[發(fā)明專利]基于天然采光的辦公室光環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)及調(diào)控方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910944520.0
• 申請(qǐng)日: 2019-09-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110557871B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱立軍;張宇笛;陳亮;谷振寰;石巖;金尚忠;楊凱;徐睿;周明明;常彥琴;姜琰飛;朱文鋒;吳偉丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波燎原照明集團(tuán)有限公司;中國(guó)計(jì)量大學(xué)
• 主分類號(hào): H05B47/115
• 分類號(hào): H05B47/115;H05B47/11;H05B47/19;H05B45/12;H05B45/22;F21S8/06;F21V23/04;G06N3/00;G06F17/16;F21Y115/10
• 代理公司: 杭州杭欣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 33333
• 代理人: 尚竹亞

1.基于天然采光的辦公室光環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，其特征在于：包括LED燈條，室內(nèi)人體感應(yīng)傳感器；室外感光傳感器，室內(nèi)感光傳感器，通信模塊，主控模塊，LED驅(qū)動(dòng)模塊，

所述室內(nèi)人體感應(yīng)傳感器用于采集辦公室內(nèi)人員往來(lái)數(shù)據(jù)；并將數(shù)據(jù)傳送到主控模塊；

所述主控模塊根據(jù)室內(nèi)人體感應(yīng)傳感器的數(shù)據(jù)信息判定LED燈條是否開(kāi)啟；

所述室外感光傳感器位于辦公室窗戶的四周；所述室外感光傳感器用于采集天然光的光照強(qiáng)度以及色溫?cái)?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至主控模塊；

所述室內(nèi)感光傳感器用于采集室內(nèi)工位的光照強(qiáng)度及色溫?cái)?shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送到主控模塊；

所述通信模塊用于采集聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)氣象臺(tái)天氣數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至主控模塊；

所述LED驅(qū)動(dòng)模塊用于對(duì)LED燈條進(jìn)行調(diào)光控制；

所述主控模塊將所述室外感光傳感器、所述室內(nèi)感光傳感器、所述通信模塊所采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，并同時(shí)判斷工位上是否需要補(bǔ)光，然后驅(qū)動(dòng)LED驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)LED燈條進(jìn)行光照調(diào)光，以使LED燈條輸出適合的辦公光照強(qiáng)度及色溫；

調(diào)控方法如下：

S1通過(guò)室內(nèi)人體感應(yīng)器采集數(shù)據(jù)判斷室內(nèi)是否有人員往來(lái)，如果感應(yīng)無(wú)人，將燈具調(diào)光裝置全部關(guān)閉；如果感應(yīng)有人，通過(guò)主控模塊調(diào)節(jié)LED燈條照明；

S11 LED燈條照明調(diào)節(jié)過(guò)程為，首先，在主控模塊內(nèi)輸入光照和色溫的調(diào)節(jié)邊界值；其次，主控模塊獲取以下信息：通過(guò)氣象臺(tái)信息獲取實(shí)時(shí)天氣狀況數(shù)據(jù)，通過(guò)室外感光傳感器獲取進(jìn)入室內(nèi)天然光的色溫與照度值數(shù)據(jù)；通過(guò)室內(nèi)感光傳感器獲取室內(nèi)工位的光照強(qiáng)度及色溫?cái)?shù)據(jù)；主控模塊對(duì)比邊界值與各傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判定是否需要補(bǔ)光；當(dāng)不需要補(bǔ)光時(shí)通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)模塊用于對(duì)LED燈條進(jìn)行調(diào)光；當(dāng)需要補(bǔ)光時(shí)通過(guò)主控模塊調(diào)節(jié)LED燈條進(jìn)行補(bǔ)光；

S12補(bǔ)光與否條件判定：

設(shè)(i)每個(gè)工位工作面的LED燈光照強(qiáng)度：

(ii)每個(gè)工位工作面的天然采光平均照度為Eout＝[Eout₁,Eout₂,……Eout_n]^Τ；其中T所表示的是向量的轉(zhuǎn)置，n所表示的是：從1號(hào)到n號(hào)燈；

(iii)辦公室的工位數(shù)為N，辦公室工位的工作面平均照度Ean需求值矩陣為Ean＝[Ean₁,Ean₂,……Ean_N]^Τ；

確定工位工作面需要補(bǔ)光的條件如下：

則工位工作面需要補(bǔ)光的照度Ea＝[Ea₁,Ea₂,……Ea_n]；

S13根據(jù)燈具輸出光通量與燈具消耗功率的正比關(guān)系，通過(guò)帶交叉引子的改進(jìn)粒子算法建立工位工作面需要補(bǔ)光的照度Ea與需要調(diào)節(jié)的LED燈輸出光通量ψ之間的節(jié)能模型：(i)設(shè)辦公室的燈具數(shù)量為M，每一盞燈可以在[0,ψ_M]范圍內(nèi)調(diào)節(jié)光通量；則可將任意一盞燈具光通量ψ的組合看作一個(gè)M維的粒子，則ψ＝[ψ₁,ψ₂,……ψ_M]；

則Ea＝Ga(t)*ψ；其中Ga(t)為適應(yīng)度函數(shù)，即通過(guò)帶交叉引子的改進(jìn)粒子算法獲得的粒子群最佳矩陣Ga(t)＝[ψ_1t^(t) ... ψ_Dt^(t) f_t^(t)]，進(jìn)而獲得最佳節(jié)能LED燈條位置以及該LED燈條開(kāi)啟條件；其中f_i(t)是適應(yīng)度；

D是燈具的總數(shù)量；

S14色溫調(diào)節(jié)過(guò)程如下：

根據(jù)照度E、亮度N、顏色刺激值B的關(guān)系獲得色坐標(biāo)與照度的關(guān)系式，再根據(jù)色坐標(biāo)與色溫的關(guān)系獲得實(shí)時(shí)色溫關(guān)系式，色溫與初始色溫邊界值比較，以實(shí)現(xiàn)對(duì)色溫的調(diào)節(jié)；

S141在理想漫反射面的亮度N和漫反射面的照度E之間的關(guān)系如下：

另，亮度N與顏色刺激值B具有如下關(guān)系：B＝N；

S142結(jié)合格拉斯曼顏色定律與CIE1931色品坐標(biāo)可獲得色坐標(biāo)與顏色刺激值具有如下關(guān)系：其中Am，Bm，Cm是混合光對(duì)應(yīng)的三刺激值，A_l，B_l，C_l是第l個(gè)顏色光對(duì)應(yīng)的三刺激值；對(duì)于所有顏色光，其三刺激值和色品坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：其中(am，bm)是混合光對(duì)應(yīng)的色坐標(biāo)，(al，bl)是第l個(gè)顏色光色溫對(duì)應(yīng)的色坐標(biāo)；

綜上，色坐標(biāo)與亮度之間具有如下關(guān)系：其中E_l是每一個(gè)顏色光在被照面上形成的照度；

S143多種不同顏色的光混合時(shí)，此時(shí)混合光環(huán)境里的色溫為混合視色溫，工位工作面上的混合視色溫的平均值M-A(Tm)計(jì)算公式如下：

其中Tm，j是辦公室里第j個(gè)(j∈[1,M])工作面上的混合色溫，進(jìn)而可獲得混合視色溫均勻度V_T的計(jì)算公式如下：其中Min(Tm)為混合視色溫的最小值；M-A(Tm)為混合視色溫的平均值；

同時(shí)，混合白光的相關(guān)色溫的計(jì)算公式：其中Tm是混合光源的色溫，Q是光源的色坐標(biāo)的系數(shù)，K是等溫斜率的倒數(shù)，(am,bm)是光源的色坐標(biāo)；

綜上，當(dāng)已知m種光源的色坐標(biāo)及其在被照面上的產(chǎn)生的照度就可以獲得混合白光的相關(guān)色溫，進(jìn)而對(duì)該色溫做調(diào)節(jié)。