《基于日照分析的建筑棒影研究与设计》-工学论文，计算机论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于日照分析的建筑棒影研究与设计

范文

孙文坡李文娟党向盈

摘要：城市建筑设计过程中，需要对日照棒影长度进行自动精准计算，研究日照分析理论，设计输入预设日照参数，自动获得棒影长度，进而满足建筑日照时间最低约束的要求。该软件核心算法主要依赖于棒影计算模型。首先，根据已知条件获得太阳高度角，然后，通过分析太阳高度角、赤纬角、时角和积日等一系列参数，得到时间切片内，不同的棒影长度；最后，计算判断是否满足建筑日照时间最低约束。该文方法将日照棒影图应用到建筑优化设计中，保证房屋有充足的日照时间，提高房屋的居住舒适度。

关键词：日照分析；日照约束；棒影长度；建筑优化；日照累计时间

中图分类号：TU972，TP399 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）06-0207-03

随着国民经济建设的迅速发展和人民生活水平的不断提高，居住条件的改善和节省建筑用地之间的矛盾也日益突出。城市居住规划设计对各气候区不同规模城市的住宅大寒日、冬至日日照时间规定了最低时间，并要求老年人居住建筑冬至日日照时间不应低于两小时标准。日照时间不足不仅达不到国家标准，还会导致居住环境寒冷影响住户居住舒适度与卫生健康。很多学者提出很多有效的方法来改善室内气候条件，满足人们工作生活所需的舒适环境。本软件通过一系列方法计算出棒影长度，再将有效时间划分若干个时间切片，将拟建建筑区域划分为与时间切片等量的方格，计算出窗口日照累计时间。本文将人工智能的一些方法，应用到实际建筑规划优化设计中，为建筑规划设计领域实现合理的设计提供了一种有效途径。

1软件系统概述

本软件采用C#Lambda编程技术，使得软件实施中，缩短计算时间，减少计算复杂度，满足用户的性能要求。本软件主要功能是计算日照棒影长度。本软件主要有3大功能模块，它们分别是：主函数、日照分析模块、棒影长度计算模块。棒影长度计算模块又分为日照光影计算和窗口与日照棒影关系。其框架图如图1所示：

软件从主函数开始运行。主函数调用各函数，实现被测程序的运行。可以调用的函数有主模块、日照分析模块、棒影长度计算模块。

2日照分析

2.1日照参数

太阳日照时间的长短、时角、太阳高度角引起的太阳光辐射度的强弱，太阳入射角与建筑阳台的关系等都是确定建筑物得到日照标准的要素。我国位于北半球，太阳东升西落，对于朝南的房子而言：夏季太阳高度角较大，阳光从门窗射入的时间较短，故夏季室内阴凉；冬季太阳高度角较小，阳光射入房间的时间较长，室内温度升高。建筑物的日照时间不仅仅和太阳高度角有关，与各纬度，地方时间，建筑物的间距都有密切的关系。因此这使得同一天同一地区同一时刻的有效日照不同。

1）太阳高度角：太阳光线与地平面间的夹角。

2）太阳方位角：即太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线所夹的角。

3）时角：地球自转一周为1d，24h，不同的时间用不同的时角表示。地球自转一周为360°，每小时时角就是15°。

2.2计算规则

设太阳赤纬角为δ。日照棒影分析系统基于给定维度，由维度和当前日期得到相应的赤纬角。赤纬角δ值在每年同日期都有微差，可以从天文资料中查到，也可以通过公式计算得到。

3棒影长度计算

3.1日照光影计算

如图2所示为日照光影计算界面。左侧即用户需要输入的参数，分别为观测点维度，时角单位，日期，棒高（米），用户通过简单的设定相应的参数，计算得到棒影长度值。

以图3中午日照光影列表图为例，显示用户所设定参数后，系统自动计算得到的日照光影列表图。

地球自西向东自转，因此太阳高度角也随之呈现相应的变化规律。早晨太阳从东边升起，晨昏线上太阳高度角为0°，随着太阳逐渐升高，太阳高度角也逐渐增加。当地方时为正午12点时，此时太阳高度角达到最大。下午，太阳渐渐落下，太阳高度角也随之减小，到西边地平线落下时，太阳高度角为0°。通过图3亦可以看出，棒影长度在8：00-16：00这个时间段内先变短后变长，对称轴在12：00左右，即在12：00左右太阳高度角最大，棒影长度达到最小值。

3.2窗口与日照棒影关系

由于太阳位置随着时间的变化而处于不断变化中，拟建建筑在不同时间段内所产生的影子长度也是不一样的。对拟建建筑而言，当影子长度大于窗口到拟建建筑的距离时，太阳射向拟建建筑的光线被遮挡住，窗口无法接受到此时的光照。当影子长度小于窗口到拟建建筑的距离时，窗口能够获得这一时刻的光照。为了计算窗口获得的日照累计时间，需要先计算出不同窗口到拟建建筑的距离以及拟建建筑不同时刻影子的长度，再进行一系列的分析与判断。图4所示为棒影长度与窗口到小柱距离关系图。

3.3图表模拟

在用户预先生成棒影计算结果后，通过图表显示日照时角变化，太阳高度角变化和棒影长度变化。如图5所示为太阳高度角变化曲线图，如图6所示为日照时角变化曲线图。图7所示为2016年12月21日不同时间片段棒影长度曲线图。

4结论

本文研究日照棒影長度的计算，在保证房屋有充足的光照下提供合理的建筑设计方案。棒影长度与太阳高度角，时角等日照参数有关，设置合理的日照参数，然后通过一系列参数以及棒高计算出不同时间切片内不同的棒影长度。满足日照最低要求提供核心计算结果。可以帮助建筑商在建筑申报之前设计出一个优化的建筑方案。本软件可以自动计算日照光影，软件中详细地列出时间，太阳高度角，棒高，棒影长度等数据，结论明确，效果直观，说服力强。

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