智能门窗控制系统
孙文迁+孙琳
【摘要】本文阐述了智能门窗系统作为智能建筑的一部分，涉及有效融合型材、电动传动、传感器、视频监控、空气质量检测、新风系统、遮阳系统、启闭系统，甚至移动互联网、语音识别、指纹识别等多个领域，自动对室内居住环境进行监控，对门窗的启闭、采光及遮阳进行调控，并利用互联网进行远程监控。
【关键词】智能门窗；启闭系统；遮阳系统；净化通风系统
1.前言
智能门窗与普通门窗不同，要实现智能控制，必须要由主机、各种传感器、各种报警终端、遥控器，以及一系列机械传动装置配合门窗组装而成。
智能门窗的基本功能：自动防风防雨、紧急救助（入室盗窃）、自动检控燃气、自动检控火灾、自动调控采光与遮阳、自动净化室内空气。智能门窗产品可应用于机场、宾馆酒店、展览中心、会议中心、体育场馆、大剧院、科技馆、购物中心、温室花园、工业厂房、现代物流仓库等公共场所和个人场所的高档别墅的阳光房，以及普通住宅的上悬窗、下悬窗、中悬窗、平开窗、推拉窗和屋顶天窗，通过与玻璃幕墙、透明屋顶等的结合，有效地解决建筑上将美观、实用、便捷、通透性强、节能以及经济性等完美融为一体的技术问题。随着门窗技术的发展及智能技术的普及，智能门窗必将在民用建筑上得到广泛的应用。
智能门窗系统根据功能划分为三大子系统，即智能启闭系统、智能遮阳系统及智能净化通风系统。
2. 智能启闭系统
开启和关闭是门窗的基本功能，通过开启和关闭可以实现门窗的通风换气、噪音隔离及节能保温。智能启闭系统通过监测设备，自动检测室内外空气质量、噪音及温度等参数，经过中央控制单元输出控制指令给执行单元，自动控制门窗的开启和关闭。控制原理框图如图1所示。
在智能门窗启闭系统中，系统通过对室内温度、室外噪声、室内外PM2.5的数值分析，并综合现时室外天气情况，做出外窗的开启或关闭动作。当室内煤气监测值超标时，立即开启门窗通风换气并报警。门窗的开启或关闭动作位置由各自的限位控制。
门窗的室内外温度、室内外空气质量及室外噪声等由分别设置于门窗内外的检测设备实时测量，室外天气状况由通信单元通过网络获取，开启和关闭限位由门窗开启或关闭极限限位传感器获取，所有检测设备测得的参数传输到信息处理单元，信息处理模块根据设定的控制程序，对门窗的开启或关闭进行控制，门窗的开启或关闭动作由执行机构完成。
通信单元可与网络连接，可从网络获取所在地区天气情况，并便于远程控制。
门窗开启/关闭控制设置手动/自动控制，手动控制级别优于自动控制。
3. 智能遮阳系统
门窗遮阳指门窗玻璃遮阳。玻璃遮阳分为中空玻璃百叶遮阳和调光玻璃遮阳两种。智能遮阳系统通过采取对中空玻璃遮阳百叶或调光玻璃智能控制，达到调节室内采光和隔离太阳辐射热及保护室内隐私的目的。
3.1中空玻璃百叶遮阳是在中空玻璃内部安装遮阳百叶，以调节玻璃的遮阳性能。
3.2调光玻璃指通过调整玻璃的颜色达到调整玻璃的遮阳系数。调光玻璃根据玻璃变色原理分为光致变色玻璃和电致变色玻璃。
3.2.1光致变色玻璃
在适当波长光的辐照下改变其颜色，而移去光源时则恢复其原来颜色的玻璃，称光致变色玻璃。
光致变色玻璃是在玻璃原料中加入光敏剂。通常光敏剂以微晶状态均匀地分散在玻璃中，在日光照射下分解，降低玻璃的光透光度。当玻璃在暗处时，光敏剂再度化合，恢复透明度。玻璃的着色和退色是可逆的、永久的，这就是变色玻璃变色的基本原理。
光致变色玻璃的装饰特性是玻璃的颜色和透光度随日照强度自动变化。日照强度高，玻璃的颜色深，透光度低；反之，日照强度低，玻璃的颜色浅，透光度高。
3.2.2电致变色玻璃
电致变色玻璃是一种由基础玻璃和电致变色材料组成的装置，利用电致变色材料在电场作用下而引起的透光（或吸收）性能的可调性，可实现由人的意愿调节光照度的目的，同时，电致变色系统通过选择性地吸收或反射外界热辐射和阻止内部热扩散，可减少建筑物在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须耗费的大量能源。
3.2.3智能遮阳系统控制原理框图
智能门窗遮阳系统原理见图2所示。
智能门窗遮阳系统中，光照强度传感器置于窗外，用于检测室外太阳光照强度。中央控制单元通过检测窗外光照强度，并与室外天气状况、室内外温度等比较分析，确定在炎热的夏季，调节玻璃遮阳百叶或电致变色玻璃，将太阳热隔绝在室外；在冬季取暖时，调节遮阳百叶或变色玻璃，利用太阳能取暖；在春/秋季节调整遮阳百叶的角度或变色玻璃的颜色，满足室内采光或获取太阳热能的需求。同时，智能遮阳系统还可根据季节变换，确定晚间自动关闭遮阳装置，以保护个人隐私。图中的开启/关闭限位，仅适用于百叶遮阳系统。
室外天气状况可通过通信单元从网络上自动获取，并确定当前季节的夜晚时间，以便自动关闭遮阳系统。
遮阳系统的开启/关闭设置手动与自动控制两种方式，手动控制级别优于自动控制。
4. 智能净化通风系统
门窗通风首先是自然通风，即通过门窗本身的开启达到室内通风换气的目的。
门窗净化通风系统是指安装在门窗上，能根据室内及室外环境条件，自动进行室内外換气通风，并自动滤除室外粉尘，给以室内洁净、舒适的居住环境条件。
门窗净化通风系统根据给风压力分为负压和正压两种方式。
负压换气以自室内向室外抽风为主，通过施加室内负压，被动调整室内空气，达到室内换气的目的。负压换气由于通过抽风口向室外抽风，使室内产生负压，因向室内进气的位置无法保证，只要室内外密封不好的位置都可以向室内换气，因此，也就无法保证进入室内的空气质量。
正压换气以通风系统通过风机向室内鼓风，即向室内施加正压送风换气，送风通道内安装空气过滤系统，将室外污染物隔离过滤，达到向室内输送洁净空气的目的。
智能门窗净化通风系统原理见图3所示。
在智能门窗净化通风系统中，系统信息处理模块通过对室内外PM2.5及室内外温度等参数值分析，并综合当前所处季节情况，确定新风系统的开启和关停。当系统确定当前处于门窗开启状态时，则关闭新风系统。
系统通过通信单元获取指令或将监控数据上传。
同样，净化通风系统的开启/关闭设置手动与自动控制两种方式，手动控制级别优于自动控制。
5.结语
基于无线WIFI的应用，智能门窗系统通过网络，可以实现手机远程云控制。将每个智能门窗作为单个Agent，可组成居住单元的多Agent智能门窗控制系统，智能门窗控制系统检测与控制数据基于网络可上传共享，并且居住单元的各个智能门窗之间可根据需要组成控制联动。同时，智能门窗系统与室内智能监控系统、智能照明系统、智能家电控制系统、家居垃圾处理系统及智能保洁系统共同组成家居智能系统。endprint
