EC窗原理及其控制系统构建研究-建筑电气2009.9
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【摘要】介绍了一种根据室外阳光辐射，热传导和透光率可动态改变的电离色层EC玻璃。分析了EC玻璃的组成、工作原理及动态热传导系
文本预览
建 裁电乞。
—_—— ___●l ——一I BUlLDING
z口口9年第9期I ELECTRICITY
EC窗原理及其控制系统构建研究
陈一飞 (中国农业大学信息与电气工程学院，北京市 100083)
Research on the Principle of EC W indow and the Construction of the Control System
Chen Yifei f College of Information&Electrical Engineering of China Agricultural University，
Beijing 100083，China)
Abstract A kind of ionized color layer EC 制技术而备受关注。
glass whose solar heat gain coefficient and light 本文就国外对此研究的焦点及其控制原理进行阐
transmission rate can be dynamically changed on the
述，同时结合其提出的控制指标，给出了一种控制模
basis of the outdoor sun radiation iS introduced．The
式，并进行系统构建研究。
composition， working principle of the EC glass and
the relationship between dynamic solar heat gain
2 新一代高动态性能玻璃模型及原理
coefficient SHGC and visible light transmission TV are
analyzed； and dynamic adjustment system of the 2．1 基本参数
intelligent window made up of the EC glass is
调控窗体的热传导量，要从玻璃人手，一般玻璃
constructed and analyzed．
的 值是不会随 日照辐射量而变化的。美国Sage玻
Key words EC glass Dynamic control Solar
璃公司研制出一种 电离色层 EC(Electrochromic)玻
heat gain toemcient Light transmission
璃，其热传导可随着阳光辐射量动态调整。该玻璃用
于窗体后，经美国能源部权威部门检测，其估算的建
摘 要 介绍了一种根据室外阳光辐射，热传导
筑节能指标为：
和透光率可动态改变的电离色层 EC玻璃。分析 了EC
a． 冷能源节省达 28％ 以上：‘
玻璃的组成、工作原理及动态热传导系数 SHGC和可
b． 热能源节省达 31％ 以上：
见光透光率TV的关系．并对由EC玻璃构成的智能窗
c． 峰值能耗节省达 23％ 以上。
体的动态调节控制系统进行了构建及分析。
EC玻璃窗体性能指标为：
关键词 EC玻璃 动态控制 热传导系数 透
a． 全窗 值为 0．33：
光率
b． 热传导系数 (SHGC)为：0．1～0．5；
C． 可见光透光率 (TV)为：0．03～0．7；
1 概述
d． 紫外线透射率 (UV)为：0．01～0．05。
在建筑能耗中，通过窗体的能量损失占有较大 图 1所示为 EC玻璃透光率 TV与热传导系数
比重。改变窗体的能耗 ，一般从两个方面人手：一 SHGC的动态关系曲线。该图也给出了其他几种玻璃
是从玻璃及窗体材料考虑来降低窗体热能损失，即 的对应值进行比较。
改变玻璃窗的 值 (美国指标，为热传导系数；中 从图 1中可以看出，EC玻璃的热传导会随可见
国对应的指标是 K值 ，即隔热系数)。另一方面 ，要 光透光率的变化而变化 ，且动态范围很宽，SHGC
引入控制调节策略 ，使窗体能根据阳光照射强度 自 指标从 0．1～0．5。而其他几种玻璃 的 SHGC和 Tv
动调节阳光导入量，或控制室内热量从窗户的导出 指标则是不会改变的。这样便提供了一种改善玻璃
量，也就是使窗户热传导系数 (SHGC)成为动态的 能耗的途径。
变化量。这样既可达到室内采光要求，又降低了室 2．2 工作原理
内照明及空调能耗。显然，后一种是一种全气候型降 EC玻璃结构为 6层 。如图 2所示。从底层玻
低窗体能耗的解决方案 ]，该方案由于结合了动态控 璃 (Glass)向上，分别附着导电层TC1、电离电极层蚰 ∞ ∞如 柏 如 加 ∞
ECE、离子导电层 IC、反 电极层 CE、导电层 TC2。 高辐射状态 (无色)
在太 阳光 照及外 加微 小功 率 的直 流 电源作用 下 ， 离子导电层 (IC)
电离 电极层 中的锂离子被本 征激发 ，从电离 电极 电离电极层 (ECE)
层到反电极层或从反电极层到电离 电极层运动 。使
玻璃产生变色 ，从而遮挡 阳光 ，导致玻璃 的透光
反电极层 (CE 见光及热辐射
率和热传导随之发生改变 (这种变化在图 1中表
示为一条直线)。 锂离子
导电层 (TC2
导电层 (TC1)
U
0 l l I f 普通玻璃
∽ l l f i l-
氟 l 普通着色玻璃 l
低辐射状态 (变色)
曲 f i l· 1 f
迎 EC玻璃 I ． 1
I／ 』—一『 I Low—E2玻璃
／ 。 E2 璃 I 电离电极层 (ECE)
／ f f l l }
— I l l l l
O 5 0．6 0．7 0 8 0 9
可见光透光率 TV 见光及部分热辐射
图 l EC玻璃透光率及热传导系数的动态关系曲线
Fig．1 The dynamic relationship curve of EC glass light
导电层 (TC1)
transmission and solar heat gain coefficient
注：Low—E为低辐射镀膜玻璃。
图 3 由EC玻璃组成的窗体根据阳光辐射而
动态改变遮阳的示意图
Fig．3 Schematic diagram of dynamic changes in shading by
the window composed by the EC glass on the basis of
solar radiation
璃 ，内侧采用普通玻璃 的双层结构。图 3所示为基
室内
于 EC玻璃的窗体形式及工作原理示意。可以看出，
在玻璃两极加电并采取适当调节的条件下，玻璃会
随室外 阳光照射发生明显的明暗变化，犹如动态遮
阳效果 ，达到了动态调节阳光热传导量 、降低室内
图2 EC玻璃组成及工作原理示意
Fig．2 Schematic diagram of EC glass composition and 能耗的 目的。
working principle
3 EC窗的控制策略及控制系统构建
达到这种改变是基于内部含有钨氧化物的电离
—_—— ___●l ——一I BUlLDING
z口口9年第9期I ELECTRICITY
EC窗原理及其控制系统构建研究
陈一飞 (中国农业大学信息与电气工程学院，北京市 100083)
Research on the Principle of EC W indow and the Construction of the Control System
Chen Yifei f College of Information&Electrical Engineering of China Agricultural University，
Beijing 100083，China)
Abstract A kind of ionized color layer EC 制技术而备受关注。
glass whose solar heat gain coefficient and light 本文就国外对此研究的焦点及其控制原理进行阐
transmission rate can be dynamically changed on the
述，同时结合其提出的控制指标，给出了一种控制模
basis of the outdoor sun radiation iS introduced．The
式，并进行系统构建研究。
composition， working principle of the EC glass and
the relationship between dynamic solar heat gain
2 新一代高动态性能玻璃模型及原理
coefficient SHGC and visible light transmission TV are
analyzed； and dynamic adjustment system of the 2．1 基本参数
intelligent window made up of the EC glass is
调控窗体的热传导量，要从玻璃人手，一般玻璃
constructed and analyzed．
的 值是不会随 日照辐射量而变化的。美国Sage玻
Key words EC glass Dynamic control Solar
璃公司研制出一种 电离色层 EC(Electrochromic)玻
heat gain toemcient Light transmission
璃，其热传导可随着阳光辐射量动态调整。该玻璃用
于窗体后，经美国能源部权威部门检测，其估算的建
摘 要 介绍了一种根据室外阳光辐射，热传导
筑节能指标为：
和透光率可动态改变的电离色层 EC玻璃。分析 了EC
a． 冷能源节省达 28％ 以上：‘
玻璃的组成、工作原理及动态热传导系数 SHGC和可
b． 热能源节省达 31％ 以上：
见光透光率TV的关系．并对由EC玻璃构成的智能窗
c． 峰值能耗节省达 23％ 以上。
体的动态调节控制系统进行了构建及分析。
EC玻璃窗体性能指标为：
关键词 EC玻璃 动态控制 热传导系数 透
a． 全窗 值为 0．33：
光率
b． 热传导系数 (SHGC)为：0．1～0．5；
C． 可见光透光率 (TV)为：0．03～0．7；
1 概述
d． 紫外线透射率 (UV)为：0．01～0．05。
在建筑能耗中，通过窗体的能量损失占有较大 图 1所示为 EC玻璃透光率 TV与热传导系数
比重。改变窗体的能耗 ，一般从两个方面人手：一 SHGC的动态关系曲线。该图也给出了其他几种玻璃
是从玻璃及窗体材料考虑来降低窗体热能损失，即 的对应值进行比较。
改变玻璃窗的 值 (美国指标，为热传导系数；中 从图 1中可以看出，EC玻璃的热传导会随可见
国对应的指标是 K值 ，即隔热系数)。另一方面 ，要 光透光率的变化而变化 ，且动态范围很宽，SHGC
引入控制调节策略 ，使窗体能根据阳光照射强度 自 指标从 0．1～0．5。而其他几种玻璃 的 SHGC和 Tv
动调节阳光导入量，或控制室内热量从窗户的导出 指标则是不会改变的。这样便提供了一种改善玻璃
量，也就是使窗户热传导系数 (SHGC)成为动态的 能耗的途径。
变化量。这样既可达到室内采光要求，又降低了室 2．2 工作原理
内照明及空调能耗。显然，后一种是一种全气候型降 EC玻璃结构为 6层 。如图 2所示。从底层玻
低窗体能耗的解决方案 ]，该方案由于结合了动态控 璃 (Glass)向上，分别附着导电层TC1、电离电极层蚰 ∞ ∞如 柏 如 加 ∞
ECE、离子导电层 IC、反 电极层 CE、导电层 TC2。 高辐射状态 (无色)
在太 阳光 照及外 加微 小功 率 的直 流 电源作用 下 ， 离子导电层 (IC)
电离 电极层 中的锂离子被本 征激发 ，从电离 电极 电离电极层 (ECE)
层到反电极层或从反电极层到电离 电极层运动 。使
玻璃产生变色 ，从而遮挡 阳光 ，导致玻璃 的透光
反电极层 (CE 见光及热辐射
率和热传导随之发生改变 (这种变化在图 1中表
示为一条直线)。 锂离子
导电层 (TC2
导电层 (TC1)
U
0 l l I f 普通玻璃
∽ l l f i l-
氟 l 普通着色玻璃 l
低辐射状态 (变色)
曲 f i l· 1 f
迎 EC玻璃 I ． 1
I／ 』—一『 I Low—E2玻璃
／ 。 E2 璃 I 电离电极层 (ECE)
／ f f l l }
— I l l l l
O 5 0．6 0．7 0 8 0 9
可见光透光率 TV 见光及部分热辐射
图 l EC玻璃透光率及热传导系数的动态关系曲线
Fig．1 The dynamic relationship curve of EC glass light
导电层 (TC1)
transmission and solar heat gain coefficient
注：Low—E为低辐射镀膜玻璃。
图 3 由EC玻璃组成的窗体根据阳光辐射而
动态改变遮阳的示意图
Fig．3 Schematic diagram of dynamic changes in shading by
the window composed by the EC glass on the basis of
solar radiation
璃 ，内侧采用普通玻璃 的双层结构。图 3所示为基
室内
于 EC玻璃的窗体形式及工作原理示意。可以看出，
在玻璃两极加电并采取适当调节的条件下，玻璃会
随室外 阳光照射发生明显的明暗变化，犹如动态遮
阳效果 ，达到了动态调节阳光热传导量 、降低室内
图2 EC玻璃组成及工作原理示意
Fig．2 Schematic diagram of EC glass composition and 能耗的 目的。
working principle
3 EC窗的控制策略及控制系统构建
达到这种改变是基于内部含有钨氧化物的电离
AIGC"该内容描述了2009年9月发表在《建筑电气》期刊上的一篇研究论文，主题为'EC窗原理及其控制系统构建研究'。EC窗（Enhanced Control Windows）通常指的是具有智能化控制功能的高性能窗户，它们具备节能、环保和舒适性提升的特点。其工作原理可能包括利用光、热及湿度传感器对室内外环境进行实时监测，并通过集成的电子控制器，如PID控制器或模糊逻辑控制器等，来精确调节窗户的开闭、透光度以及保温隔热性能，从而达到节能减排与优化室内环境质量的目的。这篇研究详细探讨了EC窗的核心技术机制，以及如何设计并实现一个完整的控制系统，包括硬件选型、软件算法开发、系统结构搭建等方面的内容，为建筑电气领域的高性能窗户智能化控制提供了理论支持和技术参考。"
