一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，解决了现有技术中，传统经验计算方式精度低、可靠性差，尚无准确计算建筑穹顶窗口使用遮阳系统的节能效果的问题。该建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法包括以下步骤：(1)将半球天空划分为若干块天空元；(2)计算天顶亮度并根据天顶亮度计算每一块天空元亮度；(3)根据立体角辐射定律，计算半球天空对建筑穹顶的辐射照度值；(4)根据遮阳系统的遮阳比，计算出无遮阳系统时，进入室内的热辐射功率，以及有遮阳系统时，进入室内的热辐射功率；(5)根据步骤(4)得到的无遮阳系统和有遮阳系统时进入室内的热辐射功率，计算空调系统节能耗大小。本发明计算结果精确、可靠性好。
【专利说明】一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种遮阳系统对空调系统节省的能耗值的算法，具体的说，是涉及一 种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法。
【背景技术】
[0002] 当今建筑的遮阳方式多种多样，各种计算遮阳效率的方法也趋于合理，遮阳效果 越来越好。室内空调的能耗就是利用空调制冷效果来平衡室外进入室内的辐射，因此在计 算建筑空调节能能耗时，需要准确计算室外进入室内的辐射。
[0003] 在大型的商场中，利用透明的天穹能够应用自然光照明，但是同时引入了室外热 辐射，增加了空调设备的能耗，因此，需要采用内遮阳系统。这样一来，内遮阳拦截了大部分 原本进入室内的热辐射，同时又允许小部分辐射进入室内，以保证室内的照明所需。
[0004] 现有技术中，没有完整的从天空亮度辐射溯源到辐射至室内、同时加上遮阳系统 计算能耗的计算方法。因此，提供一种计算精度高并用于计算遮阳系统对空调系统节省的 能耗值的算法，就成为了本领域技术人员的重要课题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种用于计算遮阳系统对空调系统节省的 能耗值且计算精度高的算法。
[0006] 为了便于本领域技术人员理解，对文中使用的符号和术语定义如下：
[0007] ①遮阳比η，遮阳比定义为，采用遮阳系统后,通过建筑穹顶窗户进入室内的辐射 与总辐射之比（0< η < 1)，遮阳比越小，则遮阳效果越好。这里的建筑穹顶遮阳系统采用 垂直式遮阳模式；
[0008] ②立体角Ω，立体角定义为，以锥体的基点位球心作一个球表面，锥体在球表面所 截部分的表面积与球半径平方之比；
[0009] ③辐亮度L，辐亮度定义为光源在垂直其辐射传输方向上单位表面积单位立体角 内发出的辐射通量，用角标表示各天空元亮度；
[0010] ④高度角υ，子午线上的点与球心的连线，与水平线的夹角；
[0011]⑤天顶角ζ，子午线上的点与球心的连线，与法线的夹角，它与高度角互为余角； [0012]⑥方位角α，球体上的点在赤道面上的投影点与球心的连线，与赤道面上约定起 始边的夹角。
[0013]术语解释：立体角投影指的是，天空元对建筑立面或者穹顶形成的立体角在立面 或者穹顶上的投影角，是一个数学上的名称。
[0014] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0015] 一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，包括以下步骤：
[0016] (1)将半球天空划分为若干块天空元；
[0017] (2)计算天顶亮度并根据天顶亮度计算每一块天空元亮度；
[0018] (3)根据立体角投影定律，计算半球天空对四个建筑穹顶的辐射照度值；
[0019] (4)根据遮阳系统的遮阳比，计算出无遮阳系统时，进入室内的热辐射功率，以及 有遮阳系统时，进入室内的热辐射功率； _
[0020] (5)根据步骤⑷得到的无遮阳系统和有遮阳系统时进入室内的热辐射功率，讨· 算空调系统节能能耗大小。 t〇〇21]所述步骤⑴的具体方式为：沿半球天空的轴向将其划分为k层，每层划分为4k 块，共计4k2块天空元；其中，
[0022]所划分的天空元的方位角为
【权利要求】
1. 一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 将半球天空划分为若干块天空元； (2) 计算天顶亮度并根据天顶亮度计算每一块天空元亮度； (3) 根据立体角辐射定律，计算半球天空对建筑穹顶的辐射照度值； (4) 根据遮阳系统的遮阳比，计算出无遮阳系统时，进入室内的热辐射功率，以及有遮 阳系统时，进入室内的热福射功率； (5) 根据步骤（4)得到的无遮阳系统和有遮阳系统时进入室内的热辐射功率，计算空 调系统节能耗大小。
2. 根据权利要求1所述的一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，其特征在于，所述 步骤（1)的具体方式为：沿半球天空的轴向将其划分为k层，每层划分为4k块，共计4k2块 天空元；其中， 所划分的天空元的方位角为
所划分的天空元的高度角为
所划分的天空元的天顶角
所述式（1)、（2)、（3)中，i为整数，表示所划分的层数序号，I<i<k;j为整数，表示i层中所划分的天空元块序号，1彡j彡4k。
3. 根据权利要求2所述的一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，其特征在于，所述 步骤（2)的具体方式如下： (21) 分三种情况分别计算对应的天顶亮度值： (I) 全晴天天顶亮度 当 Ys < 70° :LZ = (I. 234TL-0. 252)tanys+0. 112TL-0. 0169 (5) 当 Ys 彡 70° :LZ = 0? 1+0.063ys+0.001YsUs-30)exp[0.0346Us-68)] (6) (II) 全阴天天顶亮度 Lz = 0. 07+15tanL68ys (7) (III) 平均天空天顶亮度 Lz = 0. 47 [4. 47tan113ys+0. 14]+0. 66 [I. 5sin168ys+0. 07] (8) (22) 采用天空亮度公式
计算每块天空元的天空元亮度值； 其中，i为整数，表示所划分的层数序号，I<i<k;j为整数，表示i层中所划分的天空元块序号，1彡j彡4k;
a，b，c，d，e为与天气相关的参数，Zs表示太阳的天顶角； TY为大气浑浊度因数，
瓦为大气层边缘处的平均太阳照度常数，^为直射日光在垂直面形成的照度，二者 单位均为：千勒克斯（klx); ms为相对空气质量：
Y3为太阳高度角；a3为太阳方位角； Xu表示天空元与太阳的夹角； 为光的干燥和洁净空气的平均消光系数：
4. 根据权利要求3所述的一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，其特征在于，所述 步骤（3)的具体方式如下：根据立体角投影定律，得到单个天空元亮度值对建筑立面的辐 射照度原始积分计算公式：
将积分计算转为求和计算，得到式（9):
(9); 式（9)的具体表达式为：
5. 根据权利要求4所述的一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，其特征在于，所述 步骤（4)的具体方式如下： (41) 计算出无遮阳系统时，进入室内的热辐射功率P P=ESt(11) (42) 计算出有遮阳系统时，进入室内的热辐射功率P' P' =ESTn(12) 其中，S为建筑穹顶的面积，单位m2,T为建筑穹顶窗户玻璃的辐射透过率，n为遮阳 比。
6.根据权利要求5所述的一种建筑穹顶窗遮阳系统节能计算方法，其特征在于，所述 步骤（5)的具体方式为：设空调运行系统时间为T，根据式（13)计算出空调系统的节能能 耗值：
【文档编号】G06F19/00GK104268439SQ201410579853
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年10月23日 优先权日:2014年10月23日
【发明者】张洋 申请人:成都颐泰合同能源管理有限公司