基于LabVIEW的楼宇遮阳控制系统研究

　　引言

　　自1973 年发生石油危机以来，能源问题已成为一个永恒不变的话题。在全球的能源消耗中，尽管建筑能耗与各国的发达程度和其所处的地理位置紧密相关，但无论是发达国家还是发展中国家，在总能耗中，建筑能耗约为25%～45%。为此，建筑节能无疑被世界各国列为节能工作中的重点。其中，若能做到有效的遮阳，则对节能有着十分重要的意义。

　　建筑遮阳技术的应用可以降低大量的能耗。特别是夏季，造成室内温度过高的主要原因是外墙的吸热和阳光通过窗户直射入室内[1]。建筑遮阳可阻断阳光照射，如果在建筑的外场和内部附加遮阳设施，不仅可以减少阳光的直接射入室内，从而避免室内过热，降低空调的制冷能耗，可以调节室内光线，合理利用自然光减少照明用电，还可以避免阳光直接辐射的眩光引起视觉的不舒适[2]。据光测和计算，采用遮阳系数小的白色窗帘/百叶，其能耗可降低1/3，而闭窗情况下，有、无遮阳，室内温差达1～2°C。冬季，遮阳系统打开，合理地采集阳光提升室内温度。

　　日照的变化和气候的变化需要遮阳系统实时的调节，这样才能最大限度地降低能耗，所以，在外窗运用新型材料的同时还应运用遮阳系统及通风系统控制技术，使其在适当的温度、空气质量、风力及光线下自动调节百叶/遮阳帘的开度，减少空调系统的运行时间和照明时间，合理利用自然能源达到降低能耗的目的。目前的遮阳方式大都沿用最古老的方式，要么室内的遮阳帘/百叶，要么室外的遮阳蓬等。这其中绝大部分为人工来控制遮阳方式或是借助电动装置通过人工来操纵遮阳帘的工作[3]。这种控制方式只能控制遮阳帘/百叶的开/关，不能实现实时的开启/关闭及角度调节。因此，为了满足楼宇遮阳系统具有性能最佳、而造价和运营费用最低的最优设计要求，本文将具有高速、可靠、精确数据采集处理能力的虚拟仪器应用在遮阳控制系统中，根据光照度的改变自动调节通风系统效果，从而实现实时的节能控制。

　　1 遮阳自动控制系统的软硬件结构

　　遮阳的设备多种多样，这里讨论两种最有效的百叶及卷帘遮阳。遮阳设备根据楼宇的结构及建筑物的朝向分区布置 [4]。本系统通过采集楼宇中分散在各个位置的光照度传感器的信号来做出反应，通过调节电机转动来推动遮阳百叶的直线推杆机构，进而控制百叶的开度。

　　对于卷帘开闭则由电机控制滚轴转动来完成，以此来阻隔太阳光的辐射及合理利用自然光，从而达到节能和防止眩光的目的。在此系统中软件采样NI 公司的专用测控软件LabVlEW8.0，硬件采取用零槽控制器使工控机与PXI 总线相连的方式，再配以NI 公司的DAQ (插入式数据采集卡)，利用LabVlEW8.0 的CIN 模块实现与C 语言的接口，将采样数据和系统各电机的运行参数写入数据库。这样可以用VC++的ADO 对象管理工程数据库，便于对系统遮阳的全部历史数据进行统计分析。卷帘的控制相对简单，每个卷帘只需配置相应的电机和照度传感器，主机根据季节及照度编程即可控制其开和关。而百叶的调节相对复杂，因此在这里详细说明。根据测量对象和控制目标确定系统的软硬件结构，控制电机驱动系统的控制模块和原理如图1 和图2 所示。本系统需要采集的数据有室内外光照度，控制对象为电机。全部电机都通过步进控制。