建筑日照分析原理與計(jì)算方法

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1、第1卷第2期Vol.1No.22009年12月Dec.2009建筑日照分析原理與計(jì)算方法的研究姜立王會(huì)一任燕翔張雷(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)算和目前工程實(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，日照分析研究的擴(kuò)展領(lǐng)域，如太陽(yáng)能計(jì)算和綜合利用、玻璃

2、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)02－0063－071引言2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)算中的基本原理是計(jì)算太陽(yáng)的位問(wèn)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

3、角。目前國(guó)內(nèi)計(jì)算基本方法過(guò)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(wèn)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)推算公式的日照要求，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)間+時(shí)差－控制等因素有效結(jié)合，進(jìn)行整體考慮。(120°－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)co

4、sA=(sinh×sinф－sinδ)/(cosh×cosф)(2)對(duì)建筑物區(qū)進(jìn)行日照采光分析，對(duì)于綠色建筑的節(jié)－180°≤A≤180°或0°≤A≤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)－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=sinф×sinδ+cosф×cosδ×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)生的日－90°≤h≤90°(3)照問(wèn)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

5、具有較大意義。cost=－tgф×tgδ;(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CAD64開發(fā)實(shí)踐時(shí)角:t=15°(n–12);(5)用傳統(tǒng)空間幾何算法，完全依賴CPU進(jìn)行計(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δ=23.45°×［(N－80.25)×(1－N/9500)］;(6)空間線面求交計(jì)算，分析時(shí)間可能需要數(shù)個(gè)小時(shí)甚式中:

6、N－－從元旦到計(jì)算日的總天數(shù);ф－－緯度。至更長(zhǎng)時(shí)間才能完成。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(constGeLine3d長(zhǎng)度。＆line，GePoint3d＆ip，doubletol)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);la

7、rPositionAlgorithm(太陽(yáng)方位算法)，該算法由美國(guó)doublet=A*dir.x+B*dir.y+C*dir.z;國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室NREL提出，可計(jì)算－2000到if(fabs(t)

8、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