当前课程知识点：建筑室内热环境模拟及应用 > 第七章 VRF系统与建筑采光模拟及批处理操作 > 07-02 DeST中的遮阳计算与日影分析 > 07-02 DeST中的遮阳计算与日影分析
同学们好
上一小节我们介绍了建筑光环境
窗与遮阳以及它们对建筑能耗的影响
强调了充分利用天然采光
采用模拟分析方法
是实现采光节能设计的有效手段
在这一节里我们将具体介绍
DeST软件中的遮阳计算与日影分析
我们先看一下遮阳与日影
对于遮阳与日影
我从建筑能耗模拟的角度
主要关心以下几点
第一个就是遮挡的种类
那么它就有三种
第一个就是建筑之间的互相遮挡
就是一个建筑对另一个建筑的遮挡
第二个就是建筑本身的自遮挡
比如说阳台自遮挡
第三个就是建筑遮阳构件遮挡
那遮阳构件主要指遮阳板窗帘等
那第二个关心点就是遮挡效果
表现为地面上或墙面上的
不同日影位置和形状
那么其中日影大小
直接影响了太阳对建筑的辐射量
也就是说遮阳的面积越大
建筑的得热就越小
反之遮阳本身的越小
那么得热就越大
因此遮阳计算与日影分析
是建筑能耗模拟必不可少的技术手段
二我们给出遮阳构件的
一个模拟分析实例
对于一个住宅我们分析一下
它在北京上海两地的遮阳节能模拟效果
那么在这个平面图上
我们在建筑的南窗上
增加一米深的水平遮阳板
那么通过模拟计算分析看看
北京上海两地的遮阳
对建筑能耗的影响与差别
通常我们知道在夏季
太阳能高度角较高
水平遮阳板会挡住较多的窗辐射
这样就会降低空调的能耗
而在冬天太阳的高度角比较低
遮挡就会使得辐射减少
进入室内减少
相对的这个没有遮阳
采暖能耗就有增加
那么在南北方住宅采暖
与空调的总能耗
在有无遮阳板的情况下是怎样呢
有遮阳板都好吗
所以我们通过这个例子来看一下
有无遮阳板情况下
全年能耗模拟结果
我们看一下上海地区的能耗结果
那我们对采暖那么能耗略有增加
那么这个红柱子
左边的红柱子略有增加
那么右边那个柱子空调呢
也明显下降
所以总能耗是减小的
所以在上海地区适宜增加遮阳
我们再看看北京地区的能耗结果
那么看采暖左边两根柱子
采暖我们的能耗有明显增大
而对右边两个小柱子空调略有减少
所以总能耗
在北京地区总能耗是增加的
所以在北京地区不适宜增加遮阳
通过这个例子模拟计算可以说明
是否加遮阳板
不能靠我们的直观想象推断
所以我们要通过定量的分析
得出客观的结论
第三部分我们计算一下
阴影生成算法
就是在阴影遮阳计算之前
我们先概要的介绍一下
我们DeST软件里头的阴影生成算法
阴影是指没有被太阳
直接照射的阴影区域
经典的阴影算法包括
光线跟踪辐射度算法
阴影图 阴影体 投影变换等算法
我们这里只介绍光线追踪
辐射度算法以及投影变换
那么最主要的我们介绍一下
我们DeST软件中的这个阴影计算方法
我们先看一下光线跟踪算法
那光线跟踪算法
不是从太阳出发来考虑
而是从物体表面或者地面的点
向光源发出一条阴影测试光线
如果测试光线在到达光源之前
与场景中的不透明的物体有相交
那就说明这一点
就位该光源的阴影内了
所以光线追踪算法
能够较真实的实现
自然界的光的传播
它的优点就是能生成玻璃透明
高光镜面反射等等效果
大家看到它的缺点就是耗时
因为它需要大量的求交计算
那么第二个算法是辐射度算法
这个算法是对封闭环境中的
能量平衡过程进行描述
它是基于热辐射概念发展起来的
所以它是适应于室内光环境计算
它的效果我们看一下右边的图
那右边的上图
是通常的阴影计算方法
它的边缘比较生硬
那么画面也不生动
那么右边的下图
就是辐射能算法算出来的
那我们看到阴影它边缘是模糊的
它比较柔和逼真
另外你看到它的墙的白色
传递到地面
地面的红色也传递到墙面
所以体现出了光能的传递
所以这个效果比较逼真
对于辐射能算法的描述是这样
对于有n个表面组成的
封闭的室内慢反射环境
那么也就是说这个房间
有n个小面片组成
那对于每一个面片EI
所发出的辐射能MI
辐射方程描述是方程一
它是由两个部分组成
第一个部分就是M0I
它是初始的发射辐射能
比如如果EI是个光源
这个M0I就有数量
否则它就是零
第二部分就是它将接收的
其他所有面发出的辐射能
它所接收到的和
经过反射因子的反射发射出去
那么它接收每一个面的辐射能
其因子是由形状因子控制的
那这个形状因子就如（2）
这个积分形式表达
那么对于方程一我们看出
它是一个n元的线性方程组
通常的解决办法
就是直接求解或者是迭代法
但是当n很大的时候
这种方法都很慢，不适用
所以通常采用逐步求精的
辐射度的方法求解MI
有关的这方面的技术
可参考相关的文献
第三个就是该要介绍一下
投影变换法
这个方法相对比较简单
它是沿着光源的方法进行投影变换
那么将物体都投射到投影表面上
并以阴影的颜色
绘制出那个投影的区域
那么我们看一下右图这样
那么这个算法的特别
就是一用几何变换的方法
将3D的形体压平到平面上
第二个就是对能接收到阴影的面
都要对其进行投影
第三个这个方法
只适合处理点光源和线光源
也就是说面光源等等
它这个方法是不行的
那最后就是我们讲的DeST软件中的
阴影计算方法
那DeST软件的阴影计算
其实就是阴影的轮廓计算
以及相关求出面积
它是采用了单的平行光源
相对简单的投影阴影计算
那么它计算分为三个步骤
第一个就是背面的提出
第二个就是地面的阴影计算
第三个就是每个墙面
每一个表面的阴影计算
那么第一个背面剔除呢
就是对任何一个形体
它对太阳来讲它有阴面和阳面
那么对于阴面
就是背向太阳的面
我们都把它剔掉
这样对任意一个形体
我们就通常阴面和阳面
大概都占50%
我们就可以减少一半
这样在整个的阴影计算中
就会减少了一半计算量
那么提取方法是首先讲
计算表面的法线
与太阳和光源的夹角值
如果这个夹角小于90度
则认为这个表面是阴面
所以被剔除掉
剔除掉这个背面以后
我们再看地面的阴影计算
对于地面的阴影计算
我们就是沿着太阳光线的方向
将所有的建筑阳面
斜平行投影到地面
也就是xy平面上
然后将这些投影的多边形
进行并的计算
最后就得到了所有建筑
在地面上的阴影
那么最复杂的一个
就是所有这个建筑表面的阴影计算
这个计算要分三步
比如说我们对每一个表面a
首先我们要做一个变换
那么什么变换 是坐标系变换
把表面a变换到
在新坐标系下变换到xy平面上
第二个我们就把其他的表面
和光线都按照这个坐标系变换
变换到新坐标系下
然后求出a面之外的所有表面
在新坐标系下的xy平面上的投影
并且合并这些阴影多边形
最后再把合并后的阴影
与表面a求焦
这样就得到了a表面上的阴影
这一步是最关键的一步
最后我们把这个xy平面上
也就是a表面的阴影
经过原来的坐标系变换的逆变换
变回到原空间
这样就得到了表面a的阴影多边形
四我们来介绍一下
采光遮阳计算模块
在DeST软件中的这个位置
我们知道DeST这个平台结构
是以一个开放式的数据库为中心
而且它由周边的十几个关联模块
拼装组成的
那儿它的模块之间的数据流
是通过数据库进行传递的
那么我们的遮阳采光模块
是其中的两个相对的
独立的拼装模块
它数据交换也是通过
DeST的这个开放式数据库进行的
那么这两个模块的主要功能是这样
那么遮阳模块它是有一个
独立的这个界面
那么它可以计算建筑表现的
逐时日影面积和形状
那这个形状和日影面积
就可以是这个采光能耗
辐射计算的一个输入
第二个它还可以完成
建筑天空辐射的计算与分析
那么采光计算模块
主要是完成各房间的采光系数
这个室内照度 照明能耗
满意时数等等
我们在图中会看出
我们这个遮阳模块和采光模块
是独立的
这个红方块圈出来的
那么下面我们就讲一下
DeST这个软件中
阴影和遮阳的计算过程
那么在DeST这个负荷计算中
很重要的一个地方就是遮阳计算
那么对于负荷计算主要的几个步骤
我们也说一下
就是下面这四个步骤
第一个就是首先要建筑建模
就把模型的墙 门窗等等建立起来
然后把维护结构的那个参数设置好
第二步就是和我们遮阳计算相关的
就是设置窗的参数了
那么其中四类参数
一个设置窗的类型
遮阳窗帘和窗帘的反射率的全年作息
设计好窗以后
我们就可以进行第三步计算
就是阴影计算
或者第四步进行室温或系统负荷计算
在这个四个过程里呢
涉及到我们阴影和遮阳计算的
主要是窗参数的设置
它是直接影响房间得热计算
进而它会较大的影响房间负荷
那么我们看这个四个里
窗类型的四个里
第一个就是窗的类型的设置
那么我们打开这个软件的属性窗口
我们选择所要设置的窗
这个时候就弹出窗属性窗口
那我们看到这个属性窗口里
有一个窗户类型
那么窗户类型有两种
那第一种那么就是K和SC这个模型
那么在这个模型里
你点了以后就会出现一个
窗户类型的这个定义对话框
那么里头就要给出窗户的类型
类型比如说普通的单波中空窗
Low-E中空窗等
然后我们还要给出它的传热系数k
遮阳系数sc 得热系数等
如果窗的类型选择了构件类型
那么这个时候我们这个窗口
左边第四个就有个构件号就有产生
那么点击构件号以后
我们就可以通过对话框
选取这个窗的构件
比如是钢窗 铝合金窗或者木窗
这样通过这两个二选一的选取
我们把窗的属性设置好了
那么下面我们再看看遮阳
这个参数设置
那我们点击
这个窗属性的遮阳
那么弹出遮阳属性窗口
那么我们在第三个项里看到
遮阳的结构构造点击开以后
出来一个对话框
那么可以选择遮阳的这个种类
种类 比如说普通遮阳
水平百叶 垂直百叶等等
然后还可以设置它的几何参数
比如说这个遮阳板距窗户
左边距或者右边距
还有这个遮阳的深度
就是离开墙面的这个距离
还有遮阳的倾角等等
那么在这个窗
遮阳的这个属性窗口中
还可以设置出来
这个遮阳板材料的透过率
和它的反射率
如果你还想看一下
这个遮阳板的几何信息
那么我们在这个红框里看的
几个几何信息这里
点开以后就看到几何的坐标
那么这个坐标图
其中给出xy每个点的坐标
那么通过遮阳属性的窗口的设置
我们就设置好了遮阳参数
第三个关于窗这个地方
设置一下窗帘参数
那么我们点取窗帘信息
那么这样就跳出一个对话框
你要定义窗帘的这个类型
比如说浅色窗帘 黑色窗帘
或者百叶窗帘等等
同时还要给出对应的
窗帘的短波透过率反射率
还有长波反射率综合遮阳系数等等
这样就把窗帘参数设置好了
最后一个就是对窗帘的这个
反射率的作息
我们点取窗帘反射率的作息
那么在对话框里点击修改
我们看出一个作息图
右边这些红点作息图
这个作息里边就可以设置
全年8760个小时的
窗帘的反射率的作息值
其中这些值都是在01之间的数据
那么0表示全投射 1表示全反射
那么这个作息的这个图里
每一行就是一天的作息情况
那么这样整个下来是全年8760小时
对 作息
这样通过窗帘作息窗口
我们就设置好了
窗帘反射率的全年作息
设置好窗信息以后
我们就可以开始进行阴影计算
那么阴影计算可以通过命令
BSHADOWS
或者通过菜单里的模拟计算
和建筑阴影计算来进行
那么点击这个命令以后
经过计算软件就把日影的计算结果
保存在了我们的数据库中
那么我们在软件里有个结果报表
报表就是010这个报表
它的内容我们看一下
右边这个列表图
那么第一列就是太阳的方位角
全年逐时的8760方位角
太阳的高度角第二列
第三列就是光影比例这样
通过这个计算我们就知道
可以得到房间各表面逐时的阴影状况
进而我们就可以计算室温和负荷了
那么回过头里呢
我们看一下
我们这个在室温计算
和系统负荷计算中
那么这个遮阳它的影响
那么在室温和系统计算的时候
它会跳出一个对话框
那么它设置出来
你开始和结束的计算天数1到365天
这个对话框右边
大家一定要勾选
考虑阳光遮挡这样
这样计算才能较好的
得到这个模拟数据
那这个负荷计算结果
保存在我们那个报表006号表里头
它就给出了建筑和房间的
逐时负荷计算结果
通过以上七个步骤
我们就完成了建筑阴影
和负荷计算的全过程
-01-01-建筑设计与运行中存在的问题与挑战
-01-02-建筑模拟是解决上述问题的重要手段
-01-03-建筑模拟的历史与分类
-01-04-DeST的介绍与特点
-01-05-DEST的应用
--Video
-01-06-准确性问题
--Video
-01-07-建筑模拟过程中常见的几个问题
--01-07
-01-08-课程目标与安排
--Video
-01-09-录屏-DEST简介
--01-09
-01-10-录屏 DEST建模
--1-10
--1-11
-第一章 绪论--第一次作业
-02-01-建筑热环境的三大传热过程
--Video
-02-02-非透明围护结构的热平衡过程
--Video
-02-03-透明围护结构的热平衡过程
--Video
-02-04-室内空气的热平衡
-02-05-建筑热过程的动态求解方法简介
--Video
-02-06-室外气象参数的取值方法
--Video
-02-07-录屏：DeST围护结构的设定
-02-08-录屏：DeST建筑全局设定
--Video
-第二章 建筑热过程与负荷计算--第二次作业
-03-01-中国城镇住宅建筑现状
-03-02-住宅中的热点问题-1
-03-03-住宅中的热点问题-2
-03-04-住宅特点及模拟要点
-03-05-住宅模拟案例-1
-03-06-住宅模拟案例-2
-3-7-房间功能设置1
--Video
-3-8-房间功能设置2
--3-8
-3-9-房间功能设置3
--3-9
-3-10-房间功能设置4
--3-10
-第三章 住宅类建筑能耗模拟分析方法--第三次作业
-04-01-公共建筑用能现状
-04-02-公共建筑的用能特征
-04-03-公共建筑模拟中的关键点
-04-04-模拟分析的实例
-04-05-录屏：建筑参数设定（1）
-04-06-录屏：建筑参数设定（2）
-04-07-录屏：建筑参数设定（3）
-04-08-录屏：建筑参数设定（4）
-04-09-录屏-报表解读（1）
-04-10-录屏-报表解读（2）
-04-11--录屏-报表解读（3）
-04-12--录屏-报表解读（4）
-第四章 公共建筑能耗模拟分析方法--第四次作业
-5-1 环境控制方案模拟的工程背景和影响因素
-5-2-环境控制系统模拟的实际工程应用
-5-3-空气处理设备方案的影响因素
-5-4-空气处理设备的模拟分析方法
-5-5-录屏：DeST中Scheme模拟计算的操作方法
-5-6-录屏：DeST中AHU模拟计算的操作方法
-第五章 环境控制模拟分析方法--第五次作业
-06-01 冷热源与水系统的工程背景与实际意义
-06-02 冷热源与水系统的模拟设计方案
-06-03 特约采访：空调水系统常见工程问题介绍-张野
-06-04 建筑能耗系统的背景和主要内容
-06-05 建筑能耗系统模拟的基本方法
-06-06 特约采访：分项计量系统与模拟的关系-沈启
-06-07 经济性分析的基本方法
-06-08 经济性分析的实际工程应用
-06-09 特约采访：经济性模拟分析的必要性与特点-王福林
--06-09 特约采访：经济性模拟分析的必要性与特点-王福林
-06-10 录屏：冷热源与泵站分析的具体操作
-06-11 录屏：其他能耗系统模拟计算模块操作
-06-12 录屏：经济性分析模块模拟操作
-第六章 冷热源方案设计与经济性分析--第六次作业
-07-01 建筑光环境：窗和遮阳
-07-02 DeST中的遮阳计算与日影分析
-07-03 外檐的遮阳与建模技巧
-07-04 DeST中的采光模拟分析方法
-07-05 DeST软件使用的实用专题
-07-06 批处理功能介绍
-07-07 多联式空调系统VRF的主要特征
-07-08 VRF系统的设计关键点
-07-09 录屏：VRF多联式空调系统模拟计算方法
-07-10 录屏：DeST中的遮阳模拟计算方法
-07-11 录屏：DeST中的阴影和采光计算
-07-12 录屏：阳光遮挡对负荷影响的模拟分析
-07-13 录屏：遮阳板对负荷影响模拟分析
-07-14 The Interview of Sun Kaiyu from Lawrence Berkeley National Laboratory about the practical eng
--Video
-第七章 VRF系统与建筑采光模拟及批处理操作--第七次作业
-08-01 人行为对建筑能耗的影响
-08-02 人行为的定义、分类与特征
-08-03 人行为的模拟分析方法
-08-04 人行为建模与实际应用（1）
-08-05 人行为建模与实际应用（2）
-08-06 录屏：DeST软件中人行为模拟模块的计算
-08-07 访谈：IEA能源分析师Brian Dean谈建筑人行为
--08-07 访谈：IEA能源分析师Brian Dean谈建筑人行为
-第八章 人行为模拟分析方法与DeST应用案例介绍--第八次作业
