【正文】 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。人的控制行為選項(xiàng)，設(shè)置為手動(dòng) 開(kāi)關(guān)模式。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?？傮w上，室內(nèi)日光的可利用程度很高。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。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)。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。 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。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。平面圖 見(jiàn)圖 33。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。 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)。 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。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。適當(dāng)?shù)目刂品绞綍?huì) 對(duì)照明降耗起到積極的作用。模塊只涉及人員行為與環(huán) 境參數(shù)的關(guān)系。 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。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。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]。 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。所謂模式，也就是 使 用行為的習(xí)慣性。或者以隨機(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。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。 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。雖然目前建筑節(jié)能領(lǐng)域的焦點(diǎn)很注重于技術(shù)和設(shè)備的堆砌，但是大量 的事實(shí)已經(jīng)說(shuō)明單純采 用大集中、高效率、高技術(shù)（自動(dòng)控制）和加入可再生能 源的途徑是無(wú)法有效達(dá)到節(jié)能減排的目的，甚至?xí)m得其反 [50]。作為電量的實(shí)際消耗者，即建筑使用者，幾乎無(wú)法對(duì)這些要素 進(jìn)行控制。tesiegel f252。 調(diào)光控制時(shí)，是重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)。具體做法是用某點(diǎn)某時(shí)刻照度除以最小設(shè)計(jì)照度，描述此刻的采光 效果。使用該指標(biāo)可以明確全自然采 光時(shí)，照度不足、照度合適和可能發(fā)生眩光這三種情況的時(shí)間比例，單獨(dú)評(píng)價(jià)采 光有效的時(shí)間?，F(xiàn)在很多利用軟件模擬進(jìn)行 節(jié)能潛力分析的文章基本都采用這一指標(biāo)對(duì)日光相關(guān)開(kāi)關(guān)控制方式進(jìn)行節(jié)能分 析。 由此，產(chǎn)生了自然采光的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)解決先前的問(wèn)題。 第 2章 照明控制與能耗綜述 15 圖 26各種照明方案在工作平面形成有效照明的總費(fèi)用 [48] 圖 27各種人工照明和自然采光技術(shù)的年運(yùn)行費(fèi)用 [48] 自然采光動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 建筑里通過(guò)充分利用自然光究竟能夠節(jié)約多少能量？或者說(shuō)，某棟建筑內(nèi)日 光的可利用度有多高？常見(jiàn)的方法是使用采光系數(shù)（ Daylight Factor, DF），即室 內(nèi)目標(biāo)點(diǎn)上的照度與全陰天下室外水平面照度的比值，來(lái)評(píng)價(jià) 采光條件。而采光井 （ €/Mlm ? h）和光導(dǎo)系統(tǒng)（ €/Mlm ? h）的應(yīng)用方式，由于設(shè)計(jì)復(fù)雜， 投資較高，折合的年運(yùn)行成本僅次于使用 LED照明（ €/Mlm ? h）。這種方法對(duì)節(jié)能率的預(yù)測(cè)以及詳細(xì)模擬結(jié)果 和案例實(shí)測(cè)結(jié)果都證明 [47]，在外區(qū)采光良好的系統(tǒng)中，調(diào)光控制節(jié)能率非常高， 可達(dá) 60%以上 [47]。當(dāng)進(jìn)深小于該 值時(shí)，照度隨窗臺(tái)高 度升高而降低。以光環(huán)境模擬軟件 第 2章 照明控制與能耗綜述 13 Daysim為例，如圖 25所示，其輸入條件便包括所有這些影響因素在內(nèi)。 天然采光影響因素 自然采光的影響因素主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是天空條件，另一類(lèi)是建筑本身?xiàng)l 件。直接利用即通過(guò)某種傳導(dǎo)方 法使自然光進(jìn)入建筑內(nèi)部，并使其充分分配和發(fā)散，直接使用自然光滿(mǎn)足室內(nèi)視 覺(jué)需求。這種窗的最 大優(yōu)點(diǎn)可自動(dòng)控制射進(jìn)室內(nèi)的光量和熱輻射。陽(yáng)光凹井 分南向和北向兩種。 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 12 從單個(gè)窗的形式和輔助設(shè)施方面，又可分為帶反射擋光板的采光窗，陽(yáng)光凹 井采光窗，水平遮陽(yáng)百葉，采光高窗，棱鏡窗，薄膜采光窗等。 （ 3） 中庭采光 中庭最大的貢獻(xiàn)在于提供了優(yōu)良的光線(xiàn)和射入到平面進(jìn)深最遠(yuǎn)處的可能性， 使得進(jìn)深較大的建筑能夠自然采光，本身則成為一個(gè)自然光的收集器和分配器。 主要缺點(diǎn)是照度分布不均勻，靠近窗戶(hù)的地方照度大，從窗戶(hù)往里照度下降很快。最佳天窗窗地比可以從 5％到 10％或更高， 具體數(shù)值根據(jù)玻璃的透射率、天窗設(shè)計(jì)的效率、需要的照度水平和頂棚的高度以 及房間是否有機(jī)械空調(diào)系統(tǒng)而變化。但缺點(diǎn)是在直 射陽(yáng)光和輻射熱 的問(wèn)題上有所不足，前者會(huì)對(duì)工作效率產(chǎn)生不利影響；后者則需要加強(qiáng)通風(fēng)以解 決夏日悶熱現(xiàn)象。當(dāng)實(shí)際建筑 的天窗面積符合峰值所示情況時(shí)，總能耗最低。 ? 削減商業(yè)建筑白天，特別是午后的電力負(fù)荷高峰。照明環(huán)境，尤其是白天，通常由自然采光 和人工照明共同形成。 通過(guò)采用調(diào)光方式對(duì)日光進(jìn)行利用時(shí)，模擬結(jié)果表明，人工照明用電量可減 少 20%到 70%[39]。其次，對(duì)它的影響還來(lái)自控制設(shè)置本身。當(dāng)然，這些額外工作 也會(huì)增加投資。 日光相關(guān)的控制方式旨在利用免費(fèi)的自然光，降低人工照明平均用電量（調(diào) 光控制）或運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)（開(kāi)關(guān)控制）。 日光相關(guān)控制 (daylight – linked control) 描述：可以為開(kāi)關(guān)或調(diào)光控制，在日照充足時(shí)，關(guān)閉全部或部分光源，或者 調(diào)暗燈光；日照不足時(shí)，開(kāi)啟部分或全部光源 ，或者調(diào)亮燈光。所以，延遲關(guān)燈可 以減少光源的頻繁啟停，延遲光源壽命，提高使用者的舒適性。 無(wú)人時(shí)關(guān)燈的控制模式，可以有效防止人員離室卻忘記關(guān)燈情況下的電能浪 費(fèi)。在預(yù)設(shè)的亮燈時(shí)間之外，可 能無(wú)法滿(mǎn)足室內(nèi)人員 對(duì)照明的需求。而使用日光控制高頻電子鎮(zhèn)流器調(diào)光， 結(jié)合來(lái)人探 測(cè)和手動(dòng)調(diào)光是最節(jié)能的控制方式，可節(jié)約照明能耗約 75%。將 不同的控制方式進(jìn)行組合，可形成不同的控制策略。 技術(shù)路線(xiàn)與結(jié)構(gòu)框架 根據(jù)上述內(nèi)容和研究目的，確定本文技術(shù)路線(xiàn)，如圖 11所示： 第 1章 引言 5 圖 11全文技術(shù)路線(xiàn)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(chǔ)概述，在簡(jiǎn)介照明控制方式和策略的基礎(chǔ)上，分析關(guān) 鍵因子，如日光、人員行為等，對(duì)不同控制方式效果的影響。同時(shí)，在能耗預(yù)測(cè)模型的訓(xùn)練中，也需要這些數(shù)據(jù)的輸入。鑒于建筑負(fù)荷成因的復(fù)雜 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 4 性，自上世紀(jì)九十年代 Park等人 [34]提出用 ANN（ artificial neural work，人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）預(yù)測(cè)電網(wǎng)負(fù)荷的方法后，便出現(xiàn)很多關(guān)于用類(lèi)似方法預(yù)測(cè)建筑負(fù)荷的 研究成果。在上海所處的夏熱冬冷地區(qū)， 其全年能耗對(duì)照明密度的敏感度比其他城市要高出許多，即照明能耗下降可導(dǎo)致 建筑能耗較大幅度降低。 另一方面，由于照明能耗本身和建筑采光設(shè)計(jì)對(duì)采暖、空調(diào)能耗也有影響， 所以如何平衡它們間的關(guān)系，降低建筑總能耗，學(xué)者們也進(jìn)行了相關(guān)研究。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，很多研究者致力于簡(jiǎn)易評(píng)估方法的開(kāi)發(fā)。 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(duì)建筑節(jié)能應(yīng)該是有 利的，但現(xiàn)今在辦公建筑中對(duì)這種系統(tǒng)的使用率還很低。 由于建 筑與系統(tǒng)的的影響因素眾多，且在實(shí)際工程完成前只能進(jìn)行預(yù)測(cè)，所以關(guān) 于人工照明、自然采光以及建筑總能耗的研究中，很大比例的成果是基于模擬結(jié) 第 1章 引言 3 果得到的。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(jì)算； Daysim可進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬；、 EnergyPlus、 DOE TRNSYS和 IESVE等，可用 于建筑能耗的綜合模擬。而多項(xiàng)調(diào)查 結(jié)果表明，提高照明能效是一種經(jīng)濟(jì)性很高的二氧化碳減排方法，是節(jié)能潛力最 大的領(lǐng)域之一 [14]。相應(yīng)的，辦公 建筑消耗的能量也逐年迅速上升。 由此可見(jiàn)，在建筑節(jié)能領(lǐng)域，采用適當(dāng)方式進(jìn)行照明節(jié)能無(wú)疑是一個(gè)重要方 面。南非 04年 頒布能源策略，計(jì)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(shí)，到 20xx年實(shí)現(xiàn)政府建筑節(jié)能 25%的目標(biāo)。而且，照明能耗在全球能耗中占去 19%的比例 [6]，其降耗潛力不容忽視。中國(guó)已于 05年頒布實(shí)施 GB50189－ 20xx《公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》，預(yù)期通過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，以 20世紀(jì) 80 年代改革開(kāi)放初期建造的公共建筑為比較基準(zhǔn)，達(dá)到全年采暖、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié) 和照明的總能耗減少 50%的目標(biāo) [3]。如果保持 現(xiàn)有的能耗與排放水平， 2030年中國(guó)建筑行業(yè)的直接與間接碳排放總量將達(dá)到 32億噸，接近全國(guó)排放總量的 1/3[1]。 論文首先總結(jié)不同的照明控制方式，分析兩個(gè)重要因素 —— 自然采光和使 用者行為模式對(duì)照明能耗的影響；然后對(duì)一辦公建筑內(nèi)某開(kāi)敞辦公室進(jìn)行日光 利用潛力的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，并對(duì)原有的手動(dòng)照明控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，搭建成 可實(shí)現(xiàn)多種控制策略的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括日光相關(guān)的調(diào)光控制和人員探測(cè)的開(kāi)關(guān) 控制等，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)， 比較基準(zhǔn)辦公室和實(shí)驗(yàn)臺(tái)在不同控制策略運(yùn)行下的照明用電量差異；最后根據(jù) 實(shí)驗(yàn)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(duì)建筑內(nèi)各 分項(xiàng)能耗的影響。 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 同濟(jì)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 摘要 I 摘要 建筑能耗主要由照明、暖通、設(shè)備三個(gè)部分的能耗組成。 學(xué)位論文作者簽名： 年 月 日 同濟(jì)大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，進(jìn) 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 論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開(kāi)發(fā)表或者沒(méi)有公開(kāi) 發(fā)表的作品的內(nèi)容。使用適當(dāng)?shù)闹悄? 照明控制策略對(duì)照明系統(tǒng)有明顯的節(jié)能降耗作用。 關(guān)鍵詞：照明，控制策略，建筑能耗，辦公建筑 Tongji University Master Abstract II Abstract Building energy consumption mainly consists of three ponents: lighting, HVAC and electrical equipment. Implementation of appropriate intelligent control strategies on lighting system could benefit energy saving significantly. Furthermore， energy demand of heating and cooling is closely related to the heat dissipation from lighting, so lighting control is very important for building energy saving. In office buildings, the most monly used light source is fluorescent lamp. This thesis is