[發明專利]一種建筑太陽能獲取潛力指標的計算方法

在審

• 申請號: 202211320592.6
• 申請日: 2022-10-26
• 公開（公告）號: CN115544458A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 李文強;劉煜;宋郭睿;鄭武幸;王晉;邵騰;鄒宇飛;張一鳴;楊敏敏;宋婕
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06F17/10
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理有限公司 11562
• 代理人: 張鸞

本發明屬于建筑設計領域，公開了一種建筑太陽能獲取潛力指標的計算方法，包括以下步驟：獲取日出、日落時刻對應的太陽方位角、太陽高度角，形成扇形計算范圍，并獲取所述扇形計算范圍內的若干條計算線段；獲取所述計算線段對應時刻的太陽高度角正切值、遮擋建筑高度與遮擋建筑和待測建筑的間距的比值，并將所述太陽高度角正切值與所述比值作差，獲得差值；獲取所述計算線段對應時刻的近似太陽直射輻照度，并將所述近似太陽直射輻照度作為權重賦予所述差值，獲得賦權值；獲取待測區域的圓心角占比，基于所述圓心角占比、賦權值，獲得所述待測建筑的建筑遮擋因子的值。本發明可用于太陽能獲取潛力視角下不同建筑群布局方案的比較、優選和優化。

技術領域

本發明屬于建筑設計領域，特別是涉及一種建筑太陽能獲取潛力指標的計算方法。

背景技術

推進可再生能源在建筑中的應用是降低建筑碳排放的一個重要手段，太陽能作為一種普遍存在且清潔無污染的可再生能源，其在建筑領域的應用對于降低建筑能耗和碳排放具有重要意義。

當前建筑的太陽能利用，無論是通過外加設備的主動式利用、還是通過建筑形態、材料、構造設計的被動式利用，都有一個必要的前提，即建筑本身可以獲取足夠的太陽輻射。因此，建筑師在進行建筑太陽能利用設計時，首先需要估算建筑對日照輻射的獲取潛力。

單棟建筑太陽能獲取潛力受多種因素影響，比如建筑朝向、建筑面寬進深比、建筑高度、周圍建筑間相互遮擋、建筑自身遮擋等。研究發現，隨著城市建筑密度的增加，建筑屋頂和外立面往往被周圍的建筑物遮擋，這成為了建筑獲取太陽能的主要影響因素之一，同時嚴重影響了建筑物光伏和光熱系統的太陽能利用效率。因此有必要通過考量建筑間相互遮擋的程度去評估建筑的太陽能獲取潛力，并提出新的相關指標和計算方法，以最小化建筑間遮擋影響和最大化太陽能獲取效率為目標，在建筑設計前期為建筑師提供針對性的指導。

目前建筑的太陽能獲取潛力主要通過兩種方法去評估，都需要借助比較復雜的模擬軟件。第一，既有建筑設計標準中，多采用“日照時長”來表征太陽輻射獲取量，例如《城市居住區規劃設計標準》GB50180-2018要求不同地區建筑需要滿足大寒日或者冬至日一定日照小時數。一些日照時長計算軟件可以從建筑間相互遮擋的角度給建筑師在建筑方案設計前期提供一定指導，但此方法僅可以使建筑房間滿足基本的日照時長需求，因不同時刻的太陽輻照度(物體在單位時間、單位面積上接收到的輻射能)并不相同，所以僅通過日照累計時長并不能相對準確評估建筑的太陽能獲取潛力，需將太陽輻照度這一因素納入到建筑太陽能獲取潛力的計算過程中來。第二，通過計算建筑外表面(立面和屋頂)的年總日照輻射量或者單位外表面積年太陽輻射量，從“日照輻射量”的角度去評估新建或既有建筑的太陽能獲取潛力。此方法可以比較精確地計算出建筑總外表面和單位面積獲取的太陽輻射量，但所計算的結果是表征綜合多種影響因素下的建筑獲取太陽能的潛力大小，不能表征單一因素(如建筑間相互遮擋)對太陽能獲取潛力的影響大小，而各影響因素對太陽能獲取潛力的影響程度是建筑師進行前期方案調整優化的基礎，因此，此辦法不能指導前期方案設計，需要構建反映各影響因素的設計指標進行針對性的建筑太陽輻射獲取潛力的評估。已有學者基于不同的影響因素提出了部分表征建筑太陽能利用潛力的設計指標，但尚未有從建筑間相互遮擋影響的視角提出設計指標以表征太陽能獲取潛力。

對比發明名稱為“一種建筑物三維太陽能潛力計算方法”的專利(申請號：202010078768.6)。此發明專利針對既有建筑物太陽能潛力進行估算，具體估算方式是先對既有建筑模型進行屋頂和立面聯合采樣，然后進行遮擋分析和天空視域分析，以此進行太陽輻射的直射和散射計算，最終得出建筑可獲得的平均年總輻射量。此發明著眼于既有建筑太陽能利用潛力的估算，所得出的結果也只是綜合多種影響因素下的總體建筑獲取太陽能的潛力大小，不能表征包括建筑間相互遮擋因素在內的各種因素對建筑太陽能獲取的影響程度，同時不能在建筑方案早期比較明確地、有針對性地提供建筑形態布局設計及優化的路徑和方法(基于影響建筑獲取太陽能潛力的各種因素)，以引導建筑師進行前期方案設計，實現建筑太陽能獲取潛力的最大化。因此，需要一種方法來表征建筑間相互遮擋因素對太陽能獲取潛力的影響。

發明內容