【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(gè)部分的能耗組成。照明控制策略對(duì)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(jiàn)的光源就是熒光燈，本論文即圍繞開(kāi)敞式辦公室?？刂频?，同時(shí)配備相應(yīng)的照度和用電量采集監(jiān)測(cè)、在線(xiàn)顯示、自動(dòng)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(kāi)始將人為因素作為考慮對(duì)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(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)研究方面，主要是對(duì)使用者進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)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(duì) 人的行為進(jìn)行較為明確的定義和分類(lèi)。 關(guān)于人的行為的實(shí)地測(cè)試比較多。 T. Moore. [51]等人，在對(duì)英國(guó)境 內(nèi) 14個(gè)長(zhǎng)期運(yùn)行的開(kāi)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(gè)， 進(jìn)行了為期 47個(gè)月不等的長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)記錄。這些辦公室的使用者對(duì)于照明系 統(tǒng)有一定的控制可能性，包括手動(dòng)開(kāi)啟、關(guān)閉照明、遠(yuǎn)程照明遙控啟停、人員探 測(cè)自動(dòng)控制照明啟 /停、調(diào)整光照亮度等。長(zhǎng)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(duì)建筑能耗的影響 18 用率約為 54%。開(kāi)燈的動(dòng)作發(fā)生頻率遠(yuǎn)高于關(guān)燈動(dòng)作。一旦照明開(kāi)啟，用戶(hù)便很 少對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)閉或調(diào)光的操作。對(duì)照度高低的接受情況也非常個(gè)人化，范 圍由 90到 770lux不等。 為了預(yù)測(cè)不 同行為模式對(duì)照明能耗的影響，建筑性能模擬中已加入了行為模 擬。簡(jiǎn)單常用的做法是以時(shí)間表為輸入，體現(xiàn)不同時(shí)刻人員情況不同時(shí)，照明的 相應(yīng)變化?；蛘咭噪S機(jī)數(shù)模擬人手動(dòng)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(dòng)開(kāi)燈、關(guān)燈。 以類(lèi)似上述調(diào)查的實(shí)地研究，為人員行為的預(yù)測(cè)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(hù)對(duì)照明的控制方法和方式各不相同，但大都會(huì)保持一 定的主動(dòng)性和習(xí)慣性。以這種習(xí)慣性為基礎(chǔ)，加拿大國(guó)家研究委員會(huì)（ 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(shí)間表，用于建筑運(yùn)行能耗計(jì)算?；具\(yùn)算過(guò)程見(jiàn)圖 28。 在這種算法中，定義了四種基本用戶(hù)行為類(lèi)型，如表 21所列。 表 21Lightswitch中用戶(hù)行為類(lèi)型的定義 [53] 照明 控制 遮陽(yáng) 控制 用 戶(hù)行為類(lèi)型定義 主動(dòng) 主動(dòng) 根據(jù)環(huán)境照明情況控制人工照明設(shè)施，早晨打開(kāi)遮陽(yáng)，而白天則 視情況部分關(guān)閉以避免直射陽(yáng)光 被動(dòng) 主動(dòng) 工作日白天一直保持人工照明設(shè)施處于開(kāi)啟狀態(tài)，在早晨打開(kāi)遮 陽(yáng)，而白天則視情況部分關(guān)閉以避免直射陽(yáng)光 主動(dòng) 被動(dòng) 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(yáng)處于部分 關(guān)閉狀態(tài)以避免直射陽(yáng)光 被動(dòng) 被動(dòng) 工作日全天一直保持人工照明設(shè)施處于開(kāi)啟狀態(tài)，全年中保持遮 陽(yáng)處于部分關(guān)閉狀態(tài)以避免直射陽(yáng)光 第 2章 照明控制與能耗綜述 19 圖 28Lightswitch20xx模型基本計(jì)算過(guò)程 [53] 這種算法已被開(kāi)發(fā)為模型，應(yīng)用于 Daysim和 LightswitchWizard中 [17]，它不 僅可用于人員對(duì)于遮陽(yáng)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(dòng) 控制方式，如調(diào)光控制和人員檢測(cè)自動(dòng)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_(kāi)敞辦公室可 能有多個(gè)控制分區(qū)，無(wú)法簡(jiǎn)單用 0或 1這樣簡(jiǎn)單的數(shù)字描述清楚。通過(guò)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(guò)對(duì)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(duì)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(duì)象為：房間里由人行為作用并會(huì)對(duì)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(hù)、窗簾、遮陽(yáng)），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(duì)象受人行為作用，狀態(tài)發(fā)生不同類(lèi)型的變化 的規(guī)律。具體分為三類(lèi)： 1. 開(kāi)環(huán)模式（ Openloop） (Command) 研究對(duì)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(shí)間表， 或者有固定的周期和頻率。 2. 閉環(huán)模式（ Closedloop） (Control) 研究對(duì)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(duì)象狀態(tài)變化無(wú)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(duì)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(duì)象從原來(lái)只有 人的行為對(duì)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(duì)于行為的模擬，大致可分為三個(gè)級(jí)別，如圖 29所示。從簡(jiǎn)單到最復(fù)雜。 前面提到的 Lightswitch算法就屬于第二級(jí)，運(yùn)用模塊 SHOCC，即 SubHourly Occupancy Control（逐時(shí)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(jiǎn)稱(chēng)，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(dòng)、主要使用者的工作性質(zhì)等。 圖 29行為模擬級(jí)別 [55] 小結(jié) 從這章分析可知，照明控制方式會(huì)影響照明系統(tǒng)的能耗。適當(dāng)?shù)目刂品绞綍?huì) 對(duì)照明降耗起到積極的作用。但相同的控制方式對(duì)不同建筑形式、不同建筑類(lèi)型 的照明能耗影響不盡相同。人員探測(cè)的控制方式首先會(huì)受到房間使用率的影響， 其次，與其延遲關(guān)閉時(shí)間的長(zhǎng)短也有關(guān)系。而日光相關(guān)控制的使用，則應(yīng)同時(shí)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(shí)，采用開(kāi)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(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以衡量某棟建筑 或某個(gè)房間使用自然采光相關(guān)控制的節(jié)能率，并對(duì)自然光可能引起的眩光情況進(jìn) 行預(yù)測(cè)。此外，該控制模式也會(huì)受到用戶(hù)行為模式的影響，如用戶(hù)主動(dòng)調(diào)光，或 對(duì)遮陽(yáng)進(jìn)行操作等?？傊?，分析照明控制方式的節(jié)能率時(shí)，需要對(duì)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(gè)因素，就是自然采光情況和用戶(hù)行 為模式。 第 3章 照明控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 21 第 3章 照明控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(lái) 越廣泛的重視。它不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)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(gè)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(cè)系統(tǒng)，長(zhǎng)期跟蹤記錄智能照明控制系統(tǒng)能耗； 3. 后續(xù)計(jì)劃：利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)對(duì)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(tái) 場(chǎng)地，搭建智 能照明系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建之前，原照明系統(tǒng)為簡(jiǎn)單分區(qū)開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制。實(shí) 驗(yàn)臺(tái)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(zhuān)業(yè)型燈盤(pán)。同時(shí)分區(qū)配置人員感應(yīng)及照度測(cè) 量二合一傳感器，為控制器提供輸入信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制策略。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)所在辦公室原始情況 用于搭建實(shí)驗(yàn)臺(tái)的辦公室位于建筑 8樓西側(cè)角落，分別朝西南、西北向開(kāi)有 平窗，雙向側(cè)采光。長(zhǎng)寬均為 15m左右。 整間辦公室由三個(gè)區(qū)域組成：開(kāi)敞型辦公室，會(huì)議室和個(gè)人辦公室。平面圖 見(jiàn)圖 33。其中，開(kāi)敞型辦公室內(nèi)燈盤(pán)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(gè)燈盤(pán)內(nèi)裝有三支燈 管；門(mén)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(jì)算， 可知照明安裝功率密度為 ，不包括鎮(zhèn)流器。中國(guó)照明設(shè)計(jì)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(jiàn)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(duì)建筑能耗的影響 22 圖 31開(kāi)敞辦公室原有照明 圖 32會(huì)議室原有照明 圖 33辦公室平面圖和照度測(cè)試點(diǎn)分布 圖 34燈具布置圖 光源啟停通過(guò)配電箱內(nèi)閘刀開(kāi)關(guān)手動(dòng)控制，共分 7個(gè)回路。會(huì)議室和小辦公 室內(nèi)單獨(dú)裝有手動(dòng)門(mén)鈴開(kāi)關(guān)，在閘刀開(kāi)關(guān)聯(lián)通時(shí)，可用于各自區(qū)域內(nèi)照明的啟停 控制。 20xx年 3月 28日對(duì)桌面的照明水平用手持式照度儀進(jìn)行了三次測(cè)試。當(dāng)天 為晴天。每次在室內(nèi)選取 9個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖 33所示 19；靠窗位置選取 5個(gè)測(cè)點(diǎn)， 即圖 33點(diǎn) A到 E。第一次開(kāi)始于 16:10，照明全開(kāi)，屬于自然采光和人工照明 的混合照明情況；第二次開(kāi)始于 16:15，照明全關(guān)，純自然采光；第三次開(kāi)始于 18:00，此時(shí)室外已全黑，照明全開(kāi)，未對(duì)窗戶(hù)附近測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果證明， 在人工照明正常運(yùn)行時(shí)，作業(yè)面高度各處照度值均滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的 300lux[12]， 詳見(jiàn)表 31。 第 3章 照明控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái) 23 表 31實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建前工作面照度測(cè)試值 測(cè)試時(shí)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(gè)辦公區(qū)域在所有燈開(kāi)啟的情況下，實(shí)測(cè)照明回路總功率為 ~ （波動(dòng)為不 同時(shí)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(duì)于照明策略的節(jié)能效果有很大影響，所以先對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(jì)和動(dòng)態(tài)光環(huán)境仿真兩部分。 實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 統(tǒng)計(jì)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(méi)有人工照明時(shí) 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(duì)應(yīng)的傳感器位置參見(jiàn)章節(jié) 314。由圖可見(jiàn)，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(hù)都較遠(yuǎn)，大部分時(shí)間內(nèi)高于 300lux的照明要求都無(wú)法得 到滿(mǎn)足。傳感器 6的位置，則只有約 20%的時(shí)間照度低于 300lux，需 要補(bǔ)充人工照明，其余時(shí)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(lái)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(xiàn) SW。而 NW到這個(gè)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(duì)建筑能耗的影響 24 較高的家具阻隔，因此對(duì)其影響很小?？傮w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(jì)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(tái)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(huì)遮擋光線(xiàn)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(jì)算。該軟件可以導(dǎo)入 epw格式的完整天氣文 件，并生成步長(zhǎng)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(dòng) 開(kāi)關(guān)模式。 建筑平面內(nèi)共有三個(gè)區(qū)域。開(kāi)敞辦公室為雙向側(cè)面采光，西南向 6個(gè)窗， 西 北向 5個(gè)。小辦公室為西南向側(cè)面采光，此外，可以接受一部分通過(guò)玻璃隔墻射 入的來(lái)自大辦公室的光線(xiàn)。會(huì)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