【正文】 制方式進行節(jié)能分 析。具體做法是用某點某時刻照度除以最小設計照度，描述此刻的采光 效果。tesiegel f252。雖然目前建筑節(jié)能領域的焦點很注重于技術和設備的堆砌，但是大量 的事實已經(jīng)說明單純采 用大集中、高效率、高技術（自動控制）和加入可再生能 源的途徑是無法有效達到節(jié)能減排的目的，甚至會適得其反 [50]。一旦照明開啟，用戶便很 少對照明系統(tǒng)進行關閉或調(diào)光的操作。所謂模式，也就是 使 用行為的習慣性。通過啟用這樣 的人員行為模擬，可以使模擬結果中的建筑總能耗減少約 60%[54]。 同濟大學 碩士學位論文 上海地區(qū)照明控制策略對建筑能耗的影響 20 目前，該定義文檔格式還僅限于住宅建筑內(nèi)適用，它把研究對象從原來只有 人的行為對建筑能耗的影響作為單一輸入的 “ 黑盒子 ” 模式，改變?yōu)?以建筑設備 為核心或中間連接主體的更精確的方法。適當?shù)目刂品绞綍? 對照明降耗起到積極的作用。 第 3章 照明控制系統(tǒng)實驗臺 21 第 3章 照明控制系統(tǒng)實驗臺 實驗臺搭建背景 隨著節(jié)能壓力的不斷加大，智能照明控制系統(tǒng)因其優(yōu)異的節(jié)能效果受到越來 越廣泛的重視。同時分區(qū)配置人員感應及照度測 量二合一傳感器，為控制器提供輸入信號，以實現(xiàn)自動控制策略。中國照明設計標準規(guī)定的 功率密度是 11W/m2，且目標值為 9W/m2。結果證明， 在人工照明正常運行時，作業(yè)面高度各處照度值均滿足國家標準要求的 300lux[12]， 詳見表 31。傳感器 6的位置，則只有約 20%的時間照度低于 300lux，需 要補充人工照明，其余時間僅用日光即可達到要求。然后利用 Ecotect軟件的導出功 能，生成符合 Daysim要求 的輸入文件，用 Daysim進行模擬計算。會議室與小辦公室間的隔墻不透光，但與大辦公室之 間為透明玻璃隔墻，所以也可利用部分自然采光。人的控制行為選項，設置為手動 開關模式?？傮w上，室內(nèi)日光的可利用程度很高。圖 35中的照度頻率取自 ，周六和周日完全 沒有人工照明時 8:0016:59的逐分鐘數(shù)據(jù)。 20xx年 3月 28日對桌面的照明水平用手持式照度儀進行了三次測試。平面圖 見圖 33。 為實現(xiàn)上述目標，決定選用同濟大學綜合樓某辦公室為實驗臺 場地，搭建智 能照明系統(tǒng)實驗臺。當照度設定值較低時，采用開關控制 即可；反之，應使用調(diào)光控制。模塊只涉及人員行為與環(huán) 境參數(shù)的關系。具體分為三類： 1. 開環(huán)模式（ Openloop） (Command) 研究對象狀態(tài)的變化不受其產(chǎn)生的結果反饋的影響，通常依據(jù)確定的時間表， 或者有固定的周期和頻率。 在這種算法中，定義了四種基本用戶行為類型，如表 21所列?；蛘咭噪S機數(shù)模擬人手動的控制行為，例如 ESPr中，就包含亨特隨 機算法（ Hunt stochastic algorithm） [52]，用于模擬手動開燈、關燈。 T. Moore. [51]等人，在對英國境 內(nèi) 14個長期運行的開敞式辦公室進行短期單 次調(diào)查的基礎上，選取其中 4個， 進行了為期 47個月不等的長時間的觀測記錄。作為電量的實際消耗者，即建筑使用者，幾乎無法對這些要素 進行控制。 調(diào)光控制時，是重要的判斷標準。使用該指標可以明確全自然采 光時，照度不足、照度合適和可能發(fā)生眩光這三種情況的時間比例，單獨評價采 光有效的時間。 由此，產(chǎn)生了自然采光的動態(tài)評價標準來解決先前的問題。而采光井 （ €/Mlm ? h）和光導系統(tǒng)（ €/Mlm ? h）的應用方式，由于設計復雜， 投資較高，折合的年運行成本僅次于使用 LED照明（ €/Mlm ? h）。當進深小于該 值時，照度隨窗臺高 度升高而降低。 天然采光影響因素 自然采光的影響因素主要分為兩類，一類是天空條件，另一類是建筑本身條 件。這種窗的最 大優(yōu)點可自動控制射進室內(nèi)的光量和熱輻射。 同濟大學 碩士學位論文 上海地區(qū)照明控制策略對建筑能耗的影響 12 從單個窗的形式和輔助設施方面，又可分為帶反射擋光板的采光窗，陽光凹 井采光窗，水平遮陽百葉，采光高窗，棱鏡窗，薄膜采光窗等。 主要缺點是照度分布不均勻，靠近窗戶的地方照度大，從窗戶往里照度下降很快。但缺點是在直 射陽光和輻射熱 的問題上有所不足，前者會對工作效率產(chǎn)生不利影響；后者則需要加強通風以解 決夏日悶熱現(xiàn)象。 ? 削減商業(yè)建筑白天，特別是午后的電力負荷高峰。 通過采用調(diào)光方式對日光進行利用時，模擬結果表明，人工照明用電量可減 少 20%到 70%[39]。當然，這些額外工作 也會增加投資。 日光相關控制 (daylight – linked control) 描述：可以為開關或調(diào)光控制，在日照充足時，關閉全部或部分光源，或者 調(diào)暗燈光；日照不足時，開啟部分或全部光源 ，或者調(diào)亮燈光。 無人時關燈的控制模式，可以有效防止人員離室卻忘記關燈情況下的電能浪 費。而使用日光控制高頻電子鎮(zhèn)流器調(diào)光， 結合來人探 測和手動調(diào)光是最節(jié)能的控制方式，可節(jié)約照明能耗約 75%。 技術路線與結構框架 根據(jù)上述內(nèi)容和研究目的，確定本文技術路線，如圖 11所示： 第 1章 引言 5 圖 11全文技術路線圖 第 2章 照明控制與能耗綜述 7 第 2章 照明控制與能耗綜述 本章為全文的理論基礎概述，在簡介照明控制方式和策略的基礎上，分析關 鍵因子，如日光、人員行為等，對不同控制方式效果的影響。鑒于建筑負荷成因的復雜 同濟大學 碩士學位論文 上海地區(qū)照明控制策略對建筑能耗的影響 4 性，自上世紀九十年代 Park等人 [34]提出用 ANN（ artificial neural work，人工 神經(jīng)網(wǎng)絡）預測電網(wǎng)負荷的方法后，便出現(xiàn)很多關于用類似方法預測建筑負荷的 研究成果。 另一方面，由于照明能耗本身和建筑采光設計對采暖、空調(diào)能耗也有影響， 所以如何平衡它們間的關系，降低建筑總能耗，學者們也進行了相關研究。 雖然增加智能照明控制，如根據(jù)自然光調(diào)節(jié)人工照明，對建筑節(jié)能應該是有 利的，但現(xiàn)今在辦公建筑中對這種系統(tǒng)的使用率還很低。用于靜態(tài)模擬的較流行的軟件有： Radiance、由 Radiance衍生的 Desktop Radiance（ RD）、 Ecotect、 AGi32和 Dialux等， Adeline[15]可用于自然采光計算； Daysim可進行動態(tài)模擬；、 EnergyPlus、 DOE TRNSYS和 IESVE等，可用 于建筑能耗的綜合模擬。相應的，辦公 建筑消耗的能量也逐年迅速上升。南非 04年 頒布能源策略，計劃在 20xx年之前，將政府建筑內(nèi)的白熾燈全部替換為節(jié)能燈， 同時，到 20xx年實現(xiàn)政府建筑節(jié)能 25%的目標。中國已于 05年頒布實施 GB50189－ 20xx《公共建筑節(jié)能標準》，預期通過該標準的執(zhí)行，以 20世紀 80 年代改革開放初期建造的公共建筑為比較基準，達到全年采暖、通風、空氣調(diào)節(jié) 和照明的總能耗減少 50%的目標 [3]。 論文首先總結不同的照明控制方式，分析兩個重要因素 —— 自然采光和使 用者行為模式對照明能耗的影響；然后對一辦公建筑內(nèi)某開敞辦公室進行日光 利用潛力的靜態(tài)和動態(tài)分析，并對原有的手動照明控制系統(tǒng)進行改造，搭建成 可實現(xiàn)多種控制策略的實驗平臺，包括日光相關的調(diào)光控制和人員探測的開關 控制等，同時配備相應的照度和用電量采集監(jiān)測、在線顯示、自動記錄系統(tǒng)， 比較基準辦公室和實驗臺在不同控制策略運行下的照明用電量差異；最后根據(jù) 實驗所得數(shù)據(jù)，采用建筑能耗模擬的方法，分析不同照明控制策略對建筑內(nèi)各 分項能耗的影響。 學位論文作者簽名： 年 月 日 同濟大學學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師指導下，進 行研究工作所取得的成果。使用適當?shù)闹悄? 照明控制策略對照明系統(tǒng)有明顯的節(jié)能降耗作用。而在美國，商業(yè)建筑每年消耗社會一次能 源總量也超過三分之一 [2]。 為推行照明降 耗，全世界各國家和地區(qū)都根據(jù)自身需求制定了多項法律法規(guī)。綜合考慮各種建筑類型，公共建筑由于管理集中，節(jié)能潛力大，受到 廣泛關 注。這些照明節(jié)能措施最多的采用見于發(fā)展中國家，其次是其經(jīng) 濟處于過渡期的國家，最后是工業(yè)化國家 [6]。值得一提的是，在動態(tài)模擬軟件 Daysim中，不僅對全年動態(tài)條件有 比較好的覆蓋，還定義了主動與被動式行為，將人對遮陽、照明的控制行為模式 也結合到了照明能耗模擬計算中 [17]。 Moncef Krarti[2] 等人根據(jù)模擬結果整理出一個簡化的評價公式，以室外照度水平、室內(nèi)照度設定 值、日光控制方式、窗戶透光率和面積、外區(qū)面積和房間面積為輸入，即可得出 一個房間內(nèi)采用日光控制的節(jié)能潛力，即全年采光滿足率（ DA， Daylight Autonomy）或稱為 “ 全自然采光時間百分比 ” 。香港城市大學 . Li、 . Lam等人對能耗預測進 行了一系列研究 [2133]，他們使用 CASIS和 LIGHT先模擬室內(nèi)單獨使用日光照 明時的亮度情況，再在特定照明控制方法下，如恒光照明控制，計算所需要的逐 時照明功率；然后結合建筑熱特性，預測建筑總體能耗值 [22]。 所以，本文旨在獲取實驗數(shù)據(jù)，最終為工程應用提供支持，為不同的建筑類型或 房間使用方式中照明控制策略的選擇提供依據(jù)。圖 21為銳高公司的一項調(diào) 查統(tǒng)計結果 [37]，辦公室內(nèi)采用不同照明控制策略，節(jié)能效果不盡相同。不需要安裝傳感器，任何有定時功能的控制 裝置都可實現(xiàn)。 由于必須加裝相應的傳感器，所以初投資較高。在采光充足的建筑中尤其適用，節(jié)能潛力很 大。比如桌面設定的照度值不 同，選擇開關控制和調(diào)光控制帶來的節(jié)能量就非常不一樣。自然光通過各種透光介質(zhì)直接對室內(nèi)照度起作用，而人工 照明首先輸入建筑的是電能，然后才轉(zhuǎn)化為可見光，為室內(nèi)照明做出貢獻（見圖 23）。 圖 24天窗面積比例對不同照明控制策略節(jié)能率的影響 [43] 建筑本身如何影響自然采光 ，用什么指標可以判斷日光相關控制的節(jié)能潛力， 如何協(xié)調(diào)采光和照明的控制，都是本節(jié)需要討論的問題。大多數(shù)平天窗 需要散射玻璃以控制太陽輻射， 所以無法看到外面。 而庭院、天井和建筑凹口等都可以看作中庭的特殊形式。在一個內(nèi)部可反射光的豎井上部或頂部開采光口，和擋光板 采光窗一樣將直射陽光經(jīng)過反射轉(zhuǎn)變成間接光。采光窗就屬于這一種，更高效的直接利用法還包括 [45]：使用平面反射鏡 的一次反射法、導光管法、棱鏡組多次反射法、光導纖維法、衛(wèi)星反射法、高空 聚光法等。 圖 25自然采光模擬程序輸入?yún)?shù) [46] 為了解各個因素對于采光的影響，文獻 [44]分別模擬不同窗戶透光率、窗臺高 度、窗墻面積比、窗戶朝向和窗戶外形情況下，陰天和晴天天空時，室內(nèi)平均照 度（ I）隨進深（ D）變化的關系式，得到這些因素對室內(nèi)天然光分布的影響，擬 合出天然光平均照度隨各參數(shù)的變化曲線，回歸得到相應的方程，可知室內(nèi)照度 與進深基本呈 3次方關系。 照明采光策略費用比較 圖 26和圖 27是研究人員對不同照明和自然采光形式進行調(diào)查后得到的 運行成本比較結果。這一衡 同濟大學 碩士學位論文 上海地區(qū)照明控制策略對建筑能耗的影響 16 量標準代表了全年中最不利的天氣條件下對天然光的利用程度。 由于該指標只能衡量理想情況下，開關控制時，由于日光充足而關閉人工照 明的時間百分比，還不夠全面。 1 動態(tài)評價指標均參考定義后譯自英文名稱，概念較新，中文名稱還未統(tǒng)一，不同文獻中可能不同。r Nachhaltiges Bauen，德國可持續(xù)建筑認證 [49]）等，已對某些指標提出要求，以便為可持續(xù)建 筑和建筑節(jié)能明確設計方向。因此，現(xiàn)在很多 研究都開始將人為因素作為考慮對象，以尋找一條科學的、可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié) 能路線。對照度高低的接受情況也非常個人化，范 圍由 90到 770lux不等。雖然用戶對照明的控制方法和方式各不相同，但大都會保持一 定的主動性和習慣性。 此外，基于 “ 人行為 是通過對室內(nèi)的設備作用進而影響建筑能耗 ” 的理念， 有學者 [50]提出另外一種的對人行為的定義標準，規(guī)定了可用于模擬的標準人行為 定義文檔格式。 對于行為的模擬，大致可分為三個級別，如圖 29所示。但相同的控制方式對不同建筑形式、不同建筑類型 的照明能耗影響不盡相同。它不僅可實現(xiàn)對自然光的充分利用，還可以配合智能建筑系統(tǒng)， 實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)測管理。 實驗臺所在辦公室原始情況 用于搭建實驗臺的辦公室位于建筑 8樓西側(cè)角落，分別朝西南、西北向開有 平窗，雙向