天然采光与智能照明结合的恒照度控制策略研究

摘要

照明能耗在建筑用电消耗中占据较大比重，对灯具进行调光控制是节约能源的一项有效举措。现有的智能灯光控制策略多是在结合人员活动、距离窗户远近、分场景等方面进行控制，忽略了天然采光对人体的生理作用和在节能方面的重要意义，以及在建筑的采光过程中，距离窗户较近的工作面受窗户和墙壁位置影响较大而出现的照度不均匀、不恒定现象。本课题将天然采光与智能照明控制相结合，提出了一种保持工作面恒照度的控制策略，内容如下：　　（1）以郑州地区为例，对影响建筑采光的气候因素以及建筑自身因素进行分析，使建筑能够在最大限度的天然采光环境下与建筑能耗保持平衡，减少人工照明光源的开启，达到节能的目的。　　（2）计算不同天空模型以及不同时刻下房间的工作面照度，分析在房间进深方向和侧窗平行方向的照度规律，提出针对不同工作面区域灯具采取分区控制或分区控制与分点控制结合的改进的天然采光与智能照明结合的恒照度控制策略。　　（3）本课题将照度传感器放置于屋顶和墙面，基于光通传递理论，建立屋顶/墙面与工作面之间的照度变化传递比，分析得出不同区域照度传感器的最佳位置。　　（4）构建基于天然采光与智能照明结合的恒照度控制策略的BP神经网络模型，实现室内工作面的恒照度。通过DIALux evo软件的仿真，证明此算法的可行性。分别计算建筑完全依靠人工照明时和使用本课题改进的控制策略时的照明能耗，得出改进的控制策略应用于建筑照明系统中的节能效果。　　本课题分析了办公室房间在不同采光影响因素下的天然采光特性，分析了不同天空模型下和不同时刻下的室内工作面照度特点，分区域讨论了照度传感器在采集照度数据时的位置，从建筑被动式节能方面、主动调光控制方面给出了天然采光与智能照明控制相结合的控制策略，并采用BP神经网络算法对其实现，通过对人工光源和窗帘的智能调节，使工作面具有均匀恒定的照度。对建筑整体应用改进的控制策略的节能效果进行评估，证明在结合天然采光的室内恒照度调节过程中减少了电力能源的消耗。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 天然采光与智能照明控制结合的发展趋势

1.4 天然采光与智能照明控制结合应用中存在的问题

1.5 论文主要研究内容及章节安排

第二章 天然采光分析

2.1 天空亮度分布模型

2.2 研究对象的建立

2.3 不同影响因素下的采光分析

2.3.1 气候因素采光分析

2.3.2 建筑自身因素采光分析

2.4 小结

第三章 改进的基于天然采光的智能照明控制策略

3.1 常见的照明控制策略

3.2 研究对象的建立和仿真

3.2.1 办公室模型的建立

3.2 2 不同天空模型下房间照度仿真计算

3.2.3 不同时间刻度下房间照度仿真计算

3.3 改进的控制策略的确定

第四章 照度传感器采集照度数据的位置研究

4.1 室内照度比例模型

4.1.1 直射照度

4.1.2 反射照度

4.1.3 照度变化传递比

4.2 照度变化传递比分析

4.3 近窗侧照度传感器位置分析

（1）当照度传感器位于屋顶时

（2）当照度传感器位于墙面时

（3）近窗侧照度传感器位置总结

4.4 房间中部照度传感器位置分析

（1）当照度传感器位于屋顶时

（2）当照度传感器位于墙面时

（3）房间深处照度传感器位置总结

4.6 小结

第五章 基于BP神经网络的智能照明恒照度控制策略的实现

5.1 智能照明控制策略的算法选择

5.1.1 常见的智能控制算法

5.1.2 BP神经网络算法的选择

5.1.3 BP神经网络概述

5.2 基于改进智能照明控制策略的BP神经网络模型的构建

5.3 基于BP神经网络的灯具分区控制的仿真

5.4 基于BP神经网络的灯具分点控制的仿真

5.5 改进控制策略下的建筑整体照明节能效果分析

5.5.1 完全依赖人工光源的照明能耗

5.5.2 天然采光与智能照明结合控制策略下的照明能耗

5.6 小结

第六章 结论与展望

6.1 论文主要结论

6.2 后续工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 论文附图

致谢