一种百叶窗遮阳导光百叶片的优化设计方法与流程

本发明涉及一种百叶片设计方法，更具体地说，它涉及一种百叶窗遮阳导光百叶片的优化设计方法。

背景技术：
众所周知，镜面定向反射百叶片由反光部和导光部组成，反光部将照射其上的阳光定向反射到室外，导光部将照射其上的阳光定向导入到室内，通常导光部为向上弯曲的镜面柱面，而反光部则有两种不同横截面的柱面形式，一种是一次反射的向上弯曲的弧形柱面，另一种是带有二次反射的横截面为锯齿形的柱面。例如德国专利DE19503293A1，DE19543812A1，DE10260711A1公开了反光部和导光部都只有一次反射的向上弯曲的弧面百叶片，这一类百叶片的缺陷是抗风强度差、在百叶窗关闭时百叶片无法完全闭合，使得在太阳处于低处时照射到百叶片导光部的阳光反射到上一片百叶片的背面而转入到室内，从而未能达到室内完全黑暗的状态，为了克服这些缺陷，DE19828542A1，DE19929138A1，DE102010005054A1公布了一种Z形镜面百叶片。然而，上述专利申请公布的镜面百叶片都有一个缺陷，即在太阳处于低处时，照射到镜面百叶片反光部的阳光都会反射到上一相邻百叶片的背面而造成眩光以及把太阳热量留在室内，同时相当一部分阳光不被百叶片遮挡而直接进入室内，在太阳处于高处时，照射到镜面百叶片导光部的阳光无法导入到室内纵深处。上述镜面百叶片一般都只应用于传统的固定节距百叶窗上，一旦百叶片稍微往外翻 转，则照射到百叶片上的阳光将无法按照预设的光线路径反射与导入。为了克服这种缺陷，中国发明专利CN102839909B、CN101818616B先后公布了几种变节距百叶窗，通过百叶片间距的变化和百叶片的旋转微调来适应动态的阳光，使得照射到百叶片上的阳光按照预设的光线路径反射与导入。然而将上述Z形镜面百叶片应用到变节距百叶窗时，同样会出现处于较低太阳高度角的阳光照射到镜面百叶片时，落在百叶片反光部的阳光会反射到上一相邻百叶片的背面而造成眩光以及把太阳热量留在室内，在太阳处于高处时，照射到镜面百叶片导光部的阳光无法被导入到室内纵深处。

技术实现要素：
本发明提供了一种百叶窗遮阳导光百叶片的优化设计方法，根据这种优化方法设计出来的遮阳导光百叶片应用到固定节距百叶窗时，不论太阳处于高处或低处时，照射到这种百叶片导光部的阳光都能被导入到室内纵深处，照射到这种百叶片反光部的阳光也都能被反射到室外而不再被反射到上一相邻的百叶片的背面，使得百叶片背面无需进行特殊处理就能消除眩光；而根据这种方法设计出来的遮阳导光百叶片应用到变节距百叶窗时，可以将百叶片的导光部占整个百叶片的横截面宽度的比例提高到70％左右，使得百叶窗能够在夏天反射更多不需要的阳光，在冬天导入更多的用于取暖的阳光，获得更好的节能效果，另外，无论太阳处于高处还是低处，变节距百叶窗都能保持最佳的透明度。本发明的技术方案是：一种百叶窗遮阳导光百叶片的优化设计方 法，应用于具有高位百叶片和低位百叶片的遮阳导光百叶窗上，高位百叶片和低位百叶片均具有靠室外侧的反光部和靠室内侧的导光部，反光部和导光部均为弧形面，该方法包括下列步骤：A.根据百叶窗轴向尺寸及百叶片间距要求确定一设计点，设定设计点处太阳高度角为Hd、高位百叶片横截面上反光部外端反射光线与水平面的夹角为γa、高位百叶片横截面上反光部顶点处反射光线与水平面的夹角为γb、高位百叶片横截面上导光部的顶点处反射光线与水平面的夹角为βb、高位百叶片横截面上导光部的内端反射光线与水平面的夹角为βd1、低位百叶片横截面上反光部和导光部之间的隔断平面与竖直面的夹角为δ2，低位百叶片横截面上导光部底点处反射光线与水平面的夹角为βc、低位百叶片横截面上导光部内端反射光线与水平面的夹角为βd2；B.选取百叶窗百叶片处于打开状态下的水平姿态，以高位百叶片横截面上内端作为测量原点，设定实际高位百叶片横截面上顶点至高位百叶片内端的水平距离为Lbd、测量原点至高位百叶片外端的水平距离为L；C.根据下列优化公式确定高位百叶片横截面上顶点和高位百叶片内端间连线形成的弦平面与水平面的夹角α1、高位百叶片横截面上顶点和高位百叶片外端间连线形成的弦平面与垂直平面的夹角δ1、反光部弧面半径Rab、导光部弧面半径Rbd：式中D.同样方法，根据下列优化公式确定低位百叶片横截面上底点和低位百叶片内端间连线形成的弦平面与水平面的夹角α2、低位百叶片横截面上导光部弧面半径Rcd：式中百叶片的遮阳导光功能是通过反光部、导光部对阳光的反射来实现的。高位百叶片和低位百叶片虽反光部形状相同，但整体结构有所不同，高位百叶片一般为八字形，而低位百叶片一般为Z形，低位百叶片上导光部一束反射光线与水平面的最小夹角比高位百叶片上导光部一束反射光线与水平面的最小夹角更大，因此反光部、高位百叶片的导光部和低位百叶片的导光部三处的弧面半径需要分别进行优化设计，使得百叶窗能在不需要光热时最大程度地屏蔽光线并消除眩光，而在需要光热时又最大程度地将光线导入室内并消除眩光，倘若 通过反复实验的方法逐步修正设计以达到最佳效果，无疑会耗费巨大时间及费用，而使用本发明提供的方法，只需通过给定一些易测易控的设计参数、就能准确、方便地确定三处的弧面半径，极大节约时间和费用，降低设计成本，缩短产品开发周期。作为优选，的取值范围为0.5～0.8，反映了百叶片光线导入量的取舍，取值越大，光导入量越大。作为优选，设计点处太阳高度角Hd的取值范围为35°～45°，选取此值可以让所设计的百叶片更好地在高太阳高度角和低太阳高度角两个范围内达到优化的反光和导光效果。作为优选，γa的取值范围为70°～88°，γb的取值范围为40°～50°。确定这些取值范围是为了百叶片更好地满足实际要求，避免光线反射到上一相邻百叶片的背面。作为优选，βb的取值范围为0～20°，βd1的取值范围为55°～85°。确定这些取值范围是为了百叶片更好地满足实际要求，避免光线反射到上一相邻百叶片的背面。作为优选，βc的取值范围为45°～55°，βd2的取值范围为80°～88°。确定这些取值范围是为了百叶片更好地满足实际要求，避免光线反射到上一相邻百叶片的背面。作为优选，δ2的取值范围为10°～45°。确定这些取值范围是为了百叶片更好地满足实际要求，避免百叶片的隔断平面对光线产生干涉。作为优选，在完成步骤A-D后，将高位百叶片的导光部和低位百 叶片的导光部作垂直往下平移，增大导光部与反光部间的位置落差。通过这一设计变动，可以根据需要调整高位百叶片的导光部和低位百叶片的导光部的一束反射光与水平面的最小夹角，还可增强高位百叶片的抗弯强度。本发明的有益效果是：本发明可使百叶片得到最优化设计，这样制作出的百叶片可把需要的光线导入室内，而把多余的光线进行有效屏蔽，从而满足人们对室内热舒适性和视觉舒适性的要求，取得更好的节能效果。附图说明图1百叶窗高位百叶片的横截面图与几何参数；图2百叶窗低位百叶片的横截面图与几何参数；图3单次二分变节距百叶窗高位百叶片单元横截面与几何参数；图4单次二分变节距百叶窗低位百叶片单元横截面与几何参数；图5单次二分变节距百叶窗处于间距D/2时高位百叶片单元在太阳高度角设计点Hd＝45°处的反光与导光效果图；图6单次二分变节距百叶窗处于间距D/2时低位百叶片单元在太阳高度角设计点Hd＝45°处的反光与导光效果图。图7a-7b单次二分变节距百叶窗在不同太阳高度角时改变节距和百叶片旋转角的高位百叶片的反光与导光效果图。图8a-8b单次二分变节距百叶窗在不同太阳高度角时改变节距和百叶片旋转角的低位百叶片的反光与导光效果图。图9固定节距百叶窗在不同太阳高度角时改变节距和百叶片旋转角的高位百叶片的反光与导光效果图。图10固定节距百叶窗在不同太阳高度角时改变节距和百叶片旋 转角的低位百叶片的反光与导光效果图；图11高位百叶片的导光部垂直下移后的反光与导光效果图；图12低位百叶片的导光部垂直下移后的反光与导光效果图。具体实施方式下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。实施例1：一种百叶窗遮阳导光百叶片的优化设计方法，应用于具有离室内地面1.7m以上的高位百叶片和离室内地面1m至1.7m之间的低位百叶片的遮阳导光百叶窗上，高位百叶片横截面呈八字形，低位百叶片横截面呈Z形，高位百叶片和低位百叶片均具有靠室外侧的反光部11和靠室内侧的导光部，反光部11和导光部均为弧形面，该方法包括下列步骤：A.根据百叶窗轴向尺寸及百叶片间距要求确定一设计点，设定设计点处太阳高度角为Hd、高位百叶片横截面上反光部11外端反射光线与水平面的夹角为γa、高位百叶片横截面上反光部11顶点处反射光线与水平面的夹角为γb、高位百叶片横截面上高位百叶片导光部12的顶点处反射光线与水平面的夹角为βb、高位百叶片横截面上高位百叶片导光部12的内端反射光线与水平面的夹角为βd1、低位百叶片横截面上反光部11和低位百叶片导光部22之间的隔断平面24与竖直面的夹角为δ2，低位百叶片横截面上导光部12底点处反射光线与水平面的夹角为βc、低位百叶片横截面上导光部12内端反射光线与水平面的夹角为βd2；B.选取百叶窗百叶片处于打开状态下的水平姿态，即各百叶片 间节距达到最大且未发生偏转时的姿态，以高位百叶片横截面上内端作为测量原点，设定实际高位百叶片横截面上顶点至高位百叶片内端的水平距离为Lbd、测量原点至高位百叶片外端的水平距离为L、测量原点至顶点的垂直距离为hab；C.根据下列优化公式确定高位百叶片横截面上顶点和高位百叶片外端间连线形成的反光部弦平面11’与垂直平面的夹角δ1、反光部11弧面半径Rab、高位百叶片导光部12弧面半径Rbd：式中D.在确定了高位百叶片后，在高位百叶片的基础上设计低位百叶片，由于低位百叶片的反光部与高位百叶片的反光部完全相同，只需要确定低位百叶片导光部的几个参数α2和Rcd。给定低位百叶片的隔断平面24与垂直平面的夹角δ2，则可根据下列优化公式确定低位百叶片横截面上底点和低位百叶片内端间连线形成的低位百叶片导光部弦平面22’与水平面的夹角α2、低位百叶片横截面上导光部22弧面半径Rcd：式中图1显示了百叶窗高位百叶片的横截面图与几何参数，高位百叶片由反光部11和高位百叶片导光部12两部分组成，反光部11和高位百叶片导光部12为弧形面，图1中a为高位百叶片的外端，d1为高位百叶片的内端，高位百叶片顶点b为高位百叶片反光部11与导光部12的交界处，L为高位百叶片外端a与内端d1之间的横截面宽度，Lbd为b至高位百叶片内端d的水平距离，α1为高位百叶片顶点b与内端d1的连线形成的高位百叶片导光部弦平面12’与水平面的夹角，δ1为高位百叶片的反光部弦平面11’与垂直平面的夹角，Rab为高位百叶片反光部11的半径，Rbd为高位百叶片导光部12的半径，hab为高位百叶片外端a至顶点b的垂直距离，称之为高位百叶片的视野阻挡高度；图2显示了百叶窗低位百叶片和高位百叶片合在一起的横截面图，低位百叶片由反光部11、低位百叶片导光部22和隔断平面24三部分组成，低位百叶片的反光部11与高位百叶片的反光部11相同，低位百叶片的隔断平面24为一与垂直平面夹角为δ2的倾斜平面，低位百叶片的导光部22为弧形面，低位百叶片的外端a、顶点b与高位百叶片的重合，高位百叶片的内端d1和低位百叶片的内端d2重合于d点，低位百叶片的底点c为低位百叶片导光部22与隔断平面24的交接处，α2为低位百叶片的底点c与内端d2的连线形成的低位百叶片导光部弦平面22’与水平面的夹角，Rcd为低位百叶片导光部22的弧面半径。图3显示了单次二分变节距百叶窗高位百叶片单元横截面图与几何参数，其中组一主百叶片90、组二主百叶片90’为主百叶片，91为组一次百叶片，两相邻主百叶片90、90’的节距为D，组一次百叶片91可以在两相邻主百叶片之间上下移动直至两相邻主百叶片组一主百叶片90、组二主百叶片90’中间位置，即D/2，各百叶片的室外端依次为a、a’、a”，各百叶片的室内端依次为d、d’、d”，设计点的入射光线依次为41、42、43，各光线分别照射到各百叶片的外端上，设计点的太阳高度角为Hd，百叶片反光部11的a处反射光线51与水平面的夹角为γa，百叶片反光部11的b处反射光线52与水平面的夹角为γb，百叶片导光部12的b处反射光线61与水平面的夹角为βb，百叶片导光部12的d1处反射光线62与水平面的夹角为βd1。图4显示了单次二分变节距百叶窗低位百叶片单元横截面图与几何参数，与图3一样，其中组一主百叶片90、组二主百叶片90’为主百叶片，组一次百叶片91为次百叶片，两相邻主百叶片90、90’的节距为D，组一次百叶片91可以在两相邻主百叶片90、90’之间上下移动直至两相邻主百叶片90、90’中间位置，即D/2，各百叶片的外端依次为a、a’、a”，各百叶片的内端依次为d2、d2’、d2”，设计点的入射光线依次为44、45，设计点的太阳高度角为Hd，百叶片反光部11的各个参数与图3完全相同，百叶片导光部22的c处反射光线63与水平面的夹角为βc，百叶片导光部22的d2处反射光线64与水平面的夹角为βd2。百叶窗的透明度Г一般由下面公式确定：式中为百叶窗节距比。如果取定Hd＝45°，γa＝81.8°，γb＝43°，βb＝9.5°，βd1＝61°，βc＝52.6°，βd2＝86.5°，δ2＝41°，则有α1＝4.88°，α2＝12.28°，δ1＝53.7°，如果取定D/L＝1.17，则有Г＝80％。图5-6显示了由上述数据确定的高位百叶片和低位百叶片的横截面形状及在设计点处的太阳高度角Hd＝45°情况下变节距百叶窗处于D/2节距时的反光与导光效果图，其中4表示直射阳光，5表示反射光，6表示导入光，由图可见，高位百叶片和低位百叶片的反光弧面11能够很好地将照射其上的阳光反射至室外，照射至高位百叶片的高位百叶片导光部12的阳光被导入至室内，该导入光线与水平面的最小夹角为10°左右，这表明高位百叶片导光部12能够很好地将阳光导入到室内纵深处，照射至低位百叶片导光部22的阳光被导入至室内，该导入光线与水平面的最小夹角为54°，这表明低位百叶片导光部22能够很好地将阳光导入到窗户附近至室内顶部中部。图7a～图8b显示了由按上述方法设计得到的高位百叶片和低位百叶片组成的单次二分变节距百叶窗在不同太阳高度角Hd情况下的反光与导光效果图，此处D/L＝1.57，则有最大透明度Г＝86％，由图可见，无论太阳处于高处还是低处，通过变节距百叶窗的百叶片的节距的改变和百叶片旋转微调的手段，使得高位百叶片和低位百叶片的反光部11都能够很好地将照射其上的阳光反射至室外，消除了以往在太阳处于低处时低位Z形百叶片会将照射其上的阳光反射至上一百叶片的背面上造成眩光和热量流入室内的缺陷，照射至高位百叶片导光部12的阳光被导入至室内的光线与水平面的最小夹角为10°左右，最大夹角为60°左右，这表明高位百叶片导光部12能够很好地将阳光导入到室内天花板中部至纵深处，照射至低位百叶片导光部 22的阳光被导入至室内的光线与水平面的最小夹角为52°左右，最大夹角小于90°，这表明低位百叶片导光部22能够很好地将阳光导入到窗户附近至天花板中部，同时又不会反射到上一相邻百叶片的背部而造成眩光，由图可见，百叶窗最小透明度Г＝63％左右，通过这种变节距百叶窗人们可以消除眩光，获得均匀的日光照明，还可以获得满意的室内外视觉交流。将按上述方法设计得到的高位百叶片和低位百叶片应用于固定节距百叶窗时，设定D/L＝0.85，则有最大透明度Г＝75％，图9-10显示了这种节距的百叶窗在不同太阳高度角H情况下的反光与导光效果图，由图可见，由上述高位百叶片和低位百叶片组成的固定节距百叶窗也能达到与上述单次变节距百叶窗类似的效果。实施例2：如果取定Hd＝45°，γa＝82°，γb＝40°，βb＝5°，βd1＝62°，βc＝50°，βd2＝85°，δ2＝40°，则有α1＝5.75°，α2＝11.25，δ1＝53°，其余同实施例1。实施例3：同理，如果取定Hd＝45°，γa＝75°，γb＝40°，βb＝10°，βd1＝62°，βc＝52°，βd2＝86.5°，δ2＝40°，则有α1＝4.5°，α2＝12.13°，δ1＝51.25°，其余同实施例1。实施例4：同理，如果取定Hd＝35°，γa＝85.5°，γb＝46.5°，βb＝6°，βd1＝57.5°，βc＝47.5°，βd2＝82.5°，δ2＝44°，则有α1＝1.63°，α2＝15°，δ1＝50.5°， 其余同实施例1。改变遮阳导光百叶片的导光部占整个百叶片横截面宽度的比例，利用上述公式可以得到所需的遮阳导光百叶片。实施例5：在完成优化设计的各步骤后，将高位百叶片的导光部和低位百叶片的导光部作垂直往下移动，可以调整高位百叶片的导光部和低位百叶片的导光部的一束反射光与水平面的最小夹角，图11和图12是将图5和图6中的百叶片的导光部垂直下移后获得的，按图5和图6设计中的高位百叶片导光部、低位百叶片导光部原位置分别用虚线12、22表示，图11和图12的高位百叶片导光部、低位百叶片导光部分别用实线12a、22a表示，由图可见，图5中的高位百叶片导光部12的一束反射光线与水平面的最小夹角为9.52°，图6中的低位百叶片导光部22的一束反射光线与水平面的最小夹角为53°，在图5和图6的高位百叶片导光部12、低位百叶片导光部22垂直下移后分别变成了图11的16.2°和图12的56.3°；另外，图5的高位百叶片导光部12在下移后变成图11的高位百叶片导光部12a后出现了高位百叶片隔断平面14，因而本实施例中的高位百叶片横截面也呈八字形，此高位百叶片隔断平面14与垂直平面的夹角取值与图6的低位百叶片的隔断平面24与垂直平面的夹角取值相同。其余同实施例1。