日照分析计算精度(时间间隔)的粗探

作者:小傅 , 分类:日照分析软件FastSUN , 浏览:1224 , 评论:0

       今天来转载于由杭州市城市规划信息中心,陈晓勇,黄春芳撰写的《对建筑日照计算中采样时间间隔参数问题的探讨》这篇文章,主要讲解了专业日照软件的计算方法以及太阳的视角大小,通过分析不同采样时间间隔与太阳运行的角度是否在视角范围内,判断采样时间间隔的合理性,并综合其他因素,对建筑日照计算提出切实可行的采样时间间隔参数。

       1、采样时间间隔设定为1min的结果

       在建筑日照计算中,理论上是将太阳视作一个点来进行计算的,但实际上由于太阳存在约32’的视角而是一个面,在太阳视角范围内实际上都有阳光。这就是北京市规划委员会认为建筑高度≤30m时屋顶附属物宽度≤30cm可不建模的所谓“半影效果”的原因,同时也是日照计算中设定城市南北距离允许误差范围的依据之一。因此,日照计算时间间隔d的设置应使太阳在该时间的运行角度大于32’才有实际意义,(见图3)。

       为了探究不同纬度城市在大寒日8:00~16:00之间的视太阳运动规律,应用专业日照软件采用单点计算方法,分别计算纬度为20°、30°、40°、50°城市的光线分布图,可以发现视太阳运动的轨迹是半椭圆形的,纬度为20°时是长半轴为南北向,纬度为30°时接近圆形,纬度为40°、50°时的长半轴为东西向。为使结果精确,视太阳运动采用1min的时间间隔计算显示,则在视面上光线投影变化的每分钟角速度w在起止点8:00和16:00最小,正午时最大,并随着纬度的增高,角速度增加的速度越快,见表1。

        由于太阳存在32’的视角,如果在时间间隔d内太阳运行的角度小于32’,即仍在太阳视角范围内,则观测光线的遮挡情况其实际效果是基本相同的。如果这时恰好在中点遮挡,在理论上计算是遮挡的,实际上是仍有半个太阳的阳光。因此,看似精度很高,但没有实际意义。从表1可以看出,除了纬度50°城市太阳在正午运行的每分钟角速度大于32’外,其余纬度城市的角速度均小于32’。故在日照计算中心采用1min的时间间隔是没有必要的。

      2、采样时间间隔设定为2 min的结果

       为了探究2min的时间间隔是否合理,量算了太阳光线投影在立面上每分钟的角速度w,表2列出了不同纬度的1min时间问隔太阳运行角度小于16’的时间段。

       上表是1min夹角小于16’的时间段,即太阳在这些时间段内运行2min的夹角均小于32’,也就是说如在这些时间段间隔2min观察阳光的遮挡情况,实际上仍在太阳的视角范围内。在日照计算中,在不同纬度城市太阳运行2min角度仍小于32’,所占大寒日的有效时段8个小时中的比例为22%一43%。因此,采用2min的时间间隔也不是很有必要。

       3、采样时间间隔设定为3min的结果

        如果采用3min的时间间隔,那么从表1可以看出,除了纬度50°城市的起止点上太阳运动的夹角仍小于32’外,其他纬度城市均大于32’,且纬度50°城市到8:30以后太阳运行3min的夹角就大于32’。因此,在日照计算中,如果要合理地设定时间间隔,应该在3min左右。

       4、采样时间间隔与其他因素的关系

       4.1 采样时间间隔越小,则其他影响因素的精度要求也越高

       (1)采样的时间间隔实际是日照计算主观上想要达到的精度要求,采样时间间隔越小,可达到的精度越高。但影响日照计算结果的因素较多,相应的其他因豢也应提高到对应的精度要求,如采样间距、建筑模型、地理位置等,在理论上是可行的,但在实际操作中客观上存在一定的难度。如果采用1min的时间间隔,则在纬度30′城市,两幢建筑的间距在30m的情况下,15cm宽的屋顶附属物度就有可能影响日照计算结果,这不但与北京市规划委员会研究的30cm宽度可忽略的成果相矛盾,而且会大大提高日照计算中建模的精度要求与完整性,从而使复杂建筑结构的建模工作变得更加困难。

        (2)《城市测量规范》要求1:500地形图图上地物点点位误差是图上的0.5mm,即实地为0.25m。也就是说,在我们使用的常规地形图中,建筑物的绝对位置与相对距离也存在一定的误差,也很难满足1min的精度要求。如果要达到1min的要求,则使用的地形图精度也要相应提高。

        (3)其他因素,如地理位置误差、扫描图纠正误差等也应控制在相应的精度要求内,如果要达到1min的精度要求,在实际操作中也有一定难度。因此,日照计算与实际观测客观上会存在一定的误差,应确定一个合理的允许误差的范围。

       4.2 采样时间间隔越小,则建筑日照计算的效率越低

       在日照计算时,采样时间间隔越小,计算频率越高,计算所需的时间就会越长。同时,现代建筑设计风格与形式的多样性,也会使得计算模型越来越纷繁复杂,对模型的完整性与准确性的要求越来越高。而计算所需的时间与建筑模型的复杂程度有关,建筑物模型的体块越多,则计算时间越长。对于复杂的有上千个体块的建筑模型,如果采样时间间隔较短,则会大大延长其计算时间,降低工作效率。因此,选择合理恰当的采样时间间隔很有必要。

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