CN116876645A - 一种建筑冬季日照体形系数计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种建筑冬季日照体形系数计算方法，属于建筑领域，该方法首先计算冬至日正午时太阳高度角，再做出建筑外表面在无外部遮挡条件下垂直于冬至日正午时太阳高度角方向的平面上的正投影，最后根据正投影面积和建筑体积计算出建筑冬季日照体形系数。建筑冬季日照体形系数的数值越大，表明建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力越大。因此，通过该指标可以帮助建筑设计人员及其他相关人员在建筑的方案设计阶段、特别是早期阶段，对不同建筑形体表面获得冬季日照的潜力进行快速判断和比较分析，进而优化建筑形体设计方案，为建筑的冬季被动式太阳能利用创造最为有利的前提条件。

Description

一种建筑冬季日照体形系数计算方法
本申请是名为《一种建筑冬季日照体形系数计算方法》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2019年11月04日，申请号为201911064054.3。
技术领域
本发明属于建筑领域，具体涉及一种建筑体形系数的计算方法。
背景技术
太阳能是一种普遍存在且清洁、安全的可再生资源。通过对太阳能的充分利用，可以有效减少建筑供热能耗，从而明显减少常规能源消耗及温室气体排放，同时提高建筑室内热舒适度。
目前，建筑太阳能的利用主要有两种途径：一种是主动式利用，即通过太阳能热水器、光伏发电板等外加设备来利用太阳能；另一种是被动式利用，即通过建筑自身形体、空间、材料、构造等方面的设计，实现对太阳能的收集和利用。建筑的被动式太阳能利用具有适应面广、完全性高、经济性好等诸多优势。
实现建筑太阳能利用的前提条件是日照(直射太阳光)能到达建筑表面。为了最大限度实现建筑在冬季时对太阳能的利用，有必要通过建筑体形设计，使建筑外表面获得冬季日照的潜力尽可能最大。
然而，在既有建筑设计规范/标准(包括《城市居住区规划设计标准》GB50180、《中小学校设计规范》GB50099、《托儿所、幼儿园建筑设计规范》JGJ39等)中，仅规定了建筑应满足的日照时数标准。针对建筑的体形设计，尚未形成与太阳能利用相关的具体表征指标及计算方法。不利于引导建筑设计人员通过建筑体形设计为建筑的冬季太阳能利用创造最有利的前提条件。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提出一种建筑冬季日照体形系数计算方法，该方法首先计算冬至日正午时太阳高度角，然后做出建筑外表面在垂直于冬至日正午时太阳高度角方向的平面上的正投影，最后根据正投影面积和建筑体积计算出建筑冬季日照体形系数。通过建筑冬季日照体形系数帮助建筑设计人员及其他相关人员在建筑的方案设计阶段、特别是早期阶段，对不同建筑形体表面获得冬季日照的潜力进行快速判断和比较分析，进而优化建筑形体设计方案，为建筑的冬季被动式太阳能利用创造最为有利的前提条件。
为达到上述目的，本发明提供的一种建筑冬季日照体形系数计算方法，包括以下步骤：
步骤1：采用公式Hs＝90°-φ-23°26'计算建筑所在地冬至日太阳高度角；其中，Hs为建筑所在地冬至日正午时太阳高度角，φ为观测地地理纬度，在北半球φ取正值，在南半球φ取负值；
步骤2：垂直于建筑所在地冬至日正午时太阳高度角方向做一虚拟平面作为投影面At；
步骤3：做出建筑外表面在无外部遮挡条件下在投影面At上的正投影；
步骤4：计算步骤3得到的正投影的面积A(m2)；
步骤5：计算建筑体积V(m3)；
步骤6：根据正投影的面积及建筑体积，采用公式Fw＝A/V计算建筑冬季日照体形系数；其中，Fw为建筑冬季日照体形系数；
步骤7：根据所述建筑冬季日照体形系数，判断建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力，以优化建筑形体设计方案；建筑冬季日照体形系数越大，表明该建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力越大。
本发明的有益效果是：本发明可以计算出建筑的冬季日照体形系数，该指标数值越大，表明建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力越大。因此，通过该指标可以帮助建筑设计人员及其他相关人员在建筑的方案设计阶段、特别是早期阶段，对不同建筑形体表面获得冬季日照的潜力进行快速判断和比较分析，进而优化建筑形体设计方案，为建筑的冬季被动式太阳能利用创造最为有利的前提条件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的建筑冬季日照体形系数计算方法的示意图。
图中：1-建筑，2-冬至日正午时入射太阳光，3-冬至日正午时太阳高度角θ，4-垂直于建筑所在地冬至日正午时太阳高度角方向的虚拟投影面，5-建筑外表面在虚拟投影面上的正投影。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种建筑冬季日照体形系数计算方法，以“建筑冬季日照体形系数”作为建筑形体表面获得日照潜力的表征指标。“建筑冬季日照体形系数”的概念为：建筑单位体积在冬至日正午时、在无外部遮挡条件下获得直射日辐射的外表面投影面积。
如图1所示，本发明首先计算冬至日正午时太阳高度角，再做出建筑外表面在垂直于冬至日正午时太阳高度角方向的平面上的正投影，最后再根据正投影面积和建筑体积计算出建筑冬季日照体形系数。
具体包括以下步骤：
步骤1：采用以下公式计算建筑所在地冬至日太阳高度角：
Hs＝90°-φ-23°26'；
其中，Hs为建筑所在地冬至日正午时太阳高度角，φ为观测地地理纬度，在北半球φ取正值，在南半球φ取负值；
步骤2：垂直于建筑所在地冬至日正午时太阳高度角方向做一虚拟平面作为投影面At；
步骤3：做出建筑外表面在无外部遮挡条件下在投影面At上的正投影；
步骤4：计算步骤3得到的正投影的面积A(m2)；
步骤5：计算建筑体积V(m3)；
步骤6：采用下式计算建筑冬季日照体形系数：
Fw＝A/V；
其中，Fw为建筑冬季日照体形系数；
步骤7：根据建筑冬季日照体形系数，判断建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力，以优化建筑形体设计方案；建筑冬季日照体形系数越大，表明该建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力越大。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种建筑冬季日照体形系数计算方法，其特征在于，所述建筑冬季日照体形系数计算方法包括：
步骤1：采用公式Hs＝90°-φ-23°26'计算建筑所在地冬至日正午时太阳高度角；其中，Hs为建筑所在地冬至日正午时太阳高度角，φ为观测地地理纬度，在北半球φ取正值，在南半球φ取负值；
步骤2：垂直于建筑所在地冬至日正午时太阳高度角方向做一虚拟平面作为投影面At；
步骤3：做出建筑外表面在无外部遮挡条件下在投影面At上的正投影；
步骤4：计算步骤3得到的正投影的面积A(m2)；
步骤5：计算建筑体积V(m3)；
步骤6：根据正投影的面积及建筑体积，采用公式Fw＝A/V计算建筑冬季日照体形系数；其中，Fw为建筑冬季日照体形系数；
步骤7：根据所述建筑冬季日照体形系数，判断建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力，以优化建筑形体设计方案；建筑冬季日照体形系数越大，表明该建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力越大。
2.一种建筑冬季日照体形系数计算方法，其特征在于，所述建筑冬季日照体形系数计算方法包括：
获取观测地地理纬度及建筑体积；
根据所述观测地地理纬度，计算建筑所在地冬至日正午时太阳高度角；
垂直于所述建筑所在地冬至日正午时太阳高度角的方向做一虚拟平面，得到投影面；
确定无外部遮挡条件下建筑外表面在所述投影面上的正投影，并确定所述正投影的面积；
根据所述正投影的面积及所述建筑体积，计算冬季日照体形系数。
3.根据权利要求2所述的建筑冬季日照体形系数计算方法，其特征在于，采用以下公式计算建筑所在地冬至日正午时太阳高度角：
Hs＝90°-φ-23°26'；
其中，Hs为建筑所在地冬至日正午时太阳高度角，φ为观测地地理纬度，在北半球φ取正值，在南半球φ取负值。
4.根据权利要求2所述的建筑冬季日照体形系数计算方法，其特征在于，采用以下公式计算冬季日照体型系数：
Fw＝A/V；
其中，Fw为建筑冬季日照体形系数，A为正投影的面积，V为建筑体积。
5.根据权利要求2所述的建筑冬季日照体形系数计算方法，其特征在于，所述建筑冬季日照体形系数计算方法还包括：
根据所述建筑冬季日照体形系数，判断建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力，以优化建筑形体设计方案；建筑冬季日照体形系数越大，表明该建筑单位体积外表面积在冬季获得日照的潜力越大。
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