建筑热环境设计用太阳辐射模型及其地域适应性研究

China is rich in solar resource, the rational use of solar energy is significant for building energy efficiency, environmental protection and improving the comfort of indoor environment, so a set of complete and accurate solar radiation data is the basis for designing an energy efficiency building. At present, the number of radiation stations isn’t enough and not adapt to the urban development level, radiation data cannot meet the needs of the building thermal environment design, thus the prediction model have become internationally a general method to solve the problem. Aim at daily and hourly solar radiation data that required for building energy consumption simulation, this topic solves the problem about the regional adaptability of daily solar radiation prediction model in china, further introduces comprehensive meteorological factor to correct the global radiation model; this project also researches the direct and diffuse solar radiation prediction models including their influence on data predictive accuracy caused by their order of use. Finally, a set of hourly solar radiation prediction model which is suitable for different areas in China can be established, next by means of MATLAB program, more than 900 stations in China , the solar radiation data nearly 30 years can be calculated, this result can provide basic data support to the research of building thermal environment design.

我国太阳能资源丰富, 合理使用太阳能对于建筑节能、环境保护和提高室内环境的舒适性有重要意义，完整、准确的太阳辐射数据是设计节能建筑的基础。目前我国辐射台站少且与城市发展水平不相适应，辐射数据远远不能满足建筑热环境设计需要，于是模型预测成为解决这一问题国际上通用的方法。本课题针对建筑热环境设计所需要的日值与逐时太阳辐射数据，研究太阳辐射日值预测模型在我国的地域适应性问题，并引入气象综合因子修正日总辐射模型；研究逐时模型与直散分离模型的应用顺序对于逐时数据预测精度的影响。确立一套适用于我国不同地区的逐时太阳辐射预测模型，通过MATLAB程序实现，计算出我国900多个台站近30年太阳辐射数据，为建筑热环境设计提供基础数据支持。

太阳辐射作为影响建筑室内热环境、人体热舒适和建筑能耗的关键气象要素，其数据是制定建筑热环境精细化、精准化设计策略的重要依据。目前地面气象辐射台站的观测数据在覆盖地域、时间尺度上皆难以满足建筑热环境设计的需求，建立科学合理的太阳辐射估算模型是完善辐射数据的重要途径。.太阳辐射数据地域特征明显，现有的辐射统计模型的地域适应性尚不明确；辐射数据观测地域有限，未观测地域辐射数据的确定尚待研究；逐时辐射量具有较强的随机性，提高其模型估算精度仍需研究。.针对上述问题，文章以统计模型的适应性为切入点，基于我国气象观测数据状况，研究日总辐射模型地域适应性，日总辐射数据空间扩展方法，日散射辐射模型地域适应性以及逐时总辐射模型适应性。揭示日总辐射模型适应性随地域平均晴空指数的变化规律，提出了地域适应模型形式，为不同地域估算日总辐射量提供模型选择依据。提出了以日照时数与日平均温度作为分区指标的太阳辐射区域化方法，完成902个台站2000年~2013年的逐日总辐射数据计算，借助GIS工具完成插值并直观展示数据在我国的空间分布，实现日总辐射数据的空间化扩展。提出两类散射辐射模型中最佳适用模型形式，为不同地域、不同观测数据条件下估算日散射辐射量提供模型选择依据。揭示了分解模型在三种天气类型下的适应性规律，并提出不同天气类型计算逐时总辐射的推荐模型形式。研究初步解决了“太阳辐射数据空间尺度扩展、时间尺度精细”的问题，在辐射观测数据与建筑热环境设计需求数据之间搭建了桥梁，为建筑热环境设计提供了强有力的数据支撑。