各种天气状况下太阳辐射照度与太阳光照度关系

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1、各种天气状况下太阳辐射照度与太阳光照度关系姚万祥，李峥嵘，李翠，艾正涛（同济大学机械与能源工程学院，上海，201804）摘要：以同济大学自建的小型气象台站测得的2009-2011年气象数据为基础，采用回归分析的方法分析了晴空指数、太阳高度角对太阳辐射照度与光照度关系的影响，发现它们对太阳辐射照度的影响整体上呈现非线性，且影响规律在各分区间内略微不同。因此，采用分段线性拟合的方法将晴空指数和太阳高度角分为9个区间，分别建立对应的太阳辐射照度与太阳光照度之间的线性拟合关系，并通过实测数据证明这种处理方式具有较高精度。结论适用于纬度和天气条件与上海相似的地区。关键词：太阳辐射照度；太阳光照

2、度；晴空指数；太阳高度角中图分类号：P422.1+2RelationshipBetweenBolarRadianceAndSolarIlluminanceUnderAllSkyTypesYAOWanxiang,LIZhengrong,LICui,AIZhengtao(CollegeofMechanicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai,201804,China)Abstract:Thisarticleisbasedonthe2009-2011measuredmeteorologicaldata,whichisrecordedbysmallm

3、eteorologicalstationsetupintongjiuniversity,andtheeffectsclearnessindexandsolaraltitudeontherelationshipbetweensolarradianceandilluminanceareanalysed.Itisfoundthattheseeffectsarenonlinearonthewholeinterval,andthereisslightlydifferentindifferentintervals.Therefore,thispaperusespiecewiselinearfit

4、tingmethod.Theclearnessindexandsolaraltitudeanglearedividedinto9intervals,andlinearfittingrelationshipsbetweensolarradiationandsolarilluminanceareestablishedcorrespondingly.Themeasureddataindicatethatithasahigheraccuracy,anditissuitableforareaswhichhavesimilarlatitudeandweatherconditionasShangh

5、ai.Keywords:solarradiance;solarilluminance;clearnessindex;solaraltitude太阳辐射得热的控制对节能建筑的被动设计和分析的作用举足轻重[1]，而自然采光是潜力很大的一种节能技术[2]。有效地控制太阳辐射得热和自然采光不仅可以减少照明能耗，而且可以减少建筑采暖空调能耗[3]。但是这项技术的成功应用需要根据当地的自然条件因地制宜，收稿日期：2012年4月23日国家自然科学基金资助项目：城市各向异性散射辐射与遮阳对建筑得热的影响（51278349）并以大量太阳辐射照度和太阳光照度数据为基础才能进行定量化分析与评价。由于记录逐

6、时辐射数据的站点还比较少，一定程度上影响了太阳能技术应用的合理普及与推广，而太阳光照度测试相对比较简单，测试设备普及率高。因此，如何建立两者之间的关系，即借助自然条件下照度的测试数据推算当地太阳辐射照度的大小对太阳能利用技术的应用具有非常重要的意义和价值。国外学者在这方面的研究主要集中在不同天气状况下各垂直面太阳辐射照度和太阳光照度之间的关系[4-5]。国内学者在该方面的研究包括两方面：人工光源辐射强度与光照度之间的关系[6]、太阳辐射照度和太阳光照度之间的关系。对于后者，毛军需[7]最早建立了根据太阳光照度观测值推算太阳辐射照度的线性关系式，张艳玲[8]针对南京（118°47'E，

7、32°57'N）地区研究了太阳辐射照度和太阳光照度之间的关系，指出晴天、多云天、阴天状况下两者之间均存在线性关系，但其测试时间仅3d，结论说服力不强。而鞠喜林[9]的研究认为太阳总辐射照度、散射辐射强度与太阳光照度存在着非线性关系，与以上结论相反。因此，复杂天气状况下两者之间的定量关系还需进一步研究。本文以同济大学自建的2个小型气象站（121°13'E，31°17'N）2009年1月-2011年6月的实测气象数据为依据，尝试建立具有较高精度的太阳辐射照度与