建筑日照分析原理與計(jì)算方法的研究.pdf

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1、Vo1．1No．2第1卷第2期2009年12月Dec．2009建筑日照分析原理與計(jì)算方法的研究(中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑工程軟件研究所，北京100013)【摘要】本文全面系統(tǒng)總結(jié)介紹了開發(fā)建筑日照分析CAD軟件所涉及基本原理、核心計(jì)算加速技術(shù)、極限容積計(jì)算和目前_Y-程實(shí)際應(yīng)用情況。例如太陽(yáng)位置計(jì)算原理、平面等時(shí)線百萬(wàn)級(jí)采樣點(diǎn)大規(guī)模分析內(nèi)部采用的計(jì)算加速技術(shù)，日照分析根據(jù)國(guó)內(nèi)目前各地日照規(guī)范要求在工程應(yīng)用中常用典型的分析方法，日照分析后期的結(jié)果表現(xiàn)、如實(shí)時(shí)表現(xiàn)建筑物陰影，日照分析表格和報(bào)告書，日照分析研究的

2、擴(kuò)展領(lǐng)域，如太陽(yáng)能計(jì)算和綜合利用、玻璃幕墻反射光污染評(píng)估計(jì)算和遮陽(yáng)裝置設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行了系統(tǒng)簡(jiǎn)要的介紹。文中論述的許多核心技術(shù)和分析方法目前已經(jīng)應(yīng)用在PKPM建筑工程軟件研究所研發(fā)的SUNLIGHT日照分析軟件中，對(duì)日照分析CAD軟件的進(jìn)一步研究有一定的參考價(jià)值?！娟P(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)應(yīng)用；日照分析；GPU計(jì)算；遺傳算法；太陽(yáng)能利用【中圖分類號(hào)】TP391．72【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674—7461(2009)02—0063—072太陽(yáng)位置計(jì)算原理以往在規(guī)劃管理中涉及到的有關(guān)日照方面的日照分析計(jì)算中的基本

3、原理是計(jì)算太陽(yáng)的位問題，通常采用傳統(tǒng)的分析方法，存在計(jì)算規(guī)則和置，即太陽(yáng)的高度角和方位角。目前國(guó)內(nèi)計(jì)算基本方法過于復(fù)雜，現(xiàn)狀數(shù)據(jù)資料難以收集，數(shù)據(jù)精度采用《建筑設(shè)計(jì)資料集》第二版第9章中提供的計(jì)無(wú)法保證以及操作性差等問題，需要投入大量人算公式進(jìn)行計(jì)算。力、物力。同時(shí)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式僅限于滿足規(guī)范中2．1建筑手冊(cè)推算公式的Et照要求，并未將日照相關(guān)分析結(jié)果與綠色建真太陽(yáng)時(shí)：太陽(yáng)位置計(jì)算采用真太陽(yáng)時(shí)。筑設(shè)計(jì)中的節(jié)地、節(jié)能及自然能源利用、建筑環(huán)境換算公式：真太陽(yáng)時(shí)=北京時(shí)問+時(shí)差一控制等因素有效結(jié)合，進(jìn)行整體考慮

4、。(120。一當(dāng)?shù)亟?jīng)度)／15。(1)研發(fā)符合綠色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范要求，操作簡(jiǎn)便，太陽(yáng)方位角計(jì)算：計(jì)算結(jié)果合理可靠的日照分析CAD輔助分析系統(tǒng)cosA=(sinhXsinqb—sin6)／(coshXcosqb)(2)對(duì)建筑物區(qū)進(jìn)行Et照采光分析，對(duì)于綠色建筑的節(jié)一180。≤A≤180?；??！蹵≤360。；地、節(jié)能設(shè)計(jì)，解決日益發(fā)展的城市規(guī)劃與公眾對(duì)一180。≤t≤180。或0。≤t≤360。。于人居環(huán)境不斷增長(zhǎng)的需求之間的矛盾，對(duì)于減少太陽(yáng)高度角：建筑對(duì)自然資源的嚴(yán)重消耗，對(duì)于前瞻性地對(duì)規(guī)劃sinh=si

5、nqb×sing+cosqb×cos8×cost：設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理分析，避免設(shè)計(jì)中可能產(chǎn)生的Et一90。≤h≤90。(3)照問題，對(duì)于自然能源的合理有效利用，對(duì)于城市日出時(shí)間與日落時(shí)間：建設(shè)的理性、有序發(fā)展都具有較大意義。cost=一tgqbXtgg；(4)日出時(shí)角，正值為日落時(shí)角?！净痦?xiàng)目】“十一五”國(guó)家863課題(2007AA040403)【作者簡(jiǎn)介】姜立，男，中國(guó)建筑科學(xué)研究院，研究員，研究方向：綠色建筑關(guān)鍵技術(shù)、三維CAD時(shí)角：t=15。(n一12)；(5)用傳統(tǒng)空間幾何算法，完全依賴CPU進(jìn)行

6、計(jì)算，遮n為時(shí)間(24時(shí)制)。擋實(shí)體較多，多點(diǎn)分析區(qū)域較大，采樣點(diǎn)間距較小赤緯近似公式：時(shí)，采樣點(diǎn)可能達(dá)到數(shù)百萬(wàn)個(gè)，每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)百次8=23．45。Z[(N一80．25)Z(1一N／9500)]；(6)空間線面求交計(jì)算，分析時(shí)問可能需要數(shù)個(gè)小時(shí)甚式中：N一一從元旦到計(jì)算日的總天數(shù)；一一緯度。至更長(zhǎng)時(shí)問才能完成。日影長(zhǎng)度計(jì)算公式：下面是自主三維圖形平臺(tái)空間線面求交的C++l=H×ctgh；(7)語(yǔ)言代碼：式中：H為建筑物高度，h為太陽(yáng)高度角，l為日影BOOLGePlane：：IntersectWith(co

7、nstGeLine3d長(zhǎng)度。&line，GePoint3d&ip，doubleto1)const2．2太陽(yáng)方位高精度算法{GePoint3dp0；目前國(guó)內(nèi)包括前述算法計(jì)算誤差均大于±0．01GeVector3ddir；度。下面介紹一種新的太陽(yáng)方位計(jì)算高精度算法so—line．Get(p0，dir)；larPositionAlgorithm(太陽(yáng)方位算法)，該算法由美國(guó)doublet=Adir．x+B：l：dir．Y+Cdir．z：國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL提出，可計(jì)算一2000到if(fabs(t)

8、o1)returnFALSE；6000年之間的太陽(yáng)方位角和高度角，誤差不大于±0．t=一(Ap0．x+Bp0．Y+Cp0．z+D)／t：0003度，其計(jì)算方式更符合計(jì)算機(jī)計(jì)算的特點(diǎn)，能夠ip=p0+dir：l：t：更好滿足某些應(yīng)用領(lǐng)域?qū)μ?yáng)方位計(jì)算精度要求很returnTRUE；}高的場(chǎng)合。實(shí)際校核后我們發(fā)現(xiàn)其誤差如日出El落3．2大規(guī)模計(jì)算加速時(shí)間計(jì)算和國(guó)內(nèi)權(quán)威天文臺(tái)計(jì)算結(jié)果比較最大時(shí)間日照分析計(jì)算的下述特點(diǎn)：各地經(jīng)緯度不同