

若光照强度传感器9获得的实时光照数据小于下限阈值，则磁控百叶帘帘片3上收至上一光照强度传感器9的设置高度位置(如从子单元底部光照强度传感器9的设置平面位置上收至子单元中间位置光照强度传感器9的设置平面位置或者从子单元中间位置光照强度传感器9的设置平面位置上收至子单元顶部位置光照强度传感器9的设置平面位置)，此时采光玻璃在兼顾采光和遮阳的基础上向采光需求偏移；

若光照强度传感器获得的实时光照数据大于上限阈值，则磁控百叶帘下放至下一光照强度传感器的设置高度位置(如从子单元底部光照强度传感器9的设置平面位置上收至子单元中间位置光照强度传感器9的设置平面位置或者从子单元中间位置光照强度传感器9的设置平面位置上收至子单元顶部位置光照强度传感器9的设置平面位置)，此时采光玻璃在兼顾采光和遮阳的基础上向遮阳需求偏移；

若光照强度传感器获得的实时光照数据位于下限阈值与上限阈值之间时，则磁控百叶帘下放至本位光照强度传感器与下一光照强度传感器的中间位置。在此基础上，相当于，磁控百叶帘的下摆在子单元的竖直方向上有五个停留点位置，分别对应全开、全关、半开、2/5开和4/5开，这使得磁控百叶帘在开度上更动态且灵活度更好，能配合卷帘电机5对磁控百叶帘上磁控百叶帘帘片3帘角开度的调整来有效提高门窗自动遮阳系统在应用过程中对光照强度的适应性，并进一步提高建筑内光照环境下的舒适度。

通过光照强度传感器9控制磁控百叶帘帘片3的帘角开度时：

其对应的磁控百叶帘帘片的帘角开度比例：

其中，m为上限阈值，n为下限阈值，x为该光照强度传感器的实时测量值；当a为0时，表示磁控百叶帘的磁控百叶帘帘片3保持45°且坡向室外的闭合状态(考虑到在该状态下，磁控百叶帘帘片3可阻挡太阳辐射穿透玻璃直接照射在室内，起到阻止热聚合效应的形成、降低外窗辐射能耗的作用，即认为该状态下磁控百叶帘帘片3处于闭合状态)；当a越接近于1时，表示磁控百叶帘越接近于全开状态(即磁控百叶帘帘片3保持水平)；对应的a为将磁控百叶帘帘片3在水平状态与45°且坡向室外的45°角调整范围换算成100份后对应的比例角。

自下而上顺次完成磁控百叶帘在子单元内所有光照强度传感器位置的处理动作，并在设定时间间隔后再次进行上述两级处理层级的操作动作并完成磁控百叶帘的状态更新；其对应的时间间隔可以在控制器1上进行设置，如设置为10min、300S等时间参数，即在对应的时间间隔后对采光玻璃内的所以子单元的磁控百叶帘进行一次状态变换的动作。

在本实施例中，为了进一步提高控制器1的实用性，在控制器1中还设置有手动控制模块以及远程通讯模块：其手动控制模块能方便对系统进行即时手动控制；而远程通讯模块为4G/5G网络模块与WiFi模块的组合，在短距离内可通过WiFi模块通过手机、PDA、平板等设备与控制器1相连，而在远距离情况下，可通过手机、PDA、平板等设备端的APP与4G/5G网络模块远程访问控制器1以实现远端控制以及联动控制，也可通过网络联接到物联网及智能家居平台来实现网络化的云控制。

本实施例的门窗自动遮阳系统代替了在传统大尺寸门窗领域原有的人工控制的窗帘结构，其能通过有线电动开关及无线网络控制对遮阳系统进行电动控制，以最大程度的节省人员操作量，能实现智能操控，安装方便，动作状态直观、自动化程度高。

另外，这种夹层内封装的分区遮阳结构实现分区遮阳控制，控制其进光量和进光位置，能在大尺寸门窗上兼顾采光遮阳效果，相比于现有技术中的其他智能遮阳系统能够更适合于在大尺寸门窗上进行使用，从而满足医院、车站、机关单位、学校等公共建筑及有个性化需求服务的家庭。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。