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室內(nèi)照明自然采光的模糊控制

作者: 時間:2011-02-28 來源:網(wǎng)絡 收藏

摘要: 自然采光是建筑節(jié)能照明的重要方面,合理利用自然光,在節(jié)能基礎上保證室內(nèi)光環(huán)境的舒適度成為目前研究熱點之一。但是自然光具有隨機性、多變性、易干擾性,其應用與控制較為復雜。本文嘗試將策略應用于自然光照明領域,不依賴模型,并具有較強的抗干擾性,對于多因素變量下的模型不確定情況有很好的控制效果。另外,本文根據(jù)人體工效學思想確定模糊規(guī)則,使遮光百葉的控制更接近人對自然光的判斷,更符合人們生活習慣。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/200685.htm

  1 引言

  從遠古的篝火、油燈到蠟燭、白熾燈,再到今天千家萬戶的熒光燈,人類已經(jīng)基本適應了人工光源的環(huán)境。但是由于千萬年來的環(huán)境影響,自然光仍然是人類最習慣、感覺最舒適的光源,自然采光一直受到建筑師和照明設計師的高度重視。當今社會建筑的節(jié)能環(huán)保需求更對自然采光照明提出了進一步的要求?!督ㄖ晒庠O計標準》

  中的國家技術經(jīng)濟政策指出: 建筑設計要充分利用天然光,創(chuàng)造良好的光環(huán)境。

  對自然采光的研究具有重要的意義:

  (1) 資料表明,照明用電占整個商業(yè)建筑能耗的25 - 40% ,而自然采光在特定的情況下可以節(jié)省52% 的照明用電,大大節(jié)約了能源。

  (2) 相關研究表明,人在自然光條件下工作,可以增加滿意度和提高工作效率。保證正常的生理節(jié)奏,防止季節(jié)性情緒失調(diào)等癥狀。

  (3) 自然采光的工作照度水平及其均勻度對視覺疲勞有著重要影響。

  目前對自然采光的研究主要集中在CIE 標準天空模型、建筑及照明自動控制方面。由于自然光具有隨機性、易變性,而且應用場所的格局、朝向具有多樣性,因此本文引用的方式,結合人體工效學思想,探測窗臺內(nèi)外關鍵點照度值,對自然光變化進行了模糊邏輯推理判斷,使遮光器件的調(diào)節(jié)更合理更人性化。同時區(qū)別于一般窗簾僅在高度維度上的控制,增加了對百葉角度的控制,控制自然光進入室內(nèi)的強度及角度,合理的進行自然采光,以提高辦公效率及辦公環(huán)境的舒適度,增加居住工作人員對室內(nèi)環(huán)境的滿意度。

  2 模糊控制理論

  模糊控制是以模糊*論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制。能避開對象的數(shù)學模型,將模糊控制器輸入量的確定值轉換為相應模糊語言變量值,此相應語言變量值均由對應的隸屬度來定義,適用于不易獲得精確數(shù)學模型的被控對象,其結構參數(shù)不是很清楚,或難以求得,只要求掌握操作人員或領域?qū)<业慕?jīng)驗或知識。作為一種語言變量控制器,其控制規(guī)則只用語言變量形式定性的表達,構成了被控對象的模糊模型。

  模糊控制的基本原理由圖1 表示,其核心部分為模糊控制器,即將輸入變量模糊化和輸出變量的去模糊化過程,如圖虛線框中部分所示。計算機通過采樣獲得控制量的精確值,然后將此量與給定值比較得到的誤差信號E。一般選取誤差信號E 作為模糊控制器的輸入量。把誤差信號的精確量進行模糊化,用相應的模糊語言表示。得到誤差E 的模糊語言*的一個子集e。在有e 和模糊規(guī)則R( 模糊關系) 根據(jù)推理的合成規(guī)則進行模糊決策,得到模糊控制量u 為:



  綜上,模糊控制可以概括為以下步驟:

  (1) 確定系統(tǒng)輸入變量,并將輸入變量的精確值模糊化;(2) 定義模糊子集;(3) 建立模糊規(guī)則并確定隸屬度函數(shù);(4) 計算得到輸出變量并進行去模糊化處理。



圖1 模糊控制系統(tǒng)原理圖

  3 室內(nèi)自然采光模糊控制策略

  3. 1 控制策略

  本系統(tǒng)采用側窗采光系統(tǒng),即在房間的一側或兩側上開采光窗口, 使用可調(diào)節(jié)百葉窗, 采用Delphi 法( 專家法)對遮光百葉進行自然采光模糊控制,解決自然光隨機性、干擾因素多等問題。

  自然光的影響因素較為復雜,很多干擾難以用數(shù)學算式統(tǒng)一表達。夏天太陽太強烈時,過度的自然光容易引起不舒適; 云朵飄過、樹影浮動都會對自然光照度有較大影響,如果及時反應,遮光百葉需要頻繁地轉動,有時噪音比較大,影響室內(nèi)人員工作和休息。因此本系統(tǒng)引入人體工效學思想,結合模糊邏輯推理,合理控制遮光百葉的調(diào)節(jié)。

  我們首先對側窗采光系統(tǒng)進行室內(nèi)照度分布測量,分析典型晴天、陰天等天氣情況下一天中室內(nèi)的照度分布及照度變化情況,并總結其規(guī)律,找到能反映當前室內(nèi)照度與外界天氣情況以及窗臺照度關系的一個或幾個點,并定義為關鍵點,探測關鍵點的照度值以及照度值變化和變化快慢,從而對百葉角度βb 進行調(diào)節(jié)( 以5 度為最小調(diào)節(jié)量)。

  針對直射光,我們設定一個閾值,當光照強度超過閾值時,拒絕自然采光。自然光較強時( 水平遮陽百葉) 將直射日光反射到頂棚區(qū)域,形成漫反射,既保證了照度均勻以及人員與外界的視覺溝通,又避免了眩光。當且僅當太陽光的變化情況達到了我們需要的調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)電動百葉才做出反應。如果照度變化發(fā)生且變化較慢時,做出百葉調(diào)節(jié),照度值增加則百葉角度變小,照度值減小則百葉角度變大以增加采光; 如果照度變化且變化快時,判斷為云朵或者樹影干擾,不做出窗簾調(diào)節(jié)。


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