智能幕墙的控制系统与设计研究

周建新　李玉香　王鹏飞　夏春明

摘 要:介绍了智能幕墙的控制系统与设计思路,以及系统的具体功能和实现方法。

关键词:智能幕墙;PLC;人机界面;传感器;光伏发电

中图分类号:F407.67文献标识码:A文章编号:1672-3198(2009)18-0296-02

1 系统概述

智能幕墙控制系统主要由检测环境参数的温度传感器、风传感器、光照传感器、雨滴传感器和中央处理单元PLC(可编程控制器)组成,系统具有运行稳定、处理功能强大和扩展性强的特点。控制系统通过人机界面进行执行机构的操作,集中显示幕墙上各个设备的运行状况,整体有效的管理幕墙。

2 功能设计

(1)日照调节。

能源消费包括人工照明,日照最大化是低能耗设计的重要目的之一,幕墙控制系统能机动的控制幕墙遮挡设备,减小阳光对建筑内部舒适条件造成伤害,减少过加热、过强光和照射过渡等。

(2)通风控制。

幕墙智能控制系统根据室内外环境温度,夏季当周围温度不超过30℃(温度可通过控制系统设定)时,幕墙智能控制系统驱动执行机构将可伸缩的屋顶、机动窗户等打开实现自然通风。冬季当外界温度低于5℃(温度可通过控制系统设定)时,启动机械通风装置。

(3)发电功能。

利用光伏发电实现建筑物电的自给。

(4)构造控制。

使用者可通过人机界面、遥控装置和墙上的开关对幕墙构造进行有效控制。

(5)取暖和加热。

将太阳能集热器与幕墙结合,太阳能集热器将太阳能热量通过换热将水加热;可为建筑物冬季通过地板取暖提供热能,可为建筑物提供清洁的热水。

(6)安防功能。将安防报警系统接入幕墙智能控制系统,实现对门窗的安全防范。

3 智能幕墙功能与高科技产品功能的实现

(1)防盗报警。

在建筑玻璃幕墙上安装玻璃碎片探测器,当有人或硬物将玻璃幕墙击碎时,探测器检测到信号后通过与他相连的智能控制系统通过扬声器发出报警信号;在门、窗上安装门磁开关,当有人非法闯入时,门磁开关接通报警装置报警。系统同时将启动联动的摄像机,将报警画面传送给安保人员。

(2)光伏发电。

利用幕墙结构位置(不影响采光等因素),将太阳能光电池板与幕墙结合,利用太阳能光电池板来给智能控制系统或其它负荷提供电能。

(3)取暖和加热。

将太阳能集热器与幕墙结合,集热器将太阳能热量通过换热将水加热,可为建筑物冬季通过地热取暖提供热能,为建筑物提供清洁的热水。

(4)光控。

在幕墙上安装日光控制器,通过日光控制器检测到日光强度。日光控制器将信号通过智能控制系统驱动执行器来控制百叶的开关状态:当阳光充足时,智能控制系统将百叶窗放下;当阳光强度变弱时,智能控制系统将百叶窗打开。

(5)声控。

在智能幕墙控制系统中加装声音控制器,用来接收使用人通过声音发出的控制指令,实现门、窗和百叶等开启状态的智能控制。

(6)烟感控制。

当室内的烟雾传感器检测到空气有一定浓度的烟尘时,与烟雾传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将天窗、通风口等打开,同时通过扬声器发出报警信号。

(7)雨感。

在天窗和幕墙等位置安装雨滴传感器,当传感器检测到有降雨时,与传感器相连的智能控制系统驱动执行机构将窗、门等关闭。

(8)门禁。

在主要出入口处安装门禁(语音门禁、指纹门禁和视网膜门禁)控制系统,通过访问人的特征如语音、指纹和视网膜等,在门禁系统中设置访问人的权限,用来识别访问者的权利。

(9)红外远程控制。

在智能控制系统中加装红外接收器,通过使用人手持遥控装置发出的指令,红外接收器将指令传送给智能控制系统,智能控制系统驱动执行机构完成门、窗、百叶等开关状态。

(10)安全防范。

在幕墙门窗的窗户前安装红外报警器,当有无人照看儿童想要攀爬门窗时,红外报警器通过控制装置声光报警信号,同时智能控制系统关闭窗户以防事故的发生。

4 智能幕墙的设计

智能幕墙系统主要由输入传感器、输出执行器件、控制系统、光伏发电系统4部分组成。

4.1 输入传感器

玻璃碎片探测器、雨滴传感器、日光控制器、红外线接收器、门磁开关、限位开关等。

4.2 输出执行器件

电机、马达、电磁阀、扬声器等。

4.3 控制系统

通过输入设备(如阳光控制器、温度传感器、雨滴探测器等)将现场参数输入给控制柜中的PLC控制系统;经PLC处理后的参数驱动执行机构(电机、马达、电磁阀、扬声器)带动门窗、百叶等构件的动作。在中控室连接人机界面,操作者可以点动鼠标轻松管理整个幕墙所有设备的运行状况。

4.4 光伏发电系统

光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分,太阳能光伏发电的能量转换器是太阳能电池。当太阳光照射到太阳能电池上时,电池吸收光能,产生光生电子——空穴对。在电池内电场作用下,光生电子和空穴被分离,电池两端出现异号电荷的集累,即产生“光生电压”。

5 光伏系统的设计

太阳能光伏发电系统的组成。

(1)控制器。

控制器是光伏发电系统的核心部件之一,根据系统功率、电压、方阵路数、蓄电池组数和用户的特殊要求确定控制器的类型,一般必须具备的功能有:①信号检测。②蓄电池最优充电控制。③蓄电池放电管理。④设备保护。⑤故障诊断定位。⑥运行状态指示。

(2)逆变器。

根据系统的直流电压确定逆变器的直流输入,根据负载的类型确定逆变器的功率和相数,根据负载的冲击性决定逆变器的功率余量。

(3)太阳能光伏发电系统的防雷接地。

如果太阳能电池方阵被雷电直接击中会造成设备损坏或人员伤亡,所以在设计过程中应做防雷设计。

6 结语

智能幕墙是通风式幕墙的延伸,是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术(暖、热、光、电)的适度控制,在幕墙材料、太阳能的有效利用、通过计算机网络进行有效的调节室内空气、温度和光线,从而节省了建筑物使用过程的能源,降低了生产和建筑物使用过程的费用。因此智能幕墙系统庞大,具有很好的发展空间和前景。

参考文献

[1]@刘光源.简明电气安装工手册[M].北京:机械工业出版社,2001.