【導(dǎo)讀】本人完全了解同濟(jì)大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本學(xué)位。發(fā)表的作品的內(nèi)容。人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。法律責(zé)任由本人承擔(dān)。建筑能耗主要由照明、暖通、設(shè)備三個部分的能耗組成。照明控制策略對照明系統(tǒng)有明顯的節(jié)能降耗作用。加之照明散熱與空調(diào)和采暖。而在辦公建筑中，最常見的光源就是熒光燈，本論文即圍繞開敞式辦公室?？刂频龋瑫r配備相應(yīng)的照度和用電量采集監(jiān)測、在線顯示、自動記錄系統(tǒng)，分項(xiàng)能耗的影響。

　　

【正文】 [50]。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(xué)的、可持續(xù)發(fā)展的建筑節(jié) 能路線。在實(shí)驗(yàn)研究方面，主要是對使用者進(jìn)行長期監(jiān)測觀察，歸納行為模式； 而理論研究方面，發(fā)展出了可用于建筑性能模擬的人員行為模式模擬的方法，對 人的行為進(jìn)行較為明確的定義和分類。 關(guān)于人的行為的實(shí)地測試比較多。 T. Moore. [51]等人，在對英國境 內(nèi) 14個長期運(yùn)行的開敞式辦公室進(jìn)行短期單 次調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取其中 4個， 進(jìn)行了為期 47個月不等的長時間的觀測記錄。這些辦公室的使用者對于照明系 統(tǒng)有一定的控制可能性，包括手動開啟、關(guān)閉照明、遠(yuǎn)程照明遙控啟停、人員探 測自動控制照明啟 /停、調(diào)整光照亮度等。長期調(diào)查的結(jié)果證實(shí)，照明的平均使 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 上海地區(qū)照明控制策略對建筑能耗的影響 18 用率約為 54%。開燈的動作發(fā)生頻率遠(yuǎn)高于關(guān)燈動作。一旦照明開啟，用戶便很 少對照明系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)閉或調(diào)光的操作。對照度高低的接受情況也非常個人化，范 圍由 90到 770lux不等。 為了預(yù)測不 同行為模式對照明能耗的影響，建筑性能模擬中已加入了行為模 擬。簡單常用的做法是以時間表為輸入，體現(xiàn)不同時刻人員情況不同時，照明的 相應(yīng)變化。或者以隨機(jī)數(shù)模擬人手動的控制行為，例如 ESPr中，就包含亨特隨 機(jī)算法（ Hunt stochastic algorithm） [52]，用于模擬手動開燈、關(guān)燈。 以類似上述調(diào)查的實(shí)地研究，為人員行為的預(yù)測提供基礎(chǔ)。這里的行為，包 括調(diào)節(jié)光照水平、消除直射眩光以及根據(jù)物理?xiàng)l件進(jìn)行節(jié)能控制等。人員行為模 式是在建筑建成之后，唯一能夠影響照明能耗的人為因素。所謂模式，也就是 使 用行為的習(xí)慣性。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(xí)慣性。以這種習(xí)慣性為基礎(chǔ)，加拿大國家研究委員會（ National Research Council Canada） [53]總結(jié)推出了一套行為模式算法 Lightswitch20xx，可 以將人的行為生成時間表，用于建筑運(yùn)行能耗計算?；具\(yùn)算過程見圖 28。 在這種算法中，定義了四種基本用戶行為類型，如表 21所列。 表 21Lightswitch中用戶行為類型的定義 [53] 照明 控制 遮陽 控制 用 戶行為類型定義 主動 主動 根據(jù)環(huán)境照明情況控制人工照明設(shè)施，早晨打開遮陽，而白天則 視情況部分關(guān)閉以避免直射陽光 被動 主動 工作日白天一直保持人工照明設(shè)施處于開啟狀態(tài)，在早晨打開遮 陽，而白天則視情況部分關(guān)閉以避免直射陽光 主動 被動 根據(jù)環(huán)境照明情況控制人工照明設(shè)施，全年中保持遮陽處于部分 關(guān)閉狀態(tài)以避免直射陽光 被動 被動 工作日全天一直保持人工照明設(shè)施處于開啟狀態(tài)，全年中保持遮 陽處于部分關(guān)閉狀態(tài)以避免直射陽光 第 2章 照明控制與能耗綜述 19 圖 28Lightswitch20xx模型基本計算過程 [53] 這種算法已被開發(fā)為模型，應(yīng)用于 Daysim和 LightswitchWizard中 [17]，它不 僅可用于人員對于遮陽設(shè)備和照明系統(tǒng)控制行為的定義輸入，還可以與其他自動 控制方式，如調(diào)光控制和人員檢測自動控制相結(jié)合，進(jìn)行比較全面的照明控制模 擬。然而它也存在缺陷，那就是更適用于 12人的小辦公室。因?yàn)殚_敞辦公室可 能有多個控制分區(qū)，無法簡單用 0或 1這樣簡單的數(shù)字描述清楚。通過啟用這樣 的人員行為模擬，可以使模擬結(jié)果中的建筑總能耗減少約 60%[54]。 此外，基于 “ 人行為 是通過對室內(nèi)的設(shè)備作用進(jìn)而影響建筑能耗 ” 的理念， 有學(xué)者 [50]提出另外一種的對人行為的定義標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了可用于模擬的標(biāo)準(zhǔn)人行為 定義文檔格式。 明確研究對象為：房間里由人行為作用并會對建筑能耗產(chǎn)生影響的建筑設(shè)備， 包括可以調(diào)節(jié)的建筑結(jié)構(gòu)部分（如窗戶、窗簾、遮陽），燈光和室內(nèi)的設(shè)備等。 運(yùn)行模式定義為：建筑中研究對象受人行為作用，狀態(tài)發(fā)生不同類型的變化 的規(guī)律。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(jié)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。 2. 閉環(huán)模式（ Closedloop） (Control) 研究對象狀態(tài)的變化受到其產(chǎn)生結(jié)果反饋的影響，將希望值與變化產(chǎn)生的結(jié) 果進(jìn)行比較，并根據(jù)之間的誤差調(diào)整狀態(tài)。通常有相應(yīng)的希望值和反饋邏輯。 3. 隨機(jī)模式（ Random） 研究對象狀態(tài)變化無確定規(guī)律，隨機(jī)進(jìn)行。 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)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(shè)備 為核心或中間連接主體的更精確的方法。 對于行為的模擬，大致可分為三個級別，如圖 29所示。從簡單到最復(fù)雜。 前面提到的 Lightswitch算法就屬于第二級，運(yùn)用模塊 SHOCC，即 SubHourly Occupancy Control（逐時人員控制）即可實(shí)現(xiàn)該算法。模塊只涉及人員行為與環(huán) 境參數(shù)的關(guān)系。圖中的 USSU是 User Simulation of Space Utilization（空間利用 的人員模擬）的簡稱，可以比 SHOCC更為精細(xì)、全面的進(jìn)行人員模擬 [55]。其依 據(jù)是該 空間用途、空間連接部分內(nèi)人員的活動、主要使用者的工作性質(zhì)等。 圖 29行為模擬級別 [55] 小結(jié) 從這章分析可知，照明控制方式會影響照明系統(tǒng)的能耗。適當(dāng)?shù)目刂品绞綍? 對照明降耗起到積極的作用。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。人員探測的控制方式首先會受到房間使用率的影響， 其次，與其延遲關(guān)閉時間的長短也有關(guān)系。而日光相關(guān)控制的使用，則應(yīng)同時考 慮桌面照度設(shè)定值和自然采光條件的影響。當(dāng)照度設(shè)定值較低時，采用開關(guān)控制 即可；反之，應(yīng)使用調(diào)光控制。利用自然采 光的動態(tài)評價指標(biāo)可以衡量某棟建筑 或某個房間使用自然采光相關(guān)控制的節(jié)能率，并對自然光可能引起的眩光情況進(jìn) 行預(yù)測。此外，該控制模式也會受到用戶行為模式的影響，如用戶主動調(diào)光，或 對遮陽進(jìn)行操作等?？傊?，分析照明控制方式的節(jié)能率時，需要對具體建筑和具 體使用情況進(jìn)行全面考量，其中最重要的兩個因素，就是自然采光情況和用戶行 為模式。 第 3章 照明控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺 21 第 3章 照明控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺 實(shí)驗(yàn)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。它不僅可實(shí)現(xiàn)對自然光的充分利用，還可以配合智能建筑系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)測管理。另外，還有數(shù)據(jù)表明，采用照明節(jié)能措施是最經(jīng)濟(jì)的二氧化 碳減排方式之一 [6]。在這樣的背景下，歐司朗公司決定資助同濟(jì)大學(xué)進(jìn)行一個實(shí) 驗(yàn)項(xiàng)目，主要包括以下內(nèi)容和目的： 1. 研究并應(yīng)用智能照明控制系統(tǒng)； 2. 安裝監(jiān)測系統(tǒng)，長期跟蹤記錄智能照明控制系統(tǒng)能耗； 3. 后續(xù)計劃：利用實(shí)驗(yàn)臺對系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行研究，推廣到整棟建筑范圍，建 立節(jié)能示范建筑，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，決定選用同濟(jì)大學(xué)綜合樓某辦公室為實(shí)驗(yàn)臺 場地，搭建智 能照明系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺。實(shí)驗(yàn)臺搭建之前，原照明系統(tǒng)為簡單分區(qū)開關(guān)手動控制。實(shí) 驗(yàn)臺建成后，原有設(shè)備替換為新型節(jié)能的照明設(shè)備，包括光源、鎮(zhèn)流器和燈具， 并增加智能照明控制系統(tǒng)。所使用的產(chǎn)品包括 DALI MULTI 3 控制器、可調(diào)光 熒光燈、可調(diào)光高頻電子鎮(zhèn)流器和專業(yè)型燈盤。同時分區(qū)配置人員感應(yīng)及照度測 量二合一傳感器，為控制器提供輸入信號，以實(shí)現(xiàn)自動控制策略。 實(shí)驗(yàn)臺所在辦公室原始情況 用于搭建實(shí)驗(yàn)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，雙向側(cè)采光。長寬均為 15m左右。 整間辦公室由三個區(qū)域組成：開敞型辦公室，會議室和個人辦公室。平面圖 見圖 33。其中，開敞型辦公室內(nèi)燈盤吊頂安裝，其他兩區(qū)嵌入式吸頂安裝。光 源均為飛利浦直管日光型熒光燈，單只燈管功率 36W，每個燈盤內(nèi)裝有三支燈 管；門廳內(nèi) 4盞筒燈，各裝 2支 13W緊湊型熒光燈。具體燈具分布如圖 34所 示，包括緊湊型熒光燈，其裝機(jī)總功率為 ，按照建筑總面積 216m2計算， 可知照明安裝功率密度為 ，不包括鎮(zhèn)流器。中國照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 功率密度是 11W/m2，且目標(biāo)值為 9W/m2。 可見該辦公室的照明系統(tǒng)確有節(jié)能潛 力。 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 上海地區(qū)照明控制策略對建筑能耗的影響 22 圖 31開敞辦公室原有照明 圖 32會議室原有照明 圖 33辦公室平面圖和照度測試點(diǎn)分布 圖 34燈具布置圖 光源啟停通過配電箱內(nèi)閘刀開關(guān)手動控制，共分 7個回路。會議室和小辦公 室內(nèi)單獨(dú)裝有手動門鈴開關(guān)，在閘刀開關(guān)聯(lián)通時，可用于各自區(qū)域內(nèi)照明的啟停 控制。 20xx年 3月 28日對桌面的照明水平用手持式照度儀進(jìn)行了三次測試。當(dāng)天 為晴天。每次在室內(nèi)選取 9個測點(diǎn)，如圖 33所示 19；靠窗位置選取 5個測點(diǎn)， 即圖 33點(diǎn) A到 E。第一次開始于 16:10，照明全開，屬于自然采光和人工照明 的混合照明情況；第二次開始于 16:15，照明全關(guān)，純自然采光；第三次開始于 18:00，此時室外已全黑，照明全開，未對窗戶附近測點(diǎn)進(jìn)行測試。結(jié)果證明， 在人工照明正常運(yùn)行時，作業(yè)面高度各處照度值均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求的 300lux[12]， 詳見表 31。 第 3章 照明控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺 23 表 31實(shí)驗(yàn)臺搭建前工作面照度測試值 測試時間 16:10 16:15 18:00 1 447 387 2 373 325 3 500 435 4 389 354 5 342 379 6 574 510 7 555 520 8 469 474 9 541 430 A 1640 B 1630 C 1560 D 1748 E 1440 整個辦公區(qū)域在所有燈開啟的情況下，實(shí)測照明回路總功率為 ~ （波動為不 同時刻供電電壓、頻率的差異所致），功率密度約為 ，包括 鎮(zhèn)流器。 日光利用潛力 由于自然采光對于照明策略的節(jié)能效果有很大影響，所以先對實(shí)驗(yàn)臺搭建的 辦公室進(jìn)行日光利用潛力的分析，包括實(shí)際數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和動態(tài)光環(huán)境仿真兩部分。 實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計 統(tǒng)計在關(guān)燈情況下全天的照度數(shù)據(jù)，可以得到辦公室本身的自然采光的可利 用程度。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)。 SW， NW分別 是西南向窗口和西北 向窗口的照度傳感器采集的數(shù)據(jù)。 LUX_1到 LUX_6對應(yīng)的傳感器位置參見章節(jié) 314。由圖可見，在完全自然采光的情況下，傳感器 5所在的位 置，由于離兩邊的窗戶都較遠(yuǎn)，大部分時間內(nèi)高于 300lux的照明要求都無法得 到滿足。傳感器 6的位置，則只有約 20%的時間照度低于 300lux，需 要補(bǔ)充人工照明，其余時間僅用日光即可達(dá)到要求。而其中傳感器 13，隨著到 西南窗距離的減少，日光的可利用程度也越來越高。傳感器 6靠近西南窗，所以 其采光情況主要取決于紅色 曲線 SW。而 NW到這個位置有一定距離，中間還有 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 上海地區(qū)照明控制策略對建筑能耗的影響 24 較高的家具阻隔，因此對其影響很小。總體上，室內(nèi)日光的可利用程度很高。更 詳細(xì)的日光可用度分析由模擬計算完成。 圖 35自然采光條件下的照度累積頻率 采光情況模擬 根據(jù)搭建實(shí)驗(yàn)臺的實(shí)際辦公室，在 Ecotect環(huán)境中，建立建筑模型。其中包 括該辦公室外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的采光部分，即窗口位置和尺寸，以及室內(nèi)玻璃隔墻、 會遮擋光線的家具等。然后利用 Ecotect軟件的導(dǎo)出功 能，生成符合 Daysim要求 的輸入文件，用 Daysim進(jìn)行模擬計算。該軟件可以導(dǎo)入 epw格式的完整天氣文 件，并生成步長為 5min（默認(rèn)值，也可以自由選擇最小為 1min的其他值）的適 于光環(huán)境模擬的 wea格式文件。當(dāng)然，也可以直接導(dǎo)入 wea格式天氣文件。本 文中模擬用的天氣參數(shù)選擇 EnergyPlus網(wǎng)站上提供的上海地區(qū) 。人的控制行為選項(xiàng)，設(shè)置為手動 開關(guān)模式。 建筑平面內(nèi)共有三個區(qū)域。開敞辦公室為雙向側(cè)面采光，西南向 6個窗， 西 北向 5個。小辦公室為西南向側(cè)面采光，此外，可以接受一部分通過玻璃隔墻射 入的來自大辦公室的光線。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。圖 36和圖 37分別為建筑 模型平面圖和三維視圖。其中，在平面圖里可看