CN103529861A - 智能窗窗页基于太阳光线的转角方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，解决了现有技术中智能窗页无法根据实际太阳入射光线调整窗页开度，实现充分利用太阳光线的缺陷。该方法包括以下步骤：（1）给定北京时间和智能窗所处的地理位置，计算太阳实际的高度角H和方位角A；根据单片窗页距屋顶的高度h和天花板采光长度L，计算满足光照条件的太阳光入射角

；（2）根据计算得到的太阳光入射角和太阳实际的方位角A和高度角H，计算窗页的旋转角Θ和页片旋转后与入射光对应的线面角γ，使在该位置时刻的太阳入射光线，经窗页反射后能达到天花板的位置。本发明有效地将太阳入射光线反射至天花板，高效利用太阳光的照明效果，为室内提供自然光照明，减少了照明用电量。

Description

智能窗窗页基于太阳光线的转角方法

技术领域

 本发明涉及一种窗页的转角方法，具体地说，是涉及一种智能窗窗页基于太阳光线的转角方法。

背景技术

目前，楼宇室内灯光照度和/或大部分中央空调系统的调节均是通过人为主动调节的，进一步的，也有部分智能空调系统可根据室内温度进行自动调节工作温度；但是，室内灯光照度、中央空调系统无法根据实际的室外环境—自然光（太阳光）进行相适应的调整，导致室内热负荷、耗能增加。

另一方面，现有技术中的智能百叶窗（智能窗）虽然能调节太阳辐射能透过率，但是并不能有效地控制窗页的开度，将太阳入射光线反射至天花板，充分利用太阳光的照明效果。

因此，研发一种可根据不同时刻太阳入射角的变化，有效地将太阳入射光线反射至天花板，高效利用太阳光的照明效果，为室内提供自然光照明，减少了照明用电量的技术就成为本领域技术人员的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能旋转角计算方法，主要解决现有技术中存在的智能窗不能有效地控制窗页的开度，将太阳入射光线反射至天花板，充分利用太阳光的照明效果的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，包括以下步骤：

（1）计算太阳实际的高度角H和方位角A；根据单片窗页距屋顶的高度h和天花板采光长度L，计算满足光照条件的太阳光入射角                                               

，其中，智能窗所有窗页距屋顶的高度分别为：h₁、h₂、h₃……h_n，对应的，太阳光入射角分别为：

₁、

₂、

₃……

_n，其中，满足光照条件是指太阳光入射至窗页上再反射至天花板位置的太阳光入射角，L表示天花板上从南墙向里延伸的采光距离；

（2）根据计算得到的太阳光入射角

和太阳实际的方位角A和高度角H，计算窗页的旋转角Θ和页片旋转后与入射光对应的线面角γ，使在该位置时刻的太阳入射光线，经窗页反射后能达到天花板的位置，智能窗所有窗页对应的旋转角Θ分别为：Θ₁、Θ₂、Θ₃……Θ_n，对应的线面角γ分别为：γ₁、γ₂、γ₃……γ_n。

所述步骤（1）中计算太阳实际的高度角H和方位角A时，给定北京时间和智能窗所处的地理位置。

计算太阳实际的高度角H和方位角A的步骤如下：

（11）根据给定的北京时间和智能窗所处的地理位置信息计算太阳的日地平均距离ER、计算积日N、计算太阳赤纬角ED、计算时差Et、然后对时差Et进行修订；其中，积日是指给定的北京时间在年内的顺序号；对时差Et修订的方法为现有技术中已知方法；

（12）将步骤（11）中得到的值代入太阳高度角和方位角的计算公式，得出太阳实际的高度角H和方位角A。

计算满足光照条件的太阳光入射角

的方法如下：根据公式，反算满足光照条件的太阳光入射角

。

所述步骤（2）的具体方法如下：

（21）建立场地“南—东—天”的右手坐标系，南轴指向南方，东轴指向东方，天轴为地面法线垂直向上所指方向；建立窗页坐标系“E—S—Z”的右手坐标系，E轴表示与窗页平行的方向，S轴表示指向室外的方向，Z轴表示垂直于E—S平面的方向，且该Z轴与“南—东—天”中的天轴平行；

（22）将太阳实际的高度角H和方位角A以入射法线的方式在场地“南—东—天”坐标系下表达，即太阳法向量，其表示为（S₀， E₀，Z₀），其表达式下：

 ；                                       （1）

（23）根据式（1）计算在“南—东—天”的坐标系下的太阳法向量（S₀， E₀，Z₀）；

（24）计算在场地“南-东-天”坐标系下的入射法线转换到窗页坐标系下的太阳法向量的表达式（S₁， E₁，Z₁），其表达式如下：

；             （2）

（25）将式（1）代入式（2），得到：

  （3）

根据式（3）计算（S₁， E₁，Z₁），其中，

为窗页北偏东角度；

（26）计算太阳法向量在窗页坐标系下Z-S轴面的投影Nsz，Nsz与S轴的夹角δ₀；表达式分别为：

                                                  （4）

；                                                （5）

（27）结合式（4）和式（5）计算δ₀；

（28）将计算得出的δ₀和太阳光入射角

的值代入下面公式，计算窗页旋转角Θ：

 ；                                           （6）

（29）根据计算得出的窗页旋转角Θ，根据公式计算线面角γ，公式如下：

  

  ；                                         （7）

其中，Z₂表示Nsz在窗页旋转后的Z轴的分量。

所述式（6）的推导过程方法：窗页页面经过旋转角Θ旋转后，其在Z-S轴面的入射光的投影光线的反射光线照射到了天花板，即入射角等于出射角，其表达式如下：

                                  （8）

根据式（8）得到窗页旋转角Θ的表达式：

。

所述（29）计算线面角γ的具体方法如下：定义一个角

表示Nsz分量Z₂与窗页旋转角度Θ后的窗页S轴的夹角，

的表达式如下：

                                              （9）

将Nsz在窗页旋转角度Θ后的Z轴的分量Z₂通过

角计算得出，计算公式如下：

 

                                       （10）

将计算得出的Z₂与E₁代入式（7），求得线面角γ。

所述步骤（12）中太阳高度角的计算公式如下：

sinH=sinδsinφ＋cosδcosφcosτ                              （11）

式中，δ表示太阳赤纬角，φ为智能窗所处地理位置当地的地理纬度，τ为给定北京时刻的太阳时角。

太阳时角的计算方法如下：

                                        （12）

式中，S_⊙表示真太阳时，F_⊙表示真太阳分。

由给定的北京时刻计算真太阳时的方法如下：首先，将北京时换成地方时S_d，换算公式如下：

                        （13）

式中，120°是北京时的标准经度，乘4是将角度转化成时间，即每度相当于4分钟，除60是将分钟化成小时，JD为经度的度数°，JF为经度的分数′，F为北京时里的分数min；

然后，进行时差订正，公式如下：

S_⊙=S_d＋E_t／60                                              （14）。

所述步骤（12）中太阳方位角的计算公式如下：

cosA=（sinHsinφ－sinδ）／cosHcosφ                           （15）

式中，δ表示太阳赤纬角，φ为智能窗所处地理位置当地的地理纬度，H为太阳高度角。

本发明的设计原理：给定的中国境内的智能窗所处的地理位置和特定的北京时刻，计算该地理位置对应时刻的太阳高度角H和太阳方位角A；然后根据太阳高度角H和太阳方位角A结合窗户的朝向和高度计算满足光照反射要求的每片窗页旋转角和线面角，在实际太阳光入射角一定的情况下，太阳光入射至窗页上后，窗页旋转角和线面角应当满足，太阳光入射光线可经窗页反射至天花板位置，从而充分利用太阳光的照明效果。

相关术语的定义如下：

太阳天顶角：太阳入射光线入射方向与天顶（天顶：当地地面法线垂直向上所指方向为天顶方向，在本发明中，天顶方向与天花板顶方向一致）方向的夹角。

太阳高度角H：与太阳天顶角互为余角，是指太阳入射光线与地面的线面夹角。

太阳方位角A：是指太阳入射光线在水平面投影的射线的北偏东方向角。

日地距离：日地平均距离R₀，又称天文单位，1天文单位=1.496×108km，日地距离的最小值（或称近日点）为0.983天文单位，其日期大约在1月3日；而其最大值（或称远日点）为1.017天文单位。由于日地距离对于任何一年的任何一天都是精确已知的，即公知的，所以这个距离可用一个数学表达式表述，进一步的，为了避免日地距离用具体长度计量单位表示过于冗长，一般均以其与日地平均距离比值的平方表示，即ER=（r／r₀）²，也有的表达式用的是其倒数，即r₀／r，这并无实质区别，只是在使用时，需要注意，不可混淆。本发明中日地距离采用ER=（r／r₀）²表示，其表达式如下：ER=1.000423＋0.032359sinθ＋0.000086sin2θ－0.008349cosθ＋0.000115cos2θ；式中，θ为日角，表达式：θ=2πt／365.2422，t=N－N₀ ，N₀=79.6764＋0.2422×（年份－1985）－INT〔（年份－1985）／4〕。日地距离的计算在本技术领域中为公知常识，因此，本发明中不作详述。

积日N：是指日期在年内的顺序号，例如，1月1日其积日为1，平年12月31日的积日为365，闰年则为366。积日的计算在本技术领域中为公知常识，因此，本发明中不作详述。

平太阳时：假想的以均匀的速度在运行太阳，这个假想的太阳就称为平太阳，其周日的持续时间称平太阳日，由此而来的小时称为平太阳时S。

真太阳时:太阳以实际速度运行时，其周日的持续时间称真太阳日，由此而来的小时则称为真太阳时S_⊙。

时差Et：真太阳时S_⊙由平太阳时来S求得，二者之间通过差值时差Et来表达二者的关系，即S_⊙=S＋E_t ；由于真太阳的周年视运动是不均匀的，因此，时差E_t也随时都在变化着，但与地点无关，一年当中有4次为零，并有4次达到极大，从而可将E_t转换为下式表达：E_t=0.0028－1.9857sinθ＋9.9059sin2θ－7.0924cosθ－0.6882cos2θ 。时差Et的计算在本技术领域中为公知常识，因此，本发明中不作详述。

窗页高度h：每一片窗页都分别具有一个距离屋顶的高度。

天花板采光长度L：表示天花板上从南墙向里延伸的采光距离。

线面角γ：太阳在某一时刻下的太阳入射光线与窗页的线面角。

旋转角Θ:窗页在窗页坐标系下沿E轴翻转的角度，定义左手旋转法则为正方向。

太阳赤纬角：ED=0.3723＋23.2567sinθ＋0.1149sin2θ－0.1712sin3θ－0.758cosθ＋0.3656cos2θ＋0.0201cos3θ，太阳赤纬角的表达式为本技术领域公知，因此，在此不详述。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明根据在某一特定北京时刻及智能窗所处的地理位置，首先计算出太阳的实际高度角和方位角；根据智能窗窗页距屋顶的高度和天花板采光距离，计算出设计的太阳光线入射角（即在智能窗原始窗页状态的条件下，其可将太阳光线反射至天花板时，太阳光线的入射角），然后根据太阳的高度角和方位角，结合设计的太阳光线入射角，计算出窗页应当翻转的旋转角和线面角，在窗页经过计算出的旋转角和线面角调整后，其可将实际入射的太阳光线反射至天花板位置处，从而高效利用太阳光的照明效果，为室内提供自然光照明，减少了照明用电量。

附图说明

图1为本发明的计算原理流程图。

图2为本发明中计算H和A的流程图。

图3为太阳光线入射截面图。

图4为计算设计的太阳光入射角

的流程图。

图5为本发明中计算旋转角Θ和线面角γ。

图6为本发明中场地“南—东—天”坐标系及窗页坐标系的示意图。

图7为在“南—东—天”坐标系中表示太阳法向量的示意图。

图8为旋转前窗页侧视图。

图9为旋转角度Θ后窗页侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

本实施例提供了一种智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，解决了现有技术中智能窗页无法根据实际太阳入射光线调整窗页开度，以使得太阳入射光线经窗页反射后，可反射至天花板采光位置处，实现充分利用太阳光线的缺陷。

本实施例的主要步骤如下，基本流程如图1所示：

首先，给定北京时间和智能窗所处的地理位置，计算太阳实际的高度角H和方位角A；术语高度角H，与太阳天顶角互为余角，是指太阳入射光线与地面的线面夹角；太阳方位角A：是指太阳入射光线在水平面投影的射线的北偏东方向角；

根据单片窗页距屋顶的高度h和天花板采光长度L，计算满足光照条件的太阳光入射角

；其中，智能窗所有窗页距屋顶的高度分别为：h₁、h₂、h₃……h_n，对应的，太阳光入射角分别为：

₁、

₂、

₃……

_n，其中，满足光照条件是指太阳光入射至窗页上再反射至天花板位置的太阳光入射角，为了方便描述，本发明将满足光照条件的太阳光入射角

命名为设计的太阳光入射角，L表示天花板上从南墙向里延伸的采光距离；

然后，根据计算得到的设计的太阳光入射角

和太阳实际的方位角A和高度角H，计算窗页的旋转角Θ和页片旋转后与入射光对应的线面角γ，使在该位置时刻的太阳入射光线，经窗页反射后能达到天花板的位置，智能窗所有窗页对应的旋转角Θ分别为：Θ₁、Θ₂、Θ₃……Θ_n，对应的线面角γ分别为：γ₁、γ₂、γ₃……γ_n。术语旋转角Θ：是指窗页在窗页坐标系下沿E轴翻转的角度，定义左手旋转法则为正方向；线面角γ：是指太阳在某一时刻下的太阳入射光线与窗页的线面角。

具体的说，计算太阳实际的高度角H和方位角A的方法如下，如图2所示：

首先，根据给定的北京时间和智能窗所处的地理位置信息计算太阳的日地平均距离ER、计算积日N、计算太阳赤纬角ED、计算时差Et、然后对时差Et进行修订；其中，日地平均距离ER、积日N、太阳赤纬角ED、时差Et及时差修订均为本技术领域的公知常识。为了使得本领域技术人员对上述值计算有更清晰的了解，下面对其进行详细说明：

术语定义：

日地平均距离ER：日地平均距离R₀，又称天文单位，1天文单位=1.496×108km，日地距离的最小值（或称近日点）为0.983天文单位，其日期大约在1月3日；而其最大值（或称远日点）为1.017天文单位。由于日地距离对于任何一年的任何一天都是精确已知的，即公知的，所以这个距离可用一个数学表达式表述，进一步的，为了避免日地距离用具体长度计量单位表示过于冗长，一般均以其与日地平均距离比值的平方表示，即ER=（r／r₀）²，也有的表达式用的是其倒数，即r₀／r，这并无实质区别，只是在使用时，需要注意，不可混淆。本发明中日地距离采用ER=（r／r₀）²表示，其表达式如下：ER=1.000423＋0.032359sinθ＋0.000086sin2θ－0.008349cosθ＋0.000115cos2θ；式中，θ为日角，表达式：θ=2πt／365.2422，t=N－N₀ ，N₀=79.6764＋0.2422×（年份－1985）－INT〔（年份－1985）／4〕。

积日：是指给定的北京时间在年内的顺序号，例如：1月1日其积日为1，平年12月31日的积日为365，闰年则为366；

太阳赤纬角ED，其表达式为：ED=0.3723＋23.2567sinθ＋0.1149sin2θ－0.1712sin3θ－0.758cosθ＋0.3656cos2θ＋0.0201cos3θ，θ为日角。

时差Et：平太阳时S是基本均匀的时间计量系统，与人们的生活息息相关。由于平太阳是假想的，因而无法实际观测它，但它可以间接地从真太阳时S_⊙求得，反之，也可以由平太阳S时来求真太阳时。为此，需要一个差值来表达二者的关系，这个差值就是时差，以Et表示，即S_⊙=S＋E_t。

平太阳时：假想的以均匀的速度在运行太阳，这个假想的太阳就称为平太阳，其周日的持续时间称平太阳日，由此而来的小时称为平太阳时S。

真太阳时:太阳以实际速度运行时，其周日的持续时间称真太阳日，由此而来的小时则称为真太阳时S_⊙。

时差Et修订包括以下修订内容：

①年度订正：除非我们只用当年的天文年历值，此外均需使用此项订正，引入此项订正的原因就是一回归年的实际长度不是365日，而是365.2422日，但日历上只有整日，不可能有小数日。假定我们选用的是1981年的表值，1982年再用时，就要加上－0.2（－0.2422）日的订正了。这个订正到了1983年为－0.51（－0.4844）日，1984年为－0.7（－0.7266）日，但此年为闰年，多了1日，实际订正应为－0.7＋1=0.3（0.2734）日，1985年为0.0（0.0312）日等等，余下以此类推。

②经度订正：即使我们查阅的是当年的天文年历，也需此项订正。在我国的地理经度范围内，各地的订正值是

（A）：≤90°E: －0.2日

（B）：>90°E~<128°E: －0.3日

（C）：≥128°E:－0.4日

③时刻订正：要求同前一项。即使在格林尼治当地，不同时刻也需加以订正。

最后，将上述得到的值代入太阳高度角和方位角的计算公式，得出太阳实际的高度角H和方位角A。

其中，高度角H的计算公式如下：

sinH=sinδsinφ＋cosδcosφcosτ                              （11）

式中，δ表示太阳赤纬角，φ为智能窗所处地理位置当地的地理纬度，τ为给定北京时刻的太阳时角。

太阳时角的计算方法如下：

                                        （12）

式中，S_⊙表示真太阳时，F_⊙表示真太阳分。

由给定的北京时刻计算真太阳时S_⊙的方法如下：

首先，将北京时换成地方时S_d，换算公式如下：

                        （13）

式中，120°是北京时的标准经度，乘4是将角度转化成时间，即每度相当于4分钟，除60是将分钟化成小时，JD为经度的度数°，JF为经度的分数′，F为北京时里的分数min；

然后，进行时差订正，公式如下：

S_⊙=S_d＋E_t／60                                              （14）。

太阳方位角A的计算公式如下：

cosA=（sinHsinφ－sinδ）／cosHcosφ                           （15）

式中，δ表示太阳赤纬角，φ为智能窗所处地理位置当地的地理纬度，H为太阳高度角。

由上述步骤求得太阳实际的高度角H和方位角A。

计算满足光照条件的太阳光入射角

，即计算设计的太阳光入射角

，应当注意的是，本实施例以单片智能窗页为计算对象，因此，智能窗页中的所有窗页均应对应一个与之相应的距离屋顶的高度h，即分别包括：，的太阳光入射角，即分别包括：h₁、h₂、h₃……h_n，对应的，太阳光入射角分别为：

₁、 ₂、 ₃……

_n。

根据窗页高度h和天花板采光长度L，如图3所示，反算满足条件的太阳光线入射角

，其流程如图4所示，其选用的公式如下：

。

由上述步骤求得设计的太阳光入射角

。

结合上述求得的高度角H、方位角A和设计的太阳光入射角

，求得窗页的旋转角Θ和线面角γ，其流程如图5所示。

本实施例中，需要建立两个坐标系，如图6所示，分别为“南—东—天”的右手坐标系，其中，南轴指向南方，东轴指向东方，天轴为地面法线垂直向上所指方向；建立窗页坐标系“E—S—Z”的右手坐标系，其中，E轴表示与窗页平行的方向，S轴表示指向室外的方向，Z轴表示垂直于E—S平面的方向，且该Z轴与“南—东—天”中的天轴平行。

然后，将太阳实际的高度角H和方位角A以入射法线的方式在场地“南—东—天”坐标系下表达，即太阳法向量，其表示为（S₀， E₀，Z₀），如图7所示，其表达式下：

 ；                                       （1）

将H和A的值代入式（1）中，计算在“南—东—天”的坐标系下的太阳法向量（S₀， E₀，Z₀）；

然后，计算在场地“南-东-天”坐标系下的入射法线转换到窗页坐标系下的太阳法向量的表达式（S₁， E₁，Z₁），因为窗页坐标系的Z轴和场地“南-东-天”坐标系的天轴平行，因此，窗页的页面旋转前的窗页坐标系相当于将场地“南-东-天”坐标系的天轴做了一个右手旋转，因此，求得（S₁， E₁，Z₁）的表达式如下：

                    （2）

将式（1）代入式（2）得出：

  （3）

根据式（3）计算（S₁， E₁，Z₁），其中，

为窗页北偏东角度。是窗页北偏东角度，窗页页面旋转前的窗页坐标系相当于是将场地“南-东-天”坐标系绕其天轴做了一个  -(

-90°) 的右手旋转，如图6所示。

计算太阳法向量（S₁， E₁，Z₁）在窗页坐标系下Z-S轴面的投影Nsz，如图8所示，Nsz与S轴的夹角δ₀；表达式分别为：

                                                  （4）

；                                                （5）

结合式（4）和式（5）计算δ₀；

窗页旋转角Θ最终达到的效果是高度为h处的某一窗页页面，经过旋转角Θ后，在S-Z轴面的入射光投影光线的反射光线照射到了天花板要求的L处，此时，应当满足入射角等于出射角，即

                                  （8）

经过转换得到窗页旋转角Θ的表达式：

                                                       （6）

根据计算得出的窗页旋转角Θ，再计算窗页旋转后线面角γ，其方法如下：

首先，定义一个角

表示Nsz分量Z₂与窗页旋转角度Θ后的窗页S轴的夹角，如图9所示，其中，Z轴和窗贴在一起的；的表达式如下：

                                              （9）

将Nsz在窗页旋转角度Θ后的Z轴的分量Z₂通过

角计算得出，计算公式如下：

 

                                       （10）

根据公式计算线面角γ，公式如下：

                                                        （7）

本发明以每片窗页为计算单元，因此，最终计算出的旋转角Θ分别为：Θ₁、Θ₂、Θ₃……Θ_n，对应的线面角γ分别为：γ₁、γ₂、γ₃……γ_n。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims (10)

1.智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）给定北京时间和智能窗所处的地理位置，计算太阳实际的高度角H和方位角A；根据单片窗页距屋顶的高度h和天花板采光长度L，计算满足光照条件的太阳光入射角                                               

，其中，智能窗所有窗页距屋顶的高度分别为：h₁、h₂、h₃……h_n，对应的，太阳光入射角分别为：

₁、

₂、

₃……

_n，其中，满足光照条件是指太阳光入射至窗页上再反射至天花板位置的太阳光入射角，L表示天花板上从南墙向里延伸的采光距离；

（2）根据计算得到的太阳光入射角和太阳实际的方位角A和高度角H，计算窗页的旋转角Θ和页片旋转后与入射光对应的线面角γ，使在该位置时刻的太阳入射光线，经窗页反射后能达到天花板的位置，智能窗所有窗页对应的旋转角Θ分别为：Θ₁、Θ₂、Θ₃……Θ_n，对应的线面角γ分别为：γ₁、γ₂、γ₃……γ_n。

2.根据权利要求1所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，计算太阳实际的高度角H和方位角A的步骤如下：

（11）根据给定的北京时间和智能窗所处的地理位置信息计算太阳的日地平均距离ER、计算积日N、计算太阳赤纬角ED、计算时差Et、然后对时差Et进行修订；其中，积日是指给定的北京时间在年内的顺序号；

（12）将步骤（11）中得到的值代入太阳高度角和方位角的计算公式，得出太阳实际的高度角H和方位角A。

3.根据权利要求2所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，计算满足光照条件的太阳光入射角的方法如下：根据公式

，反算满足光照条件的太阳光入射角。

4.根据权利要求3所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体方法如下：

（21）建立场地“南—东—天”的右手坐标系，南轴指向南方，东轴指向东方，天轴为地面法线垂直向上所指方向；建立窗页坐标系“E—S—Z”的右手坐标系，E轴表示与窗页平行的方向，S轴表示指向室外的方向，Z轴表示垂直于E—S平面的方向，且该Z轴与“南—东—天”中的天轴平行；

（22）将太阳实际的高度角H和方位角A以入射法线的方式在场地“南—东—天”坐标系下表达，即太阳法向量，其表示为（S₀， E₀，Z₀），其表达式下：

 ；                                       （1）

（23）根据式（1）计算在“南—东—天”的坐标系下的太阳法向量（S₀， E₀，Z₀）；

（24）计算在场地“南-东-天”坐标系下的入射法线转换到窗页坐标系下的太阳法向量的表达式（S₁， E₁，Z₁），其表达式如下：

；             （2）

（25）将式（1）代入式（2），得到：

  （3）

根据式（3）计算（S₁， E₁，Z₁），其中，

为窗页北偏东角度；

（26）计算太阳法向量（S₁， E₁，Z₁）在窗页坐标系下Z-S轴面的投影Nsz，Nsz与S轴的夹角δ₀；表达式分别为：

                                                  （4）

；                                                （5）

（27）结合式（4）和式（5）计算δ₀；

（28）将计算得出的δ₀和太阳光入射角

的值代入下面公式，计算窗页旋转角Θ：

 ；                                           （6）

（29）根据计算得出的窗页旋转角Θ，根据公式计算线面角γ，公式如下：

  

  ；                                         （7）

其中，Z₂表示Nsz在窗页旋转后的Z轴的分量。

5.据权利要求4所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，所述式（6）的推导过程方法：窗页页面经过旋转角Θ旋转后，其在Z-S轴面的入射光的投影光线的反射光线照射到了天花板，即入射角等于出射角，其表达式如下：

                                  （8）

根据式（8）得到窗页旋转角Θ的表达式：

。

6.据权利要求5所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，所述（29）计算线面角γ的具体方法如下：定义一个角

表示Nsz分量Z₂与窗页旋转角度Θ后的窗页S轴的夹角，

的表达式如下：

                                              （9）

将Nsz在窗页旋转角度Θ后的Z轴的分量Z₂通过

角计算得出，计算公式如下：

 

                                       （10）

将计算得出的Z₂与E₁代入式（7），求得线面角γ。

7.据权利要求2所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，所述步骤（12）中太阳高度角的计算公式如下：

sinH=sinδsinφ＋cosδcosφcosτ                              （11）

式中，δ表示太阳赤纬角，φ为智能窗所处地理位置当地的地理纬度，τ为给定北京时刻的太阳时角。

8.据权利要求7所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，太阳时角的计算方法如下：

                                        （12）

式中，S_⊙表示真太阳时，F_⊙表示真太阳分。

9.据权利要求8所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，由给定的北京时刻计算真太阳时的方法如下：首先，将北京时换成地方时S_d，换算公式如下：

                        （13）

式中，120°是北京时的标准经度，乘4是将角度转化成时间，即每度相当于4分钟，除60是将分钟化成小时，JD为经度的度数°，JF为经度的分数′，F为北京时里的分数min；

然后，进行时差订正，公式如下：

S_⊙=S_d＋E_t／60                                              （14）。

10.据权利要求9所述的智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，所述步骤（12）中太阳方位角的计算公式如下：

cosA=（sinHsinφ－sinδ）／cosHcosφ                       （15）

式中，δ表示太阳赤纬角，φ为智能窗所处地理位置当地的地理纬度，H为太阳高度角。

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