能源分析软件：IES二次开发_（11）.光照模拟与分析.docx

PAGE1

PAGE1

光照模拟与分析

光照模拟的基本概念

光照模拟是建筑能源分析软件中的一个重要功能，主要用于评估建筑物内部和外部的光照条件。通过光照模拟，设计师和工程师可以了解不同时间段内的自然光照强度和分布，进而优化建筑的设计，提高能源利用效率，减少人工照明的使用，提升室内环境的舒适度。光照模拟通常包括以下几种类型：

静态光照模拟：在特定时间点（如夏至日中午12点）进行光照分析，用于评估单一时段的光照条件。

动态光照模拟：模拟一整天或多天的光照变化，用于评估不同时间段的光照分布和强度。

年度光照模拟：模拟一整年的光照变化，用于评估建筑物全年光照条件的综合影响。

光照模拟的用途

建筑设计：通过光照模拟，可以优化窗户的设计和位置，选择合适的玻璃材料，减少热负荷和提高自然光照利用率。

能源分析：评估建筑物的照明需求，优化照明系统的能耗，减少能源浪费。

室内环境评估：提高室内环境的舒适度，减少因光照不足或过强带来的视觉不适。

可持续发展：通过减少人工照明的使用，降低建筑物的碳排放，推动可持续建筑设计。

光照模拟的原理

光照模拟的核心原理是基于太阳路径和地球自转的物理模型，结合建筑物的几何形状和材料属性，计算建筑物内外的光照分布。具体来说，光照模拟包括以下几个步骤：

太阳路径计算：根据地理位置和时间，计算太阳的高度角和方位角。

光线追踪：利用光线追踪算法，模拟光线在建筑物内外的传播路径。

材料属性计算：考虑材料的反射率、透射率和吸收率，计算光线与材料的相互作用。

光照分布计算：综合上述信息，计算建筑物内外的光照分布和强度。

太阳路径计算

太阳路径计算是光照模拟的基础。通过输入建筑物的地理位置（纬度、经度）和时间（日期、时间），可以计算出太阳的高度角（太阳与地平线的夹角）和方位角（太阳在地平面上的投影与正南方向的夹角）。

公式：

高度角（h）：

h

方位角（A）：

A

其中：

δ是太阳赤纬。

?是地理纬度。

H是太阳时角。

代码示例：

importmath

defcalculate_solar_angles(latitude,longitude,date,time):

计算太阳的高度角和方位角

:paramlatitude:纬度

:paramlongitude:经度

:paramdate:日期（格式：YYYY-MM-DD）

:paramtime:时间（格式：HH:MM）

:return:高度角（h）和方位角（A）

#转换日期和时间为天文参数

day_of_year=datetime.datetime.strptime(date,%Y-%m-%d).timetuple().tm_yday

hour=int(time.split(:)[0])

minute=int(time.split(:)[1])

solar_time=(hour+minute/60)-12#太阳时角计算

H=solar_time*15*(math.pi/180)#太阳时角（弧度）

#计算太阳赤纬

B=(360/365)*(day_of_year-81)*(math.pi/180)#轨道偏角

delta=0.396371*math.sin(B)-22.91327*math.cos(B)+4.02543*math.sin(2*B)-0.387205*math.cos(2*B)#太阳赤纬（弧度）

#计算高度角

phi=latitude*(math.pi/180)#纬度（弧度）

h=math.asin(math.sin(delta)*math.sin(phi)+math.cos(delta)*math.cos(phi)*math.cos(H))

#计算方位角

A=math.acos((math.sin(delta)*math.cos(phi)-math.cos(delta)*math.sin(phi)*math.cos(H))/math.cos(h))

returnmath.degrees(h),math.degrees(A)

#示例：计算北京（40.0125,116.3741）在夏至日（2023-06-22）中午12点的太阳高度角和方位角

latitude=