[发明专利]一种基于局地光气候的严寒地区建筑自然采光性能仿真方法

说明书

本发明提出了一种基于局地光气候的严寒地区建筑自然采光性能仿真方法，包括以下步骤：步骤1、建立严寒地区局地天空亮度分布数据库；步骤2、构建天空元亮度数据与人工天穹灯具组映射关系；步骤3、拟仿真建筑物理模型数控建造；步骤4、进行局地光气候的建筑自然采光性能仿真。本发明可以实现缩微模型对于标准形态及非标准形态的建筑空间以及建筑材料光学属性信息的准确还原，同时通过采用真实光气候数据从而实现自然采光性能的高精度模拟。

技术领域

本发明属于建筑自然采光性能仿真技术领域，特别是涉及一种基于局地光气候的严寒地区建筑自然采光性能仿真方法。

背景技术

在可持续发展背景下，充分利用建筑自然采光对于降低建筑能耗具有重要意义，且自然采光可有效提升建筑光环境品质。自然采光性能评价依托理论计算、软件模拟和物理模型仿真三种方法，尤以软件模拟和物理模型仿真应用最为广泛。

在计算机软件模拟方法中，目前使用最为广泛的是radiance核心算法引擎，但是在采光计算天空生成环节所使用的gensky和gendaylit两种天空生成程序模块所生成的CIE标准天空与perez天空等无法实现特定时间天空亮度分布与天空亮度分布变化情况的真实表达，即无法实现局地光气候仿真；其次radiance所使用的反向光线追踪法所反映的自然光线在空间的反射与真实光线在建筑空间中的反射仍存在差异。而物理模型仿真方法可以保证自然光线在建筑内部空间的真实反射情况，避免了软件模拟在此方面的误差，与软件模拟方法相比具有更高的模拟精度。

但是目前的物理模型仿真方法仍然存在局限，其原因在于：现有半球形人工天穹仅能做到模拟CIE标准天空，但无法模拟特定时间真实天空亮度分布及天空亮度变化情况，因此无法通过采用真实光气候数据实现局地气候自然采光的高精度模拟；基于现有的缩微模型制作技术，物理仿真模型的形态仍以标准形态为主，对于非标准形态模型仿真存在技术难度，同时物理仿真模型在反射率、透射率等光学性能的表达上也存在误差从而影响采光模拟精度。

发明内容

本发明为了解决现有的建筑自然采光性能物理仿真模拟方法在缩微模型对于建筑空间形态和材料光学属性的还原精准度以及人工天穹光气候数据与局地真实光气候数据存在的差异性等两方面存在局限性的技术问题，提出一种基于局地光气候的严寒地区建筑自然采光性能仿真方法，可以实现缩微模型对于标准形态及非标准形态的建筑空间以及建筑材料光学属性信息的准确还原，同时通过采用真实光气候数据从而实现自然采光性能的高精度模拟。

本发明的目的通过以下技术方案实现：一种基于局地光气候的严寒地区建筑自然采光性能仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、建立严寒地区局地天空亮度分布数据库；

步骤2、构建天空元亮度数据与人工天穹灯具组映射关系；

步骤3、拟仿真建筑物理模型数控建造；

步骤4、进行局地光气候的建筑自然采光性能仿真。

进一步地，所述步骤1具体为：根据自然采光性能仿真目的、地理信息和环境信息确定天空亮度分布数据采集时间域和采集时间步长；将局地天空网格化，划分为145个天空元，利用全天空亮度扫描仪对严寒地区局地天空亮度分布数据进行采集，每4.5分钟完成一次对全天空的扫描；利用参数化建模工具，基于全天空亮度扫描仪实测数据，建立严寒地区局地天空亮度分布数据库。

进一步地，所述步骤2具体为：基于严寒地区局地天空亮度分布数据库，利用参数化编程技术对人工天穹灯具组控制软件进行二次开发，建立人工天穹灯具组控制软件与天空亮度分布数据库之间的数据交互接口程序，实现人工天穹灯具组控制软件与天空亮度分布数据库的协同，从而建立各天空元亮度数据与其相应的人工天穹灯具组映射关系。