廣州地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)氣象參數(shù)的簡(jiǎn)化擬合

廣州地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)氣象參數(shù)的簡(jiǎn)化擬合

《一般空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)》中列出的當(dāng)?shù)厥彝獾臍夂蛟O(shè)計(jì)參數(shù)通常不超過(guò)幾個(gè)小時(shí)。對(duì)于空調(diào)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō),其精度是完全滿足需要的,但如果要計(jì)算空調(diào)系統(tǒng)的能耗,則必須有逐時(shí)的室外氣象參數(shù),這就要用到典型年氣象資料。筆者在研究廣州地區(qū)綜合性建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗過(guò)程中,采用了一種比較簡(jiǎn)便的處理方法,可以方便地得到全年8760h的逐時(shí)室外干球溫度及逐時(shí)室外太陽(yáng)輻射照度,進(jìn)而為空調(diào)能耗模擬提供了必需的氣象數(shù)據(jù),得到的結(jié)果比較令人滿意。具體處理方法如下。1室外干球溫度計(jì)算由于氣象臺(tái)(站)的溫度記錄往往不是逐小時(shí)的,例如廣州地區(qū)氣象站室外干球溫度是每天02:00,08:00,14:00,20:00各記錄一次,因此,要得到全年的逐時(shí)數(shù)據(jù),必須采取有效的方法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。筆者采用二階傅里葉級(jí)數(shù)擬合,擬合方程的形式如下:t(τ)=A0+A1cos(ω1τ+φ1)+A2cos(ω2τ+φ2)(1)t(τ)=A0+A1cos(ω1τ+φ1)+A2cos(ω2τ+φ2)(1)式中t——室外逐時(shí)干球溫度;A0,A1,A2——各階振幅;ω1,ω2——各階周期;φ1,φ2——各階初始相位;τ——時(shí)間。式中ω1=2π24?ω2=2π12?A0?A1?A2?φ1?φ2ω1=2π24?ω2=2π12?A0?A1?A2?φ1?φ2為待定量。除了由4個(gè)已知時(shí)刻建立4個(gè)方程外,可再加一個(gè)極值條件。因?yàn)槊刻熳罡邷囟却笾鲁霈F(xiàn)于15:00,所以有dtdττ=15=-ω1A1sin(ω1τ-φ1)-ω2A2sin(ω2τ-φ2)=0(2)dtdττ=15=?ω1A1sin(ω1τ?φ1)?ω2A2sin(ω2τ?φ2)=0(2)這樣可以得到下列非線性方程組上式中令A(yù)1cosφ1=x1,A1sinφ1=x2,A2cosφ2=x3,A1sinφ2=x4,則可線性化為利用高斯消元法(程序略)求解上述方程組,可確定A0,A1,A2,φ1,φ2的值。利用廣州地區(qū)氣象局的典型年資料,筆者擬合了廣州地區(qū)全年8760h的室外干球溫度。以7月13日的典型年數(shù)據(jù)為例,利用上述擬合方法可得到:A0=31.68;A1=3.98;A2=0.45;φ1=-2.1487;φ2=0.4567。該日室外干球溫度擬合公式為:t(τ)=31.68+3.98cos(2π24τ+2.1487)+0.45cos(2π12τ-0.4567)(5)t(τ)=31.68+3.98cos(2π24τ+2.1487)+0.45cos(2π12τ?0.4567)(5)2平均輻射輻照波長(zhǎng)由于室外太陽(yáng)輻射照度的測(cè)量比較困難,一般氣象站并無(wú)每天逐時(shí)的記錄數(shù)據(jù),往往只有日平均輻射照度。這對(duì)于能耗計(jì)算來(lái)說(shuō)顯然是不夠的,因此,在能耗模擬中,筆者參照ASHRAE手冊(cè)的計(jì)算方法,利用經(jīng)緯度及太陽(yáng)赤緯等條件來(lái)計(jì)算逐時(shí)輻射量,并利用典型年氣象資料中的逐日的氣象條件對(duì)其進(jìn)行修正,得到8760h的9個(gè)朝向的太陽(yáng)輻射照度。2.1計(jì)算日的太陽(yáng)赤緯太陽(yáng)赤緯d=0.302-22.93cosx-0.229cos(2x)-0.243cos(3x)+3.851sinx+0.002sin(2x)-0.055sin(3x)(6)d=0.302?22.93cosx?0.229cos(2x)?0.243cos(3x)+3.851sinx+0.002sin(2x)?0.055sin(3x)(6)式中d為計(jì)算日的太陽(yáng)赤緯;x為計(jì)算日的年序角。時(shí)差e=0.0002+0.4197cosx-3.2265cos(2x)-0.0903cos(3x)-7.351sinx-9.3912sin(2x)-0.3361sin(3x)(7)e=0.0002+0.4197cosx?3.2265cos(2x)?0.0903cos(3x)?7.351sinx?9.3912sin(2x)?0.3361sin(3x)(7)當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)角h=[(t+e-12)+L-12015]×15(8)h=[(t+e?12)+L?12015]×15(8)式中h為計(jì)算日的當(dāng)?shù)靥?yáng)角,°;L為計(jì)算地點(diǎn)的經(jīng)度,°;t為計(jì)算時(shí)間,h。太陽(yáng)射線的方向余弦西向cos(αwe)=cos(d)sin(h)(9)cos(αwe)=cos(d)sin(h)(9)垂直方向cos(αz)=sin(φ)sin(d)+cos(φ)cos(d)cos(h)(10)cos(αz)=sin(φ)sin(d)+cos(φ)cos(d)cos(h)(10)南向cos(αs)=±√1-cos2(αwe)-cos2(αz)(11)式中αwe,αz,αs分別為計(jì)算時(shí)刻太陽(yáng)射線與西向、垂直向、南向的夾角,°。2.2表面織構(gòu)與輻照角為了計(jì)算表面受到的逐時(shí)太陽(yáng)直射、散射輻射照度,首先確定計(jì)算外法線方向余弦。計(jì)算表面外法線的3個(gè)方向余弦為:西向cosβ=sinα1sinα2垂直方向cosγ=cosα2南向cosα=cosα1sinα2式中β,γ,α分別為計(jì)算表面外法線與西向、垂直向、南向的夾角,°;α1為計(jì)算表面的方位角,°,南向?yàn)?°,西向?yàn)?0°;α2為計(jì)算表面的傾斜角,即計(jì)算表面外法向與垂直向的夾角,°。計(jì)算時(shí)刻太陽(yáng)射線與計(jì)算外法線的夾角(°)的余弦cos(α1)=cos(α)cos(αs)+cos(β)?cos(αwe)+cos(γ)cos(α2)計(jì)算時(shí)刻計(jì)算表面受到的太陽(yáng)直射、散射輻射照度為Jz=Jz?ccos(α1)Js=Js,zrdφd+[Js,j-Jz,ccos(αz)]φt式中Jz為計(jì)算時(shí)刻計(jì)算表面受到的太陽(yáng)直射輻射照度,W/m2;Js為計(jì)算時(shí)刻計(jì)算表面受到的太陽(yáng)散射輻射照度,W/m2;Jz,c為計(jì)算時(shí)刻計(jì)算地點(diǎn)垂直于太陽(yáng)射線方向的直射輻射照度,W/m2;Js,z為計(jì)算時(shí)刻計(jì)算地點(diǎn)水平面上受到的太陽(yáng)總輻射照度,W/m2;Js,j為計(jì)算時(shí)刻天空散射輻射照度,W/m2;rd為地面反射率;φd為計(jì)算表面對(duì)地面的輻射角系數(shù);φt為計(jì)算表面對(duì)天空的輻射角系數(shù)。利用上述方法,筆者計(jì)算了廣州地區(qū)全年8760h的室外9個(gè)朝向的逐時(shí)室外太陽(yáng)輻射照度,摘錄其中7月13日的數(shù)據(jù)如表1所示。3輻射光度計(jì)算方法的驗(yàn)證筆者利用二階傅里葉級(jí)數(shù)擬合了廣州地區(qū)的室外計(jì)算溫度,得出了廣州地區(qū)能耗用標(biāo)準(zhǔn)年8760h的逐時(shí)計(jì)算溫度。對(duì)于室外逐時(shí)太陽(yáng)輻射照度,筆者參照ASHRAE手冊(cè)的方法,介紹了室外逐時(shí)輻射照度的理論計(jì)算方法