建筑气候控制中的辐射传感器如何实现零能耗建筑
本应用笔记将太阳辐射视为建筑物中的热，光和电的来源。现代建筑自动化系统集成了多种功能，可为其建筑带来一流的性能。我们概述了如何在这种系统中使用总辐射表评估太阳增益，以提高效率并节省成本。
迈向零能耗建筑
在过去的几十年中，隔离建筑物取得了巨大的飞跃。这样可以提高其能源效率并降低所需的加热功率，但是当它们承受热负荷时，也需要有效的冷却系统。
欧盟和美国某些州的新法规进一步加剧了这一挑战，要求建筑物必须成为净零能耗（NZE），这意味着建筑物需要在现场从可再生能源中产生所消耗的能量。
这些挑战要求建筑自动化系统在管理内部建筑环境方面变得更加智能。尤其是零能耗建筑将需要控制其太阳能增益。
太阳获得的热能
太阳能获取量是建筑物因暴露在建筑物上以及通过其透明表面而受到的热量（图1）。
在零能耗建筑中，可以通过主动遮挡控制窗户的辐射，以减少能耗。在冬季，可以吸收太阳能以降低供暖成本。在夏季，太阳能的吸收会发生偏转，以防止冷却消耗能量。
建模方法似乎对了解可以节省多少能量很有用。这需要计算透明元件的透射率与波长，玻璃类型和辐照角的关系。
图1 透射和立面元素的反射，较小的箭头表示吸收和传导
在白天，阳光的入射角会变化。这改变了透射光的比例。在某些角度下，对于某些波长，所有光都被反射，而对于其他波长和角度，则部分透射光。
很快变得很清楚，对实际传输的能量进行建模很复杂。这就是为什么使用简化因子来表示传输值的原因。
在欧洲，系数G表示给定窗口的总透射光的平均分数，而在美国，使用太阳热增益系数（SHGC）。
对于典型的窗口，该比例可以高达55％[1]。这意味着超过一半的辐射能量被传输到建筑物中。对于北欧国家冬季正午朝南的房间，这意味着大约0.5千瓦的热量通过每平方米的窗户进入。
窗户每天收到的总辐照度随场所位置和立面方位的不同而有很大差异。结合表面/体积比和季节，这对楼宇自动化系统的影响多种多样，如图2所示。
图2 入射角在白天和季节之间会发生变化。冬季（1）的早晨，指示的立面受到很多阳光照射。下午，这种情况大大减少（2）。在夏天，更多的光被反射，屋顶将接受更多的阳光（3）。
更复杂的是，当在夏季应用阴影以反射辐照度时，建筑物内部自动照明的用电量将增加，因为进入室内的光线将减少。
与楼宇自动化集成
因此，在集成系统中，太阳能增益，照明系统，制冷需求和光伏发电量之间的优先级并不总是很明确。
欧洲标准prEN 15232：《楼宇自动化控制和楼宇管理的影响》对此有所认识，并专门针对此集成制定了附件A。
该标准描述了四类建筑自动化系统，指出最节能的类别应具有集成的太阳能增益调节功能。（表1）
一个悬而未决的问题是零能耗建筑自动化系统如何测量由于太阳辐照而获得的太阳增益。
| BAC效率等级 | 效率系数 | 阳光调节 |
| A-高能效 | 0.70-0.86（热） 0.86-096（电） |
集成 |
| B-先进的系统 | 0.80-0.91（热） 0.93-0.98（电） |
电动和自动控制 |
| C-标准 | 1（定义） | 电动和手动控制 |
| D-非节能 | 1.10-1.51（热） 1.05-1.10（电） |
完全手动 |
辐射计
传统上，辐照度是使用总辐射表测量的。光伏屋顶系统通常已经配备了日射强度计，以表征其产量。
配备光伏阵列进行发电的零能耗建筑物也可以使用这些数据点来优化其HVAC（供暖通风和制冷）系统。
当与水平线平行安装时，日射强度计可精确测量入射的整体水平辐射。通常，总辐射表通过Modbus / RTU（RS-485）与数字通信。
典型的数字日射强度计输出针对温度依赖性校正的测得辐照度。WMO指出，对于最佳表现类别，每日辐照总和的预期不确定度为2％[3]。
当连接到建筑物自动化和控制系统（BACS）时，日射强度计的输出可用作控制其他已连接系统的重要输入。
辐射计与光电二极管
在考虑替代日射强度计时，有时会考虑使用光电二极管来测量辐照度。
辐射强度计具有相对平坦的光谱响应。这意味着他们可以更精确地测量实际辐照度。然而，光电二极管通常将仅响应某些波长。例如，当辐照光谱由于混浊而变化时，这会导致错误。
这样的误差会导致光电二极管在高天顶角时高估辐照度，而在低天顶角时低估辐照度。
大多数日射强度计都应安装在室外并承受天气条件，并且内置有防止降水引起的测量误差的机制。
| 光电二极管 | 总辐射表 | |
| 费用范围 | 300欧元 | 360欧元 |
| 数字输出 | 罕见 | 共同 |
| 平坦的反应 | 没有 | 是 |
日射强度计相对于光电二极管光传感器的优势（表2）使得世界气象组织（WMO）和ISO 9060：1990都推荐使用日射强度计作为测量全球水平辐照的首选仪器。
在建筑物自动化中使用总辐射表测量的策略示例
可以在全文中找到使用总辐射表信号可以使用的详细策略。
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