[發明專利]一種基于局地光氣候的嚴寒地區建筑自然采光性能仿真方法

有效

• 申請號: 201711431184.7
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN108052762B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 孫澄;韓昀松;訾迎;曲大剛;賈永恒;劉蕾;于虹
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明提出了一種基于局地光氣候的嚴寒地區建筑自然采光性能仿真方法，包括以下步驟：步驟1、建立嚴寒地區局地天空亮度分布數據庫；步驟2、構建天空元亮度數據與人工天穹燈具組映射關系；步驟3、擬仿真建筑物理模型數控建造；步驟4、進行局地光氣候的建筑自然采光性能仿真。本發明可以實現縮微模型對于標準形態及非標準形態的建筑空間以及建筑材料光學屬性信息的準確還原，同時通過采用真實光氣候數據從而實現自然采光性能的高精度模擬。

技術領域

本發明屬于建筑自然采光性能仿真技術領域，特別是涉及一種基于局地光氣候的嚴寒地區建筑自然采光性能仿真方法。

背景技術

在可持續發展背景下，充分利用建筑自然采光對于降低建筑能耗具有重要意義，且自然采光可有效提升建筑光環境品質。自然采光性能評價依托理論計算、軟件模擬和物理模型仿真三種方法，尤以軟件模擬和物理模型仿真應用最為廣泛。

在計算機軟件模擬方法中，目前使用最為廣泛的是radiance核心算法引擎，但是在采光計算天空生成環節所使用的gensky和gendaylit兩種天空生成程序模塊所生成的CIE標準天空與perez天空等無法實現特定時間天空亮度分布與天空亮度分布變化情況的真實表達，即無法實現局地光氣候仿真；其次radiance所使用的反向光線追蹤法所反映的自然光線在空間的反射與真實光線在建筑空間中的反射仍存在差異。而物理模型仿真方法可以保證自然光線在建筑內部空間的真實反射情況，避免了軟件模擬在此方面的誤差，與軟件模擬方法相比具有更高的模擬精度。

但是目前的物理模型仿真方法仍然存在局限，其原因在于：現有半球形人工天穹僅能做到模擬CIE標準天空，但無法模擬特定時間真實天空亮度分布及天空亮度變化情況，因此無法通過采用真實光氣候數據實現局地氣候自然采光的高精度模擬；基于現有的縮微模型制作技術，物理仿真模型的形態仍以標準形態為主，對于非標準形態模型仿真存在技術難度，同時物理仿真模型在反射率、透射率等光學性能的表達上也存在誤差從而影響采光模擬精度。

發明內容

本發明為了解決現有的建筑自然采光性能物理仿真模擬方法在縮微模型對于建筑空間形態和材料光學屬性的還原精準度以及人工天穹光氣候數據與局地真實光氣候數據存在的差異性等兩方面存在局限性的技術問題，提出一種基于局地光氣候的嚴寒地區建筑自然采光性能仿真方法，可以實現縮微模型對于標準形態及非標準形態的建筑空間以及建筑材料光學屬性信息的準確還原，同時通過采用真實光氣候數據從而實現自然采光性能的高精度模擬。

本發明的目的通過以下技術方案實現：一種基于局地光氣候的嚴寒地區建筑自然采光性能仿真方法，包括以下步驟：

步驟1、建立嚴寒地區局地天空亮度分布數據庫；

步驟2、構建天空元亮度數據與人工天穹燈具組映射關系；

步驟3、擬仿真建筑物理模型數控建造；

步驟4、進行局地光氣候的建筑自然采光性能仿真。

進一步地，所述步驟1具體為：根據自然采光性能仿真目的、地理信息和環境信息確定天空亮度分布數據采集時間域和采集時間步長；將局地天空網格化，劃分為145個天空元，利用全天空亮度掃描儀對嚴寒地區局地天空亮度分布數據進行采集，每4.5分鐘完成一次對全天空的掃描；利用參數化建模工具，基于全天空亮度掃描儀實測數據，建立嚴寒地區局地天空亮度分布數據庫。

進一步地，所述步驟2具體為：基于嚴寒地區局地天空亮度分布數據庫，利用參數化編程技術對人工天穹燈具組控制軟件進行二次開發，建立人工天穹燈具組控制軟件與天空亮度分布數據庫之間的數據交互接口程序，實現人工天穹燈具組控制軟件與天空亮度分布數據庫的協同，從而建立各天空元亮度數據與其相應的人工天穹燈具組映射關系。