一種基于統(tǒng)計(jì)的逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)計(jì)算方法(1).

1、一種基于統(tǒng)計(jì)的逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)計(jì)算方法(1)逐時(shí)氣象參數(shù)是建筑物全年能耗計(jì)算機(jī)模擬的必輸入?yún)?shù)之一，其中的太陽(yáng)輻 射數(shù)據(jù)通常難以得到。本文提出了一種基于統(tǒng)計(jì)的逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)計(jì)算方 法，在計(jì)算出大氣層外水平面逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用典型氣象年逐 時(shí)氣象參數(shù)中的太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，擬合出水平面逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量與大氣層外水 平面逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量之間的關(guān)系，以及法線方向太陽(yáng)直射輻射量與水平面太 陽(yáng)總輻射量之間的關(guān)系，再結(jié)合實(shí)際氣象年的相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，從而可以計(jì)算得 到實(shí)際氣象年的逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞： 氣象參數(shù) 太陽(yáng)輻射 統(tǒng)計(jì)0 0 前言當(dāng)前，采用計(jì)算機(jī)模擬的方法對(duì)建筑物的全年能耗進(jìn)行分析越來(lái)越普

2、遍，這種 方法既可以在設(shè)計(jì)階段，對(duì)新建建筑的能耗進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而指導(dǎo)建筑物能源系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使之符合國(guó)家相關(guān)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，也可以用于已建建筑，對(duì)建 筑物的能耗進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)，并為對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造的可能性及其效果進(jìn)行預(yù) 估。目前，常用于建筑物全年能耗模擬的計(jì)算機(jī)軟件有D0E-2(D0E-2(包括VisualDOEVisualDOE)、 EnergyPlusEnergyPlus、eQUESeQUES 和 DeSTDeST 等。由于空調(diào)系統(tǒng)在整個(gè)建筑物的全年能耗中占有相當(dāng)大的比例，因此，在對(duì)建筑 物的全年能耗進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬的時(shí)候，不可避免地計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗，而空調(diào)系統(tǒng)的能耗，與當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件

3、，特別是溫度、濕度和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度緊 密相關(guān)。通常，在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行建筑物能耗預(yù)測(cè)時(shí)，一般采用典型氣象年數(shù) 據(jù)；而在對(duì)已建建筑進(jìn)行全年能耗分析的時(shí)候，由于已經(jīng)可以取得建筑物運(yùn)行 的實(shí)際能耗數(shù)據(jù)，通常需根據(jù)實(shí)際能耗數(shù)據(jù)和實(shí)際氣象年逐時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)模 型進(jìn)行校準(zhǔn) (calibration)(calibration) ，以保證模型具有足夠的精度，然后再采用標(biāo)準(zhǔn)氣象 年數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較。這種建模一模型校準(zhǔn)一計(jì) 算及結(jié)果評(píng)價(jià)的方法也是 IPMVPIPMVP 20022002(International(International PerformancePerformance and

4、and MeasurementMeasurement VerificationVerification Protocol)Protocol) 中所推薦的方法。1 1 基本計(jì)算方法根據(jù) DOE-2DOE-2 程序的求，計(jì)算空調(diào)負(fù)荷用的逐時(shí)氣象參數(shù)有濕球溫度、干球溫 度、大氣壓力、云量、雪、雨、風(fēng)向、空氣絕對(duì)含濕量、空氣密度、空氣焓 值、水平面太陽(yáng)總輻射量、法線方向太陽(yáng)直射輻射量、云的類(lèi)型與風(fēng)速等 1414 項(xiàng)。除了與太陽(yáng)輻射有關(guān)的兩項(xiàng)參數(shù)外，都可以由當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站公布的逐時(shí)氣 象參數(shù)直接取得，或者通過(guò)一定的計(jì)算和量化取得。與此不同的是，有關(guān)太陽(yáng)輻射的兩項(xiàng)參數(shù)的取得則比較困難。由于我國(guó)的氣象 臺(tái)站均

5、不公布逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)，因此有些學(xué)者采用半正弦模型進(jìn)行插值，有 些采用混合回歸的方法，在一些求不高的場(chǎng)合，則干脆直接采用典型氣象年的 數(shù)據(jù)。筆者認(rèn)為，由于大氣層外水平面逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量只與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)度和緯度有 關(guān)，而這可以通過(guò)天文學(xué)的有關(guān)公式精確計(jì)算得到，所以我們需求取的，只是 水平面逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量與大氣層外水平面逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量之間的關(guān)系及其 影響因子，以及法線方向太陽(yáng)直射輻射量與水平面太陽(yáng)總輻射量之間的關(guān)系及 其影響因子。只能夠得到這些關(guān)系，我們就可以從大氣層外水平面逐時(shí)太陽(yáng)總 輻射量，得到水平面逐時(shí)太陽(yáng)輻射總量；然后再?gòu)乃矫嬷饡r(shí)太陽(yáng)輻射總量，得到法線方向逐時(shí)太陽(yáng)直射輻射量。而這些關(guān)系和

6、及其影響因子，筆者認(rèn)為，都可以從當(dāng)?shù)氐牡湫蜌庀竽曛饡r(shí)數(shù)據(jù)中采用統(tǒng)計(jì)的方法取得。為了敘述方便， 以下均以求取上海地區(qū) 20042004 年逐時(shí)太陽(yáng)輻射數(shù)據(jù)為例。2 2 數(shù)據(jù)分析、計(jì)算、擬合及應(yīng)用 首先考慮水平面逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量與大氣層外水平面逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量（以下 簡(jiǎn)稱(chēng)為總輻射 / / 天文輻射）之間的關(guān)系。筆者首先假定，影響總輻射 / / 天文輻射之間的關(guān)系的因子有三項(xiàng)：云量、太陽(yáng)入 射角和空氣絕對(duì)含濕量。其中，云的多少直接對(duì)太陽(yáng)輻射起了遮擋作用，因此 云量多少對(duì)水平面太陽(yáng)總輻射量的影響是不言而喻的；太陽(yáng)入射角的大小將影 響水平面太陽(yáng)總輻射量，入射角越小，則太陽(yáng)總輻射量越低；空氣中的水蒸氣 將

7、對(duì)太陽(yáng)輻射起散射和吸收作用，水蒸氣濃度越高（即絕對(duì)含濕量越高），則 水平面太陽(yáng)總輻射量就越低。當(dāng)然，在考慮總輻射 / / 天文輻射之間的關(guān)系時(shí)，還 應(yīng)當(dāng)考慮大氣污染對(duì)水平面太陽(yáng)總輻射量的影響，可是由于筆者無(wú)法取得有關(guān) 大氣污染情況的數(shù)據(jù)，所以只能將這一因子忽略了。基于這樣的考慮，筆者利用“中國(guó)建筑用標(biāo)準(zhǔn)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)”中上海典型氣象年 的逐時(shí)氣象參數(shù)，以云量、太陽(yáng)入射角和空氣絕對(duì)含濕量作為影響因子，采用 spsaispsai 序分析它們對(duì)總輻射/ /天文輻射之間關(guān)系的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)入射 角和空氣絕對(duì)含濕量對(duì)總輻射 / /天文輻射的影響幾乎為零，總輻射 / /天文輻射之 間的關(guān)系僅與云量相關(guān)。

8、對(duì)于這個(gè)結(jié)果，筆者是這樣認(rèn)為的：云量作為主影響因子是符合預(yù)期的；太陽(yáng) 入射角的影響幾乎為零，只是說(shuō)明這一因子的影響已經(jīng)包含在大氣層外水平面 逐時(shí)太陽(yáng)總輻射量的變動(dòng)中了；而空氣絕對(duì)含濕量的影響幾乎為零，可能有兩 個(gè)原因，一是在上海地區(qū)，空氣中水蒸氣對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收和散射并不是很?chē)?yán) 重，二是空氣絕對(duì)含濕量與云量之間多少有些關(guān)系，這個(gè)因子的部分影響已經(jīng) 包含在云量這個(gè)因子中了。這樣，在忽略大氣污染對(duì)太陽(yáng)輻射影響的前提下，求取總輻射 / / 天文輻射之間的 關(guān)系，就簡(jiǎn)化為求取在各個(gè)云量水平下，與不同云量相對(duì)應(yīng)的總輻射 / / 天文輻射 比例系數(shù)。由于 20042004 年上海地區(qū)太陽(yáng)位于地平線以上的時(shí)

9、間為 43854385 小時(shí)，對(duì)應(yīng)與每個(gè)云 量的總輻射 / / 天文輻射數(shù)據(jù)基本上都有上百個(gè)之多，個(gè)別的甚至超過(guò)了一千個(gè)， 數(shù)據(jù)分布范圍也很廣(見(jiàn)圖 1 1，其中紅色部分為 50%50%置信區(qū)間)。這些數(shù)據(jù)的分布范圍比較廣的原因，筆者認(rèn)為，在氣象學(xué)中，云量是指云遮蔽 天空視野的成數(shù) (010)(010) ，它并不反映太陽(yáng)與云的相對(duì)位置。因此，由于太陽(yáng)既 可能被云遮擋， 也可能不被云遮擋， 所以同一云量所對(duì)應(yīng)的水平面太陽(yáng)輻射總 量會(huì)有很大的差異，在云量較少的情況下尤為明顯。同時(shí)，如果筆者這個(gè)想法是正確的，那么，由于太陽(yáng)與云的相對(duì)位置的隨機(jī) 性，在各個(gè)云量水平下，總輻射 / / 天文輻射數(shù)據(jù)的分布

10、應(yīng)當(dāng)服從正態(tài)分布。因 此，在求取比例系數(shù)前，必須首先檢查在各個(gè)云量水平下，總輻射 / / 天文輻射的 比例系數(shù)是否符合正態(tài)分布。圖 1 1 不同云量下總輻射 / /天文輻射數(shù)據(jù)的分布同樣采用 SPSSSPSS 程序，筆者對(duì)每個(gè)云量水平所對(duì)應(yīng)的總輻射/ /天文輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行 了正態(tài)分布檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所有的總輻射 / /天文輻射數(shù)據(jù)分布均很好地滿足正 態(tài)分布，這為下一步求取比例系數(shù)提供了基礎(chǔ)。圖 2 2 為檢驗(yàn)結(jié)果之一。摘 逐時(shí)氣象參數(shù)是建筑物全年能耗計(jì)算機(jī)模擬的必輸入?yún)?shù)之一，其中的太陽(yáng) 輻射數(shù)據(jù)通常難以得到。本文提本篇論文是由 3C0M3C0M 文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站 的，論文版權(quán)屬原作者，請(qǐng)不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否 者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合