20世纪70年代爆发能源危机以来,能源和环境问题引起人们越来越多的关注。近年来,我国社会经济发展迅速,同时也面临着严峻的能源短缺和环境污染形势。节约能源,提高能源效率,可以有效缓解这一状况。建筑能源消耗是我国能源消耗的大户。商业建筑能源消耗主要由两大部分组成:一是暖通空调系统能源消耗,二是照明系统能源消耗。我国是一个自然光资源充足的国家,充分利用自然光资源,降低照明能耗,是节约建筑用能,提高建筑能源效率非常有效的途径。与普通照明灯具发出的光不同,自然光由太阳直射光和天空散射光两部分组成,它在不同季节、不同天气状况、一天中的不同时段差别很大。室内的自然光分布更是受诸多因素的影响,比较复杂,这给利用自然光照明带来了诸多不便。自然采光可以通过对窗帘的控制来实现。对窗帘的控制目前使用较多的是手动控制,使用自动控制的并不多见,主要是因为自动控制系统比较难以捉摸,频繁的调节会影响室内工作人员的心情。对灯具的控制目前应用较多的也是手动控制,通常是上午第一个进入房间的人打开照明,最后一个离开房间的人关掉照明,这样就造成了白天办公时间照明能源浪费。针对目前照明和自然采光的状况以及节能的需求,主要开展了如下研究工作:首先,本文在分析自然采光研究背景及意义的基础上,指出了当前自然采光系统所存在的一些主要问题。通过分析当前采光研究方法的现状,比较各种采光系统的优劣,最终确定本课题主要研究自然采光模型、自然采光控制策略以及进行自然采光节能分析。其次,通过对自然采光影响因素进行分析,建立了自然采光控制系统图。由于伴随自然采光过程的太阳能增益会增加夏季制冷能耗,而在冬季有助于降低加热功率,因此采光模型对冬季工况和夏季工况分别给出了采光效果衡量性能指标。夏季工况侧重于照度指标和温度指标,冬季工况则侧重于照度指标和空调加热功率指标,并分别建立了窗帘开度对工作面照度、室内温度、太阳能增益的模型。接下来建立了窗帘和照明的协调控制策略。自然光具有易变性和难以捉摸的特性,为避免窗帘的频繁移动,采用模糊控制策略来控制窗帘开度。自然采光节能要通过减少照明能耗来实现,照明灯具控制通常有两种方式:开关控制方式和调光控制方式,应用较多的是开关控制。将窗帘控制和照明灯具控制结合起来,给出了自然采光和人工照明综合控制策略:室内有人,采用照度优先控制;室内无人,采用能量优先控制。最后,选用典型建筑对自然采光在白天办公时间进行节能分析,分析结果表明:利用自然采光的照明开关控制和调光控制都能带来较大的能源节约;与开关控制相比,调光控制能节约更多的照明能源消耗。