一種基于統(tǒng)計的逐時太陽輻射數(shù)據(jù)計算方法(1).

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

2、遍，這種 方法既可以在設計階段，對新建建筑的能耗進行預測，從而指導建筑物能源系 統(tǒng)的設計，使之符合國家相關(guān)的節(jié)能標準。同時，也可以用于已建建筑，對建 筑物的能耗進行評價和預測，并為對其進行節(jié)能改造的可能性及其效果進行預 估。目前，常用于建筑物全年能耗模擬的計算機軟件有D0E-2(D0E-2(包括VisualDOEVisualDOE)、 EnergyPlusEnergyPlus、eQUESeQUES 和 DeSTDeST 等。由于空調(diào)系統(tǒng)在整個建筑物的全年能耗中占有相當大的比例，因此，在對建筑 物的全年能耗進行計算機模擬的時候，不可避免地計算空調(diào)系統(tǒng)的全年能耗，而空調(diào)系統(tǒng)的能耗，與當?shù)氐臍庀髼l件

3、，特別是溫度、濕度和太陽輻射強度緊 密相關(guān)。通常，在設計階段進行建筑物能耗預測時，一般采用典型氣象年數(shù) 據(jù)；而在對已建建筑進行全年能耗分析的時候，由于已經(jīng)可以取得建筑物運行 的實際能耗數(shù)據(jù)，通常需根據(jù)實際能耗數(shù)據(jù)和實際氣象年逐時數(shù)據(jù)對計算機模 型進行校準 (calibration)(calibration) ，以保證模型具有足夠的精度，然后再采用標準氣象 年數(shù)據(jù)進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果進行評價和比較。這種建模一模型校準一計 算及結(jié)果評價的方法也是 IPMVPIPMVP 20022002(International(International PerformancePerformance and

4、and MeasurementMeasurement VerificationVerification Protocol)Protocol) 中所推薦的方法。1 1 基本計算方法根據(jù) DOE-2DOE-2 程序的求，計算空調(diào)負荷用的逐時氣象參數(shù)有濕球溫度、干球溫 度、大氣壓力、云量、雪、雨、風向、空氣絕對含濕量、空氣密度、空氣焓 值、水平面太陽總輻射量、法線方向太陽直射輻射量、云的類型與風速等 1414 項。除了與太陽輻射有關(guān)的兩項參數(shù)外，都可以由當?shù)貧庀笈_站公布的逐時氣 象參數(shù)直接取得，或者通過一定的計算和量化取得。與此不同的是，有關(guān)太陽輻射的兩項參數(shù)的取得則比較困難。由于我國的氣象 臺站均

5、不公布逐時太陽輻射數(shù)據(jù)，因此有些學者采用半正弦模型進行插值，有 些采用混合回歸的方法，在一些求不高的場合，則干脆直接采用典型氣象年的 數(shù)據(jù)。筆者認為，由于大氣層外水平面逐時太陽總輻射量只與當?shù)氐慕?jīng)度和緯度有 關(guān)，而這可以通過天文學的有關(guān)公式精確計算得到，所以我們需求取的，只是 水平面逐時太陽總輻射量與大氣層外水平面逐時太陽總輻射量之間的關(guān)系及其 影響因子，以及法線方向太陽直射輻射量與水平面太陽總輻射量之間的關(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太陽總 輻射量，得到水平面逐時太陽輻射總量；然后再從水平面逐時太陽輻射總量，得到法線方向逐時太陽直射輻射量。而這些關(guān)系和

6、及其影響因子，筆者認為，都可以從當?shù)氐牡湫蜌庀竽曛饡r數(shù)據(jù)中采用統(tǒng)計的方法取得。為了敘述方便， 以下均以求取上海地區(qū) 20042004 年逐時太陽輻射數(shù)據(jù)為例。2 2 數(shù)據(jù)分析、計算、擬合及應用 首先考慮水平面逐時太陽總輻射量與大氣層外水平面逐時太陽總輻射量（以下 簡稱為總輻射 / / 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：云量、太陽入 射角和空氣絕對含濕量。其中，云的多少直接對太陽輻射起了遮擋作用，因此 云量多少對水平面太陽總輻射量的影響是不言而喻的；太陽入射角的大小將影 響水平面太陽總輻射量，入射角越小，則太陽總輻射量越低；空氣中的水蒸氣 將

7、對太陽輻射起散射和吸收作用，水蒸氣濃度越高（即絕對含濕量越高），則 水平面太陽總輻射量就越低。當然，在考慮總輻射 / / 天文輻射之間的關(guān)系時，還 應當考慮大氣污染對水平面太陽總輻射量的影響，可是由于筆者無法取得有關(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“中國建筑用標準氣象數(shù)據(jù)庫”中上海典型氣象年 的逐時氣象參數(shù)，以云量、太陽入射角和空氣絕對含濕量作為影響因子，采用 spsaispsai 序分析它們對總輻射/ /天文輻射之間關(guān)系的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，太陽入射 角和空氣絕對含濕量對總輻射 / /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、對于這個結(jié)果，筆者是這樣認為的：云量作為主影響因子是符合預期的；太陽 入射角的影響幾乎為零，只是說明這一因子的影響已經(jīng)包含在大氣層外水平面 逐時太陽總輻射量的變動中了；而空氣絕對含濕量的影響幾乎為零，可能有兩 個原因，一是在上海地區(qū)，空氣中水蒸氣對太陽輻射的吸收和散射并不是很嚴 重，二是空氣絕對含濕量與云量之間多少有些關(guān)系，這個因子的部分影響已經(jīng) 包含在云量這個因子中了。這樣，在忽略大氣污染對太陽輻射影響的前提下，求取總輻射 / / 天文輻射之間的 關(guān)系，就簡化為求取在各個云量水平下，與不同云量相對應的總輻射 / / 天文輻射 比例系數(shù)。由于 20042004 年上海地區(qū)太陽位于地平線以上的時

9、間為 43854385 小時，對應與每個云 量的總輻射 / / 天文輻射數(shù)據(jù)基本上都有上百個之多，個別的甚至超過了一千個， 數(shù)據(jù)分布范圍也很廣(見圖 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，筆者認為，在氣象學中，云量是指云遮蔽 天空視野的成數(shù) (010)(010) ，它并不反映太陽與云的相對位置。因此，由于太陽既 可能被云遮擋， 也可能不被云遮擋， 所以同一云量所對應的水平面太陽輻射總 量會有很大的差異，在云量較少的情況下尤為明顯。同時，如果筆者這個想法是正確的，那么，由于太陽與云的相對位置的隨機 性，在各個云量水平下，總輻射 / / 天文輻射數(shù)據(jù)的分布

10、應當服從正態(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，筆者對每個云量水平所對應的總輻射/ /天文輻射數(shù)據(jù)進行 了正態(tài)分布檢驗，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。圖 2 2 為檢驗結(jié)果之一。摘 逐時氣象參數(shù)是建筑物全年能耗計算機模擬的必輸入?yún)?shù)之一，其中的太陽 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)絡上收集整理餅投稿至本站 的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學習之用，否 者后果自負，如果此文侵犯您的合