一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法技术

本发明专利技术属于建筑设计领域，公开了一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法，包括以下步骤：获取日出、日落时刻对应的太阳方位角、太阳高度角，形成扇形计算范围，并获取所述扇形计算范围内的若干条计算线段；获取所述计算线段对应时刻的太阳高度角正切值、遮挡建筑高度与遮挡建筑和待测建筑的间距的比值，并将所述太阳高度角正切值与所述比值作差，获得差值；获取所述计算线段对应时刻的近似太阳直射辐照度，并将所述近似太阳直射辐照度作为权重赋予所述差值，获得赋权值；获取待测区域的圆心角占比，基于所述圆心角占比、赋权值，获得所述待测建筑的建筑遮挡因子的值。本发明专利技术可用于太阳能获取潜力视角下不同建筑群布局方案的比较、优选和优化。优选和优化。优选和优化。

【技术实现步骤摘要】
一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法


[0001]本专利技术属于建筑设计领域，特别是涉及一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法。

技术介绍

[0002]推进可再生能源在建筑中的应用是降低建筑碳排放的一个重要手段，太阳能作为一种普遍存在且清洁无污染的可再生能源，其在建筑领域的应用对于降低建筑能耗和碳排放具有重要意义。
[0003]当前建筑的太阳能利用，无论是通过外加设备的主动式利用、还是通过建筑形态、材料、构造设计的被动式利用，都有一个必要的前提，即建筑本身可以获取足够的太阳辐射。因此，建筑师在进行建筑太阳能利用设计时，首先需要估算建筑对日照辐射的获取潜力。
[0004]单栋建筑太阳能获取潜力受多种因素影响，比如建筑朝向、建筑面宽进深比、建筑高度、周围建筑间相互遮挡、建筑自身遮挡等。研究发现，随着城市建筑密度的增加，建筑屋顶和外立面往往被周围的建筑物遮挡，这成为了建筑获取太阳能的主要影响因素之一，同时严重影响了建筑物光伏和光热系统的太阳能利用效率。因此有必要通过考量建筑间相互遮挡的程度去评估建筑的太阳能获取潜力，并提出新的相关指标和计算方法，以最小化建筑间遮挡影响和最大化太阳能获取效率为目标，在建筑设计前期为建筑师提供针对性的指导。
[0005]目前建筑的太阳能获取潜力主要通过两种方法去评估，都需要借助比较复杂的模拟软件。第一，既有建筑设计标准中，多采用“日照时长”来表征太阳辐射获取量，例如《城市居住区规划设计标准》GB50180
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2018要求不同地区建筑需要满足大寒日或者冬至日一定日照小时数。一些日照时长计算软件可以从建筑间相互遮挡的角度给建筑师在建筑方案设计前期提供一定指导，但此方法仅可以使建筑房间满足基本的日照时长需求，因不同时刻的太阳辐照度(物体在单位时间、单位面积上接收到的辐射能)并不相同，所以仅通过日照累计时长并不能相对准确评估建筑的太阳能获取潜力，需将太阳辐照度这一因素纳入到建筑太阳能获取潜力的计算过程中来。第二，通过计算建筑外表面(立面和屋顶)的年总日照辐射量或者单位外表面积年太阳辐射量，从“日照辐射量”的角度去评估新建或既有建筑的太阳能获取潜力。此方法可以比较精确地计算出建筑总外表面和单位面积获取的太阳辐射量，但所计算的结果是表征综合多种影响因素下的建筑获取太阳能的潜力大小，不能表征单一因素(如建筑间相互遮挡)对太阳能获取潜力的影响大小，而各影响因素对太阳能获取潜力的影响程度是建筑师进行前期方案调整优化的基础，因此，此办法不能指导前期方案设计，需要构建反映各影响因素的设计指标进行针对性的建筑太阳辐射获取潜力的评估。已有学者基于不同的影响因素提出了部分表征建筑太阳能利用潜力的设计指标，但尚未有从建筑间相互遮挡影响的视角提出设计指标以表征太阳能获取潜力。
[0006]对比专利技术名称为“一种建筑物三维太阳能潜力计算方法”的专利(申请号：
202010078768.6)。此专利技术专利针对既有建筑物太阳能潜力进行估算，具体估算方式是先对既有建筑模型进行屋顶和立面联合采样，然后进行遮挡分析和天空视域分析，以此进行太阳辐射的直射和散射计算，最终得出建筑可获得的平均年总辐射量。此专利技术着眼于既有建筑太阳能利用潜力的估算，所得出的结果也只是综合多种影响因素下的总体建筑获取太阳能的潜力大小，不能表征包括建筑间相互遮挡因素在内的各种因素对建筑太阳能获取的影响程度，同时不能在建筑方案早期比较明确地、有针对性地提供建筑形态布局设计及优化的路径和方法(基于影响建筑获取太阳能潜力的各种因素)，以引导建筑师进行前期方案设计，实现建筑太阳能获取潜力的最大化。因此，需要一种方法来表征建筑间相互遮挡因素对太阳能获取潜力的影响。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法，包括以下步骤：
[0009]获取日出、日落时刻对应的太阳方位角、太阳高度角，形成扇形计算范围，并获取所述扇形计算范围内的若干条计算线段；
[0010]获取所述计算线段对应时刻的太阳高度角正切值、遮挡建筑高度与遮挡建筑和待测建筑的间距的比值，并将所述太阳高度角正切值与所述比值作差，获得差值；
[0011]获取所述计算线段对应时刻的近似太阳直射辐照度，并将所述近似太阳直射辐照度作为权重赋予所述差值，获得赋权值；
[0012]获取待测区域的圆心角占比，基于所述圆心角占比、赋权值，获得所述待测建筑的建筑遮挡因子的值。
[0013]优选的，所述扇形计算范围的获得过程包括，获取待测建筑基底轮廓线与南立面相交线的中心点作为测算点，基于所述日出、日落时刻对应的太阳方位角，以所述测算点为圆心绘制日出、日落时刻对应的太阳光线在地平面的投影线，获得所述扇形计算范围。
[0014]优选的，获得若干条计算线段的过程包括，以测算点为中心点，顺时针旋转所述计算范围的半径线段，获得所述半径线段与遮挡建筑的唯一交点；连接所述测算点、唯一交点，获得若干条边界线段，同时获得若干个遮挡区、未遮挡区；
[0015]获取所述遮挡区、未遮挡区域的角平分线段；所述若干条边界线段、若干条角平分线段、日出投影线、日落投影线为所述计算范围内的计算线段。
[0016]优选的，若所述差值为正数，则对待测建筑物不存在遮挡；若所述差值为负数，则对待测建筑物存在遮挡。
[0017]优选的，获得所述待测建筑的建筑遮挡因子的值的过程包括，对所述遮挡区和未遮挡区对应的赋权值的平均值赋予各自对应的角度范围的权重值，并进行求和处理，获得所述待测建筑的建筑遮挡因子的最终值。
[0018]优选的，获得所述遮挡区和未遮挡区对应的赋权值的平均值的过程包括，获取所述遮挡区、未遮挡区内对应的计算线段的赋权值，所述对应的计算线段的赋权值的平均值即为所述遮挡区和未遮挡区对应的赋权值的平均值。
[0019]优选的，获得所述遮挡区和未遮挡区角度范围的权重值的过程包括，基于所述遮挡区和未遮挡区对应的圆心角占扇形计算范围的比值，获得所述遮挡区和未遮挡区角度范围的权重值。
[0020]本专利技术的技术效果为：
[0021](1)本专利技术获取每条计算线段对应时刻的近似太阳直射辐照度，将辐照度作为权重赋予差值得到赋权值，辐照度越高，差值的权重越大，该方位角下的太阳能质量更高，越应该被建筑获取，将不同时刻太阳能的质量高低纳入计算，比传统的建筑“日照时数”方法更科学和精确。
[0022](2)本专利技术通过对建筑遮挡因子的计算，可以定量比较相同场地面积、相同容积率条件下，不同建筑群体形态布局下特定建筑单体受建筑间相互遮挡因素影响的差异，进而比较太阳能获取潜力的差异，由此可以在方案设计前期阶段，对特定建筑单体所在建筑群体的布局优化提供参考。
[0023](3)本专利技术可用于太阳能获取潜力视角下不同建筑群布局方案的比较、优选和优化，也可用于既有建筑群体中特定建筑单体的太阳能利用潜力评估。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑太阳能获取潜力指标的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取日出、日落时刻对应的太阳方位角、太阳高度角，形成扇形计算范围，并获取所述扇形计算范围内的若干条计算线段；获取所述计算线段对应时刻的太阳高度角正切值、遮挡建筑高度与遮挡建筑和待测建筑的间距的比值，并将所述太阳高度角正切值与所述比值作差，获得差值；获取所述计算线段对应时刻的近似太阳直射辐照度，并将所述近似太阳直射辐照度作为权重赋予所述差值，获得赋权值；获取待测区域的圆心角占比，基于所述圆心角占比、赋权值，获得所述待测建筑的建筑遮挡因子的值。2.根据权利要求1所述的建筑太阳能获取潜力指标的计算方法，其特征在于，所述扇形计算范围的获得过程包括，获取待测建筑基底轮廓线与南立面相交线的中心点作为测算点，基于所述日出、日落时刻对应的太阳方位角，以所述测算点为圆心绘制日出、日落时刻对应的太阳光线在地平面的投影线，获得所述扇形计算范围。3.根据权利要求1所述的建筑太阳能获取潜力指标的计算方法，其特征在于，获得若干条计算线段的过程包括，以测算点为中心点，顺时针旋转所述计算范围的半径线段，获得所述半径线段与遮挡建筑的唯一交点；连接所述测算点、唯一交点，获得若干条边界线段，同时获...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文强，刘煜，宋郭睿，郑武幸，王晋，邵腾，邹宇飞，张一鸣，杨敏敏，宋婕，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：