CN102779210A - 一种建筑太阳光斑的计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑太阳光斑的计算方法，包括：首先，获取建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息；之后，根据所述建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息，计算建筑在预定时间内的建筑太阳光斑。本发明实施例能够在建筑设计过程中对建筑物的太阳光斑进行合理分析，以便于建筑有效利用太阳能，即在建筑设计阶段就可以有效确定太阳建筑形式和合适的建筑材料，以使得建筑设计达到节能环保的效果。

Description

一种建筑太阳光斑的计算方法及装置

技术领域

本发明涉及建筑节能技术领域，尤其涉及一种建筑太阳光斑的计算方法及装置。

背景技术

目前，国家规定建筑节能的指标是强制性的；建筑中必须考虑太阳的热利用，即理想的节能建筑应在最少的能量消耗下，满足在不同季节、不同区域控制接收或阻止太阳辐射。也就是说，在建筑设计中，控制好采光与热利用的关系是关键。在冬季，需要提高采光能有助于建筑节能；在夏季，则采光需要适度控制，以最大程度地减少太阳能带来的空调负荷。为此，目前在一些建筑设计过程中采用了对窗户的遮阳情况进行计算的处理手段，以便于评估调整建筑物的太阳能利用的有效性。

然而，对于建筑物来说，不仅窗户遮阳效果需要计算，建筑内表面太阳光斑随时间变化情况也是评估建筑太阳能热利用有效性所必需，即在建筑设计中，针对建筑物的太阳光斑的分析也是必不可少的，这样，才能够根据建筑物的太阳光斑的情况对建筑物进行合理的节能设计。但是，目前还没有相应的技术手段可以用于对建筑物的太阳光斑进行相应的分析计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种建筑太阳光斑的计算方法及装置，以便于在建筑设计过程中能够对建筑物的太阳光斑进行合理分析，以便于建筑有效利用太阳能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

（与权项对应）

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例能够在建筑设计过程中对建筑物的太阳光斑进行合理分析，以便于建筑有效利用太阳能，即在建筑设计阶段就可以有效确定太阳建筑形式和合适的建筑材料，以使得建筑设计达到节能环保的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的方法的处理过程示意图；

图2为本发明实施例提供的方法的具体实现过程示意图；

图3为本发明实施例提供的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供的技术方案可以根据获取的建筑信息（建筑墙体表面信息等）自动计算出建筑物的太阳光斑，即可以有效地预测任何地点的任何朝向建筑内所有表面太阳光斑的大小及其随时间的变化的情况，从而便于对建筑物进行合理的节能设计。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明实施例提供的一种建筑太阳光斑的计算方法，其具体实现方式如图1所示，可以包括以下处理步骤：

步骤11，获取建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息；

所述建筑墙体表面信息包括：将建筑表面采用一组多边形表示，且各个多边形分别以多边形顶点坐标描述，其中，相应的多边形顶点坐标所采用的空间坐标系可以为所计算建筑的绝对坐标系；

该建筑墙体表面信息可以从输入文件中获取，也可以从绘制完成的CAD等建筑设计文件中获取；

步骤12，根据所述建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息，计算建筑在预定时间内的建筑太阳光斑；

例如，可以在某一时刻，根据建筑墙体表面信息，确定太阳光线在建筑内外所有表面的分布情况；

在该步骤中，相应的预定时间可以是时间点，也可以是时间段，例如，预定时间为2012年10月1日9：00时，或者，也可以为2012年10月1日9：00-10：00时。

具体地，在步骤12中，计算建筑在预定时间内的建筑太阳光斑的步骤具体可以包括：首先，根据建筑地理位置信息确定在预定时间内太阳位于建筑坐标系（即所计算建筑的绝对坐标系）中的位置，之后，再根据太阳位于建筑坐标系中的位置计算预定时间的建筑太阳光斑；其中，若相应的预定的时间为时间段，则可以基于该时间段内的任一时间点或指定的时间点（如起始点等）计算太阳位于建筑坐标系中的位置。

进一步地，仍如图1所示，相应的步骤12具体可以包括：

步骤121，基于建筑墙体表面信息确定建筑墙体表面包含的多个表面单元，以及根据建筑地理位置信息确定在预定时间内太阳位于建筑坐标系中的位置；

其中，确定建筑墙体表面包含的多个表面单元的过程即为对建筑墙体表面离散的处理过程，以将建筑墙体表面离散成多个表面单元，以便于后续过程中，分别确定各个独立的表面单元是否被遮挡住太阳光线；

另外，由于在预定时间内太阳与建筑之间的相对位置关系确定，因此，可以根据该相对位置关系确定在预定时间内太阳位于建筑坐标系中的位置；

步骤122，在预定时间内，根据太阳位于建筑坐标系中的位置分别确定各个表面单元是否被挡住太阳光线；

由于太阳及各个表面单元均处于建筑坐标系中确定的位置，因而可以根据太阳与各个表面单元之间在建筑坐标系中的位置关系，以及太阳与某表面单元之间是否存在遮挡的因素（如其他表面单元等）确定各个表面单元是否被挡住太阳光线；

步骤123，根据确定的各个表面单元是否被挡住太阳光线的情况计算该预定时间内的建筑太阳光斑；

在该步骤123中，具体可以将建筑表面的总表面积减去所有被挡住太阳光线的表面单元的面积之和，作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积；或者，也可以将所有未被挡住太阳光线的表面单元的面积之和作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积。

在通过上述处理完成了建筑在预定时间内的建筑太阳光斑的计算操作后，则可以将计算结果输出或保存，以便于其他实体应用或调用相应的计算结果。

通过上述技术方案能够有效地预测任何地点的任何朝向建筑内所有表面太阳光斑的大小及其随时间的变化。本发明实施例提供的技术方案还可以嵌入建筑CAD，以便于在建筑概念设计阶段对建筑进行早期的采光和能效分析。而且，本发明实施例中的建筑墙体表面信息可以采用通用的数据结构实现，以便于其他应用对接，从而使得本发明能够在太阳能建筑一体化应用、商业大楼、住宅等建筑设计中得到广泛应用。

为便于对本发明的理解，下面将结合具体应用实例及相应的处理流程图对本发明实施例的实现过程进行详细描述。

如图2所示，本发明实施例在具体应用过程中，相应的计算建筑太阳光斑的处理过程具体可以但不限于包括以下步骤：

步骤1，获取输入的建筑几何信息，并根据输入的建筑几何信息建立建筑墙体表面信息的数据结构；

具体地，在该步骤中，可以从预定的文件中获取相应的建筑几何信息，如建筑CAD文件等，建筑几何信息中包含了建筑墙体的信息，因此，根据其中的建筑墙体的信息可以确定建筑墙体表面信息。

步骤2，基于上述建筑墙体表面信息的数据结构，进行建筑墙体表面的离散化处理，即将建筑墙体表面拆分成多个表面单元。

步骤3，根据建筑物所在地的当地标准时间，确定当前时刻（即需要计算建筑太阳光斑的时刻）太阳在建筑坐标系中的位置，以实时动态确定在需要计算建筑太阳光斑的时刻太阳在建筑坐标系中的位置；若需要计算未来某时间点建筑太阳光斑，则该步骤需要确定未来某时间点太阳在建筑坐标系中的位置。

需要说明的是，上述步骤2和步骤3并无执行顺序的先后限定，即步骤2和步骤3可以同时并行执行，也可以按先后顺序执行。

步骤4，根据太阳在建筑坐标系中的位置扫描所有离散获得的各个表面单元，找出被挡住太阳光线的所有表面单元。

步骤5，计算建筑表面的光斑面积，即将建筑墙体表面面积减去被遮挡太阳光线的表面单元的面积（即建筑表面上的阴影面积）作为建筑表面的光斑面积，即作为建筑太阳光斑的计算结果；

完成建筑太阳光斑的计算后还保存计算结果，以备后用。

步骤6，判断是否需要继续计算其他时刻的建筑太阳光斑，若需要，则执行步骤7，否则，计算建筑太阳光斑的处理过程结束；

即当上一个时刻的建筑太阳光斑计算完毕后，则可以进行下一个时刻的建筑太阳光斑的重新计算工作，且两个时刻的计算结果之间没有关联。

步骤7，重新确定需要计算建筑太阳光斑的时间点，并执行步骤3。

具体地，若需要计算一年中建筑太阳光斑，则可以按照月、日、小时的顺序分别执行上述步骤3至步骤7，直到完成全年的建筑太阳光斑计算操作，获取全年中每日的建筑太阳光斑计算结果，并保存为相应的文件，以备后用。例如，可以依次从某年的1月1日0时开始每个整点时间计算一次（即一个小时计算一次，当然也可以按照其他时间间隔进行计算）某建筑物的建筑太阳光斑，直到计算至某年的12月31日24时，则完成该建筑物的全年的建筑太阳光斑计算工作，即依次扫描全年时间进行建筑太阳光斑的计算。对于计算结果，可以按照计算的日期进行保存，例如，将一天的计算结果保存为一个文件，以便于后续处理过程中查询或调用。

本发明实施例中的建筑墙体表面信息可以采用通用的计算机图形学数据结构，因而其可以以插件的形式融入现有的CAD软件中，方便建筑设计中应用。而且，本发明实施例中确定的计算结果是建筑表面动态光斑面积，该计算结果还可以方便地融入建筑传热计算程序中，作为建筑能耗分析的预处理部分。总之，本发明实施例能够将建筑CAD和建筑传热计算有效结合在一起，通过计算太阳辐射在建筑物表面之间的传播，使得在建筑设计阶段就可以有效确定太阳建筑形式和合适的建筑材料，以达到节能环保的效果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）等。

本发明实施例还提供了一种建筑太阳光斑的计算装置，如图3所示，其具体实现结构可以包括以下处理模块：

信息获取模块31，用于获取建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息；其中，所述建筑墙体表面信息可以但不限于包括：将建筑表面采用一组多边形表示，且各个多边形分别以多边形顶点坐标描述。

太阳光斑计算模块32，用于根据所述信息获取模块31获取的建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息，计算建筑在预定时间内的建筑太阳光斑。

具体地，仍如图3所示，该太阳光斑计算模块32可以包括：

太阳位置确定模块321，用于根据所述信息获取模块31获取的建筑地理位置信息确定在预定时间内太阳位于建筑坐标系中的位置；

光斑计算子模块322，用于根据所述太阳位置确定模块321确定的太阳位于建筑坐标系中的位置计算预定时间的建筑太阳光斑。

进一步地，参照图所示，相应的光斑计算子模块可以包括：

表面离散模块3221，用于基于所述信息获取模块31获取的建筑墙体表面信息确定建筑墙体表面包含的多个表面单元；

表面单元光照情况确定模块3222，用于在预定时间内，根据所述太阳位置确定模块321确定的太阳位于建筑坐标系中的位置分别确定所述表面离散模块3221确定的各个表面单元是否被挡住太阳光线；

基于表面单元的光斑计算模块3223，用于根据所述表面单元光照情况确定模块3222确定的各个表面单元是否被挡住太阳光线的情况计算该预定时间内的建筑太阳光斑；具体地，该基于表面单元的光斑计算模块3223可以将建筑表面的总表面积减去所有被挡住太阳光线的表面单元的面积之和，作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积；或者，该基于表面单元的光斑计算模块3223也可以将所有未被挡住太阳光线的表面单元的面积之和作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积。

需要说明的是，上述装置实施例中各个处理模块所实现的功能的具体实现方式在之前的实施例中已经描述，且本领域技术人员知晓之前实施例中描述的各功能的具体实现方式也适用于该装置中，故在此不再重复描述。

通过上述本发明实施例提供的装置可以动态确定建筑表面太阳光斑的面积，以作为建筑能耗分析的预处理部分。本发明实施例还能够将建筑CAD和建筑传热计算有效结合在一起，通过计算太阳辐射在建筑物表面之间的传播，使得在建筑设计阶段就可以有效确定太阳建筑形式和合适的建筑材料。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种建筑太阳光斑的计算方法，其特征在于，包括：

获取建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息；

根据所述建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息，计算建筑在预定时间内的建筑太阳光斑。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建筑墙体表面信息包括：将建筑表面采用一组多边形表示，且各个多边形分别以多边形顶点坐标描述。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算建筑在预定时间内的建筑太阳光斑的步骤包括：

根据建筑地理位置信息确定在预定时间内太阳位于建筑坐标系中的位置，并根据太阳位于建筑坐标系中的位置计算预定时间的建筑太阳光斑。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据太阳位于建筑坐标系中的位置计算预定时间的建筑太阳光斑的步骤包括：

基于建筑墙体表面信息确定建筑墙体表面包含的多个表面单元；

在预定时间内，根据太阳位于建筑坐标系中的位置分别确定各个表面单元是否被挡住太阳光线；

根据确定的各个表面单元是否被挡住太阳光线的情况计算该预定时间内的建筑太阳光斑。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据确定的各个表面单元是否被挡住太阳光线的情况计算该预定时间内的建筑太阳光斑的步骤包括：

将建筑表面的总表面积减去所有被挡住太阳光线的表面单元的面积之和，作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积；

或者，

将所有未被挡住太阳光线的表面单元的面积之和作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积。

6.一种建筑太阳光斑的计算装置，其特征在于，包括：

信息获取模块，用于获取建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息；

太阳光斑计算模块，用于根据所述信息获取模块获取的建筑墙体表面信息和建筑地理位置信息，计算建筑在预定时间内的建筑太阳光斑。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述建筑墙体表面信息包括：将建筑表面采用一组多边形表示，且各个多边形分别以多边形顶点坐标描述。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述太阳光斑计算模块包括：

太阳位置确定模块，用于根据所述信息获取模块获取的建筑地理位置信息确定在预定时间内太阳位于建筑坐标系中的位置；

光斑计算子模块，用于根据所述太阳位置确定模块确定的太阳位于建筑坐标系中的位置计算预定时间的建筑太阳光斑。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述光斑计算子模块包括：

表面离散模块，用于基于所述信息获取模块获取的建筑墙体表面信息确定建筑墙体表面包含的多个表面单元；

表面单元光照情况确定模块，用于在预定时间内，根据所述太阳位置确定模块确定的太阳位于建筑坐标系中的位置分别确定所述表面离散模块确定的各个表面单元是否被挡住太阳光线；

基于表面单元的光斑计算模块，用于根据所述表面单元光照情况确定模块确定的各个表面单元是否被挡住太阳光线的情况计算该预定时间内的建筑太阳光斑。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述基于表面单元的光斑计算模块具体包括：

将建筑表面的总表面积减去所有被挡住太阳光线的表面单元的面积之和，作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积；

或者，

将所有未被挡住太阳光线的表面单元的面积之和作为该预定时间内的建筑太阳光斑的面积。

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