一种用于大空间建筑的分段遮阳系统及其参数优化方法与流程

本发明涉及建筑遮阳领域，尤其涉及一种可调节大空间建筑室内光环境的分段遮阳系统其参数优化方法。
背景技术：
：大空间建筑的采光方式以顶、侧界面共同采光的方式最佳，但是当大空间建筑只能通过侧界面进行采光时，室内采光均匀度往往满足不了人们使用与舒适的需求。当前大多数大空间建筑都偏重于对照明主动技术的依赖，造成了大量的能耗损失，如果可以通过建筑被动技术提高室内采光均匀度，对于建筑节能具有重要意义。室外气候环境的动态变化，与建筑空间在使用过程中需要一个较为稳定的、舒适的室内环境是相互矛盾的。通过遮阳板旋转角度的调节可动态调节建筑室内光环境，从而达到适应室外光环境的目的。但是对于大空间建筑来说，简单的可调节遮阳板仍然较难提高建筑室内采光均匀度。本发明希望通过一种可调节的分段遮阳系统来优化室内光环境质量，使侧界面采光方式的大空间建筑的室内光环境在不同季节、不同时刻可满足使用人群对舒适光环境的需求，营造舒适、健康的室内光环境。技术实现要素：本发明提供一种易于操作、合理利用自然光、可动态调节的、用于大空间建筑的分段遮阳系统及其参数优化方法，可优化大空间建筑的室内光环境质量，使其在不同季节、不同时刻能满足使用人群对舒适环境的需求，营造舒适、健康的室内运动环境。本发明采用如下技术方案实现：一种用于大空间建筑的分段遮阳系统，包括由上至下地转动设置在大空间建筑各立面墙的若干分段遮阳板、分别驱动各段遮阳板转动的电机驱动系统、与所述电机驱动系统信号连接的时间电机控制系统，所述时间电机控制系统基于lonworks控制网络技术，用于在不同时刻按预定参数驱动电机转动，从而调整各段遮阳板的旋转角度动态调节大空间建筑室内的光环境。进一步地，所述的分段遮阳板段数为两段以上。进一步地，所述的分段遮阳板段数为三段。进一步地，所述分段遮阳板与墙面相交处设有旋转轴，其中，位于东、西向墙体的旋转轴为垂直旋转轴，连接垂直旋转轴的遮阳板垂直于墙面时为0°，向南旋转时角度为正，向北旋转时角度为负；位于南、北向墙体的旋转轴为水平旋转轴，连接水平旋转轴的遮阳板垂直于墙面时为0°，向上旋转时角度为正，向下旋转时角度为负。一种如所述分段遮阳系统的参数优化方法，包括步骤：s1、初步获取大空间建筑内所在地区的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围；s2、采用grasshopper软件建立侧界面采光方式的大空间建筑及遮阳板抽象模型，在参数化建模之后，将其转化为网格，运用honeybee与ladybug插件将模型导入radiance软件；s3、选择所在地区某一典型季节指定日的相应时间点的光照强度对模型进行模拟；s4、运用遗传算法对grasshopper控制的遮阳板相关参数进行自动修改，用初步获取的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围控制遗传算法的寻优目标，不断循环地对室内光环境进行模拟分析，从而得到所在地区各典型季节相应时间点的较优分段遮阳板相关参数；对优化过程中所得的较优分段遮阳板相关参数进行筛选，得到最优遮阳板相关参数；s5、循环步骤s3～s4，得到所有典型季节指定日的相应时间点的最优遮阳板相关参数。进一步地，步骤s2中，所述的侧界面采光方式的训练馆及遮阳板抽象模型包括第一空间模型、第二空间模型、第三空间模型，所述的第一空间模型为侧界面全开敞、无任何遮阳构件的四边形模型；所述第二空间模型是在第一空间模型的基础上增加了普通遮阳板；所述的第三空间模型是在第二空间模型基础上将所述普通遮阳板替换为多段式遮阳板。进一步地，步骤s3中，所述典型季节指定日的相应时间点的光照强度包括：过热季光照最强日、过冷季光照最弱日以及过渡季光照居中日的9:00、12:00、15:00、17:00的光照强度。进一步地，所述的过渡季为春季或秋季。进一步地，所述的步骤4具体包括：s41、将软件模拟时间设为所在地区典型季节中指定日相应时间点，对第二空间模型进行模拟，运用遗传算法对grasshopper控制的遮阳板相关参数进行自动修改，用初步获取的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围控制遗传算法的寻优目标，不断循环地对室内光环境进行模拟分析，从而得到第二空间模型各向遮阳板的数量、宽度及旋转角度的较优结果；s42、对步骤s41所得的各向遮阳板的数量、宽度及旋转角度的较优结果进行筛选，得到遮阳板的数量、宽度及旋转角度的最优结果，进一步提高室内采光均匀度，使最大光照度与最小光照度均处于光照度舒适范围内；s43、在第二空间模型的基础上，保持遮阳板的数量、宽度的最优结果不变，对第三空间模型的分段遮阳板的旋转角度进一步优化，即运用遗传算法对grasshopper控制的遮阳板相关参数进行自动修改，用初步获取的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围控制遗传算法的寻优目标，不断循环地对室内光环境进行模拟分析，从而得到第三空间模型各向遮阳板每段的旋转角度的较优结果；s44、对步骤s43所得的各向分段遮阳板每段的旋转角度的较优结果进行筛选，得到各向分段遮阳板每段的旋转角度的最优结果，进一步提高室内采光均匀度，使最大光照度与最小光照度均处于光照度舒适范围内。进一步地，所述的筛选的步骤具体包括：s11、将所得的较优结果进行整理并导入到excel软件中；s12、剔除最大光照度与最小光照度处于光照度舒适范围之外时的较优结果；s13、将剩余的较优结果的平均光照度进行降序排列，挑选出几组同时满足平均光照度靠近600lx，且均匀度较高的较优结果作为最优结果。相比现有技术，本发明基于当地地域气候环境，通过设置并控制分段遮阳板的不同季节、不同时刻的旋转角度来优化侧界面采光方式的大空间建筑室内光环境质量，提高室内采光均匀度，使其在不同季节、不同时刻可满足使用人群对舒适光环境的需求，并以此区别于常规的建筑遮阳体系。附图说明图1为本发明实施例一的立体示意图。图2为本发明实施例一的东西向示意图。图3为本发明实施例一的南北向示意图。图4为三种空间模型的示意图；图5为第二空间模型在夏季8月18日(光照最强日)12:00时的遮阳板各参数最优结果。图6为第二空间模型室内的光照度折线图。图7为第三空间模型在夏季8月18日(光照最强日)12:00时的各向分段遮阳板各参数最优结果。图8为第三空间模型室内的光照度折线图。图9为优化后的第三空间模型在夏季8月18日(光照最强日)四个时间点的光环境结果。图10为优化后的第三空间模型在夏季8月18日(光照最强日)四个时间点的光照度折线图(ecomf表示舒适光照度)。图11为优化后的第三空间模型在冬季1月27日(光照最弱)四个时间点的光环境结果。图12为优化后的第三空间模型在冬季1月27日(光照最弱)四个时间点的光照度折线图(ecomf表示舒适光照度)。图13为优化后的第三空间模型在过渡季3月31日四个时间点的光环境结果。图14为优化后的第三空间模型在过渡季3月31日四个时间点的光照度折线图(ecomf表示舒适光照度)。图15为优化后的第三空间模型的分段遮阳板在夏季8月18日(光照最强日)四个时间点的旋转角度最优结果。图16为优化后的第三空间模型的分段遮阳板在冬季1月27日(光照最弱日)四个时间点的旋转角度最优结果。图17为优化后的第三空间模型的分段遮阳板在过渡季3月21日四个时间点的旋转角度最优结果。图中：1-上段遮阳板；2-中段遮阳板；3-下段遮阳板。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。实施例一如图1和图3所示，一种用于大空间建筑的分段遮阳系统，包括由上至下地转动设置在大空间建筑各立面墙的若干分段遮阳板、分别驱动各段遮阳板转动的电机驱动系统、与所述电机驱动系统信号连接的时间电机控制系统，所述时间电机控制系统基于lonworks控制网络技术，用于在不同时刻按预定参数驱动电机转动，从而调整各段遮阳板的旋转角度动态调节大空间建筑室内的光环境。本实施例中，各立面墙的所述分段遮阳板段数为三段，包括上段遮阳板1、中段遮阳板2、下段遮阳板3，所述分段遮阳板与墙面相交处设有旋转轴，其中，位于东、西向墙体的旋转轴为垂直旋转轴(见图2)，连接垂直旋转轴的遮阳板垂直于墙面时为0°，向南旋转时角度为正，向北旋转时角度为负；位于南、北向墙体的旋转轴为水平旋转轴(见图3)，连接水平旋转轴的遮阳板垂直于墙面时为0°，向上旋转时角度为正，向下旋转时角度为负。实施例二本实施例由于需要基于当地地域光气候环境，无法一一对每个地区进行模拟分析，本发明以广州地区为例，基于广州地区光气候环境，对大空间建筑(以训练馆为例)分段遮阳系统控制下的室内光环境进行模拟分析，从而得到最优分段遮阳系统相关参数。一种如所述分段遮阳系统的参数优化方法，包括步骤：s1、初步获取大空间建筑内所在地区的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围；世界各国对建筑室内光环境质量都很重视，对其光照度最低标准值都做了规定，具体数值见表1：表1：各国建筑室内照度最低标准值对比单位：lx然而室内光环境的光照度并非越高越好，过量的光照反过来会降低采光均匀度、产生不舒适眩光，降低舒适性，特别是体育建筑，过低采光均匀度与不舒适眩光都直接影响了运动人员的发挥。本实施例通过对多年广州地区训练馆的光环境实测数据以及对运动人群的光环境舒适范围主观评价值的整理分析，初步获取了适应该地区训练馆运动人群光舒适范围，即适应中国广州地区训练馆运动人群的光照度舒适范围为280lx-980lx，当训练馆室内光照度为600lx时舒适度最高；采光系数舒适范围为3.6％-11.5％，当采光系数为6％时舒适度最高，本实施例以此舒适范围为室内光环境调节的目标。s2、采用grasshopper软件建立侧界面采光方式的大空间建筑及遮阳板抽象模型，包括第一空间模型、第二空间模型、第三空间模型，所述的第一空间模型为侧界面全开敞、无任何遮阳构件的四边形模型；所述第二空间模型是在第一空间模型的基础上增加了普通遮阳板；所述的第三空间模型是在第二空间模型基础上将所述普通遮阳板替换为多段式遮阳板，包括包括上段遮阳板1、中段遮阳板2、下段遮阳板3(见图4)。在参数化建模之后，将其转化为网格，运用honeybee与ladybug插件将模型导入radiance软件；s3、选择所在地区某一典型季节指定日的相应时间点的光照强度对模型进行模拟；中国广州地区位于夏热冬暖区，属于亚热带季风气候，年平均日照时数在1900小时左右，年日照百分率为40％-50％，具有充沛的日照资源。通过对近几年中国广州市气象局气候数据的整理，得知夏季的8月18日中午12:00是全年太阳光照最强的时刻，1月27日则是全年太阳光照最弱日。本实施例以夏季最强光照时刻优化出的遮阳体系模型为基本模型，进而通过对遮阳板旋转角度的优化使室内光环境能动态适应各个季节、各个时段室外光气候环境的变化。由于不可能对全年每个时刻进行模拟优化，故选取过热季(夏季)、过冷季(冬季)以及过渡季(春季)三个季节中典型的一天进行早上、中午、下午的模拟，具体模拟时间为8月18日、1月27日、3月21日的9:00、12:00、15:00、17:00，本步骤先选择夏季8月18日12:00为模拟时间。s4、运用遗传算法对grasshopper控制的遮阳板相关参数进行自动修改，用初步获取的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围控制遗传算法的寻优目标，不断循环地对室内光环境进行模拟分析，从而得到所在地区夏季8月18日12:00的较优分段遮阳板相关参数；对优化过程中所得的较优分段遮阳板相关参数进行筛选，得到最优分段遮阳板相关参数，具体包括：s41、将软件模拟时间设为所在地区典型季节中指定日相应时间点，对第二空间模型进行模拟，运用遗传算法对grasshopper控制的遮阳板相关参数进行自动修改，用初步获取的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围控制遗传算法的寻优目标，不断循环地对室内光环境进行模拟分析，从而得到第二空间模型各向遮阳板的数量、宽度及旋转角度的较优结果；将软件模拟时间设为夏季8月18日(光照最强日)12:00，对第一空间模型进行模拟，模拟结果如下表，可知室内采光均匀度低，室内光照度处于初步获取得光舒适范围外，而且室内热辐射水平高。表2：夏季8月18日12:00空间模型1模拟分析结果eave(lx)emax(lx)emin(lx)u1u2149088620247620.320.055表中：eave为平均光照度，emax为最大光照度，emin为最小光照度，u1为最小光照度与平均光照度的比值，u2为最小光照度与最大光照度的比值。s42、对步骤s41所得的各向遮阳板的数量n、宽度w及旋转角度α的较优结果进行筛选，得到遮阳板的数量、宽度及旋转角度的最优结果(见图5和图6)，进一步提高室内采光均匀度，使最大光照度与最小光照度均处于光照度舒适范围内；分析结果可知，优化设计较为成功。但仍然存在均匀度较低的问题，室内最大光照度与最低光照度都在光照度舒适范围之外，如eave：604lx；emax：986lx；emin：274lx；u1＝0.47；u2＝0.29。s43、在第二空间模型的基础上，保持遮阳板的数量、宽度的最优结果不变，对第三空间模型的分段遮阳板的旋转角度进一步优化，即运用遗传算法对grasshopper控制的遮阳板相关参数进行自动修改，用初步获取的人群最佳舒适度时的光照度舒适范围控制遗传算法的寻优目标，不断循环地对室内光环境进行模拟分析，从而得到第三空间模型各向遮阳板每段的旋转角度的较优结果。s44、对步骤s43所得的各向分段遮阳板每段的旋转角度的较优结果进行筛选，得到各向分段遮阳板每段的旋转角度的最优结果(见图7和图8)，进一步提高室内采光均匀度，使最大光照度与最小光照度均处于光照度舒适范围内，其中，eave：516lx；emax：854lx；emin：310lx；u1＝0.60；u2＝0.36，由图8可知，虽然室内光照度平均值有所下降，但是均匀度u2大大提高，室内所有测点的光照度均处于舒适度范围内。因此，分段遮阳板的设计策略能使室内整体光环境更为舒适，其他季节、其他时段的后续优化设计均以分段遮阳板的策略进行优化。s5、循环步骤s3～s4，得到所有典型季节指定日的相应时间点的最优遮阳板相关参数，各季度、各时刻分段遮阳板控制下的室内光环境优化结果及对应的分段遮阳板旋转角度如图9至图17所示，其他任何时刻均可通过本方法得出分段遮阳板的最佳旋转角度。具体而言，本实施例中，步骤s42和s44中所述的筛选的步骤具体包括：s11、将所得的较优结果进行整理并导入到excel软件中；s12、剔除最大光照度与最小光照度处于光照度舒适范围之外时的较优结果；s13、将剩余的较优结果的平均光照度进行降序排列，挑选出几组同时满足平均光照度靠近600lx，且均匀度较高的较优结果作为最优结果。通过本实施例可得到不同季度、不同时刻的分段遮阳板最佳旋转角度并进行汇总；将每个时刻的分段遮阳板最佳旋转角度储存在lonworks的电机控制器中，电机在每个时刻自动运行，调整分段遮阳板的旋转角度，最终实现通过智能控制分段遮阳板的旋转角度来动态调节大空间建筑室内的光环境。本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页12