基于天然采光的办公照明控制策略和节能分析

论文摘要

长期以来,与天然光相结合的人工照明在国内一直被忽略,大多数建筑物仍沿用传统的照明控制方式。然而,随着人们生活水平的不断提高,我国电力供应日趋紧张,其中照明用电量就达到社会总用电量的20%。为此,本文在分析天然采光特性的基础上,利用百叶窗“引入”天然光,研究昼间人工照明的控制策略,获得健康、节能、灵活的工作照明环境,达到提高工作效率、减少视疲劳、益于身心健康、节约能源且绿色环保的目的。因此,天然光的特性分析,天然光在室内产生的照度、百叶窗开度的确定、结合天然光的人工照明策略的制定和节能分析是本课题研究的主要问题。具体阐述如下：1分析了天然采光特性及影响天然采光的因素。2研究了建筑日照的一般规律。根据天然采光特性,将天然光在室内工作面上某点产生的照度分为天空光和直射阳光,并对这两部分进行分析计算。3在前面研究的基础上,以西安某综合办公楼为原型,采用DIALux软件,搭建天然采光办公模型,在不同的天空模式下,选择了一年中的八个典型工作日,对办公模型的工作面点天然光照度值进行计算,并做了定量分析。将实测数据和仿真计算数据进行比较,结果表明仿真数据可靠。4采用模糊推理系统来确定百叶窗的开度,并利用Simulink进行了仿真。将天然光照明和室内人工照明相结合,在天然光无法满足光环境质量的情况下,启用人工照明并调光。5在不考虑天然光的前提下,对已有模型进行人工照明设计和节能分析。通过对无控制,开关控制和调光控制三种情况的分析计算,对比表明：利用天然采光的照明开关控制和调光控制均能带来较大的能源节约,其中,调光控制可以节约更多的照明能源。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究意义及目的
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本课题研究的主要内容和完成的主要工作
• 1.5 本章小结
• 2 基于天然采光的办公模型设计原则
• 2.1 基本概念
• 2.1.1 光通量
• 2.1.2 发光强度
• 2.1.3 照度
• 2.1.4 亮度
• 2.1.5 照度均匀度
• 2.1.6 统一眩光等级（UGR）
• 2.1.7 色温
• 2.2 天然采光特性分析
• 2.2.1 直射阳光
• 2.2.2 天空光
• 2.3 天然采光中窗的设计原则
• 2.3.1 位置的分类与功能
• 2.3.2 窗的心理效果
• 2.3.3 窗的眩光
• 2.4 光的透射率及光的分布
• 2.5 均匀度和入射光的方向性
• 2.6 办公室照明推荐室内反射系数
• 2.7 本章小结
• 3 基于模型的天然采光数据分析
• 3.1 建筑日照
• 3.1.1 太阳赤纬角
• 3.1.2 地方时角
• 3.1.3 太阳高度角和方位角
• 3.2 室内工作面天然光照度的计算
• 3.2.1 室内工作面天空光照度的计算
• 3.2.2 室内工作面直射阳光照度的计算法
• 3.3 仿真模型的搭建
• 3.3.1 DIALux软件
• 3.3.2 DIALux仿真模型
• 3.4 晴天模式下室内天然光照度分析
• 3.4.1 一天内照度变化分析
• 3.4.2 年照度变化分析
• 3.5 阴天模式下室内天然光照度分析
• 3.5.1 一天内照度变化分析
• 3.5.2 年照度变化分析
• 3.6 混合天空模式下室内天然光照度分析
• 3.6.1 一天内照度变化分析
• 3.6.2 年照度变化分析
• 3.7 模型试验验证
• 3.8 本章小结
• 4 结合天然采光的昼间照明控制策略
• 4.1 模糊控制理论基础
• 4.1.1 模糊集合
• 4.1.2 隶属函数
• 4.1.3 语言变量
• 4.1.4 模糊关系
• 4.1.5 模糊蕴含关系
• 4.1.6 模糊逻辑推理
• 4.2 模糊逻辑控制系统基本原理
• 4.2.1 模糊控制系统的组成
• 4.2.2 模糊控制器结构
• 4.2.3 确定输入量
• 4.2.4 模糊控制规则的建立
• 4.2.5 模糊推理
• 4.2.6 清晰化计算
• 4.3 百叶窗模糊控制系统的实现
• 4.3.1 输入输出量的确定
• 4.3.2 模糊化处理
• 4.3.3 制定模糊控制规则
• 4.3.4 百叶窗模糊控制系统的仿真
• 4.4 结合人工照明的昼间照明控制策略
• 4.4.1 目前提出的几种控制策略
• 4.4.2 昼间照明控制策略
• 4.5 本章小结
• 5 节能分析
• 5.1 基于人工照明的光环境设计
• 5.2 结合天然光的人工照明节能分析
• 5.2.1 不使用天然光的人工照明能源分析
• 5.2.2 结合天然采光的人工照明节能分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士研究生学习阶段发表论文