建筑日照分析原理与计算方法的研究.pdf

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1、Vo1．1No．2第1卷第2期2009年12月Dec．2009建筑日照分析原理与计算方法的研究(中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所，北京100013)【摘要】本文全面系统总结介绍了开发建筑日照分析CAD软件所涉及基本原理、核心计算加速技术、极限容积计算和目前_Y-程实际应用情况。例如太阳位置计算原理、平面等时线百万级采样点大规模分析内部采用的计算加速技术，日照分析根据国内目前各地日照规范要求在工程应用中常用典型的分析方法，日照分析后期的结果表现、如实时表现建筑物阴影，日照分析表格和报告书，日照分析研究的

2、扩展领域，如太阳能计算和综合利用、玻璃幕墙反射光污染评估计算和遮阳装置设计等内容进行了系统简要的介绍。文中论述的许多核心技术和分析方法目前已经应用在PKPM建筑工程软件研究所研发的SUNLIGHT日照分析软件中，对日照分析CAD软件的进一步研究有一定的参考价值。【关键词】计算机应用；日照分析；GPU计算；遗传算法；太阳能利用【中图分类号】TP391．72【文献标识码】A【文章编号】1674—7461(2009)02—0063—072太阳位置计算原理以往在规划管理中涉及到的有关日照方面的日照分析计算中的基本

3、原理是计算太阳的位问题，通常采用传统的分析方法，存在计算规则和置，即太阳的高度角和方位角。目前国内计算基本方法过于复杂，现状数据资料难以收集，数据精度采用《建筑设计资料集》第二版第9章中提供的计无法保证以及操作性差等问题，需要投入大量人算公式进行计算。力、物力。同时，传统设计方式仅限于满足规范中2．1建筑手册推算公式的Et照要求，并未将日照相关分析结果与绿色建真太阳时：太阳位置计算采用真太阳时。筑设计中的节地、节能及自然能源利用、建筑环境换算公式：真太阳时=北京时问+时差一控制等因素有效结合，进行整体考虑

4、。(120。一当地经度)／15。(1)研发符合绿色建筑设计规范要求，操作简便，太阳方位角计算：计算结果合理可靠的日照分析CAD辅助分析系统cosA=(sinhXsinqb—sin6)／(coshXcosqb)(2)对建筑物区进行Et照采光分析，对于绿色建筑的节一180。≤A≤180。或0。≤A≤360。；地、节能设计，解决日益发展的城市规划与公众对一180。≤t≤180。或0。≤t≤360。。于人居环境不断增长的需求之间的矛盾，对于减少太阳高度角：建筑对自然资源的严重消耗，对于前瞻性地对规划sinh=si

5、nqb×sing+cosqb×cos8×cost：设计方案进行合理分析，避免设计中可能产生的Et一90。≤h≤90。(3)照问题，对于自然能源的合理有效利用，对于城市日出时间与日落时间：建设的理性、有序发展都具有较大意义。cost=一tgqbXtgg；(4)日出时角，正值为日落时角。【基金项目】“十一五”国家863课题(2007AA040403)【作者简介】姜立，男，中国建筑科学研究院，研究员，研究方向：绿色建筑关键技术、三维CAD时角：t=15。(n一12)；(5)用传统空间几何算法，完全依赖CPU进行

6、计算，遮n为时间(24时制)。挡实体较多，多点分析区域较大，采样点间距较小赤纬近似公式：时，采样点可能达到数百万个，每个点进行数百次8=23．45。Z[(N一80．25)Z(1一N／9500)]；(6)空间线面求交计算，分析时问可能需要数个小时甚式中：N一一从元旦到计算日的总天数；一一纬度。至更长时问才能完成。日影长度计算公式：下面是自主三维图形平台空间线面求交的C++l=H×ctgh；(7)语言代码：式中：H为建筑物高度，h为太阳高度角，l为日影BOOLGePlane：：IntersectWith(co

7、nstGeLine3d长度。&line，GePoint3d&ip，doubleto1)const2．2太阳方位高精度算法{GePoint3dp0；目前国内包括前述算法计算误差均大于±0．01GeVector3ddir；度。下面介绍一种新的太阳方位计算高精度算法so—line．Get(p0，dir)；larPositionAlgorithm(太阳方位算法)，该算法由美国doublet=Adir．x+B：l：dir．Y+Cdir．z：国家可再生能源实验室NREL提出，可计算一2000到if(fabs(t)

8、o1)returnFALSE；6000年之间的太阳方位角和高度角，误差不大于±0．t=一(Ap0．x+Bp0．Y+Cp0．z+D)／t：0003度，其计算方式更符合计算机计算的特点，能够ip=p0+dir：l：t：更好满足某些应用领域对太阳方位计算精度要求很returnTRUE；}高的场合。实际校核后我们发现其误差如日出El落3．2大规模计算加速时间计算和国内权威天文台计算结果比较最大时间日照分析计算的下述特点：各地经纬度不同