7建筑能耗分析用逐时气象模型

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,建筑能耗分,析,析用逐时气,象,象模型,问题的提出,国内外气象,模,模型的研究,情,情况,研究目的和,主,主要内容,气象模型建,立,立的总体思,路,路,选择典型气,象,象年,逐时气象模,型,型的建立,逐时模拟数,据,据与实测数,据,据的比较,气象模型的,实,实际应用,内容提要,结论,问题的提出,外界气象条,件,件的变化情,况,况与建筑物,的,的动态热特,性,性是研究空,调,调系统动态,过,过程的基础,。,。,只有基于一,整,整套切实反,映,映气象环境,的,的数据才能,真,真正对建筑,物,物的冷热能,耗,耗有更加准,确,确的计算分,析,析,，,对整个空调,系,系统的动态,过,过程有更全,面,面的了解。,国内外气象,模,模型的研究,情,情况,统计法,随机数模拟,法,法,随机过程模,拟,拟法,综合考虑以,上,上三种建立,气,气象模型的,方,方法，我们,可,可以看到：,统计法,利用长期的,逐,逐时数据构,成,成典型年（,或,或参考年）,。,。然而我国,的,的逐时气象,观,观测数据却,很,很不完整，,目,目前只有少,数,数城市有近,几,几年的逐时,气,气象数据，,而,而且这些数,据,据由于某些,原,原因还未公,开,开。,除统计法外,，,，气象模型,由,由,分两步进行,：首先，用,随,随机方法模,拟,拟逐日气象,参,参数；然后,，,，再用模拟,出,出的逐日气,象,象参数配出,或,或随机模拟,出,出最终要求,的,的逐时参数,。,。,随机数模拟,法,法,和,随机过程模,拟,拟法,是在逐日数据的,缺,缺乏的情况下产生,的,的，主要应,用,用于逐日数,据,据的模拟。,然,然而，这两,种,种方法所模,拟,拟出来的气,象,象数据仍不,能,能完全反映,实,实际的逐日,气,气象变化规,律,律,。,随着我国逐,日,日气象资料,的,的公开，我,们,们已获得遍,布,布全国的,194,个气象站台,的,的近,50,年的逐日气象数据。,在逐日数据充,足,足的有利条件,下,下，就无需,再,再用复杂繁,琐,琐的方法模,拟,拟逐日参数,，,，也就是说,，,，可以越过,气,气象模型建,立,立的第一步,，,，直接进行,第,第二步,模拟逐时参,数,数。,研究目的和,主,主要内容,研究目的,在逐日实测,数,数据的基础,上,上，建立一,套,套完备可靠,的,的气象模型,获得满足一,定,定统计要求,的,的全年逐时,气,气象数据,为空调系统,动,动态过程的,研,研究建立坚,实,实的基础。,主要内容,在历年气象,数,数据中挑出,具,具有气候代,表,表性的典型,气,气象年；,找出空气干,球,球温度、绝,对,对湿度、太,阳,阳辐射、风速风向以及天空有,效,效温度等气,象,象参数的一,天,天内的变化,规,规律，建立,各,各气象参数,的,的逐时模型,；,；,验证逐时气,象,象模型；,应用模型于,空,空调系统的,动,动态负荷模,拟,拟中；,模拟全国,194,个站点的典,型,型年逐时气,象,象数据,。,气象模型建,立,立的总体思,路,路,原始逐日气,象,象数据,典型气象年,的,的选择,模拟逐时气,象,象数据,干球温度,绝对湿度,太阳辐射,（直射和散,射,射）,天空有效温,度,度,风向,风速,原始逐日气,象,象数据构成,日最高,温度,日照,小时数,日总辐射,日平均,风速,日最大,风速风向,日平均,大气压,日最低,相对湿度,日平均,相对湿度,日最低,温度,日平均,温度,原始逐日,气象数据,来自,中国气象中,心,心,典型气象年,的,的选择,由于气象参,数,数的随机性,，,，根据各年,的,的实测气象,参,参数来计算,建,建筑负荷，,其,其结果常有,较,较大差别；,这就有必要,选,选取一个“典型年”,它由“平均月”构成，按,每,每一“平均月”的气象参,数,数算得的负,荷,荷应与该月,的,的、按历年,实,实际气象参,数,数算得的负,荷,荷的平均值,吻,吻合；,典型年反映,了,了气象环境,的,的平均状况,。,。,对于月份,m,，如果第,y,年的实际气,象,象参数能,同时满足以,下,下条件者，,可,可认为该年,该,该月有条,件成为“平均月”：,计算每月各,气,气象参数的,N,年平均值,及,及,方,方差,典型气象年,的,的选择方法,统计出每年,每,每月的各气,象,象参数的平,均,均值,设有,N,年的逐日数,据,据,初选平均月,i,参数序号,m,月份序号,Y,年份序号,如有若干个,年,年份的,m,月都能满足,“,“初选平均,月,月的条件”,，,，,计算,Dm,值，选择,Dm,最小的月份,作,作为第,m,月的“平均,月”：,Ki,各气象参数,的,的权重,选择典型气,象,象年的气象,参,参数及其权,重,重,气象参数,权重,日平均温度,2/24,日最低温度,1/24,日平均相对湿度,2/24,日最低相对湿度,1/24,日平均风速,2/24,日最大风速,1/24,日最大风速时刻的风向,1/24,日日照时数,1/24,日总辐射量,12/24,日最高温度,1/24,干球温度模,型,型的建立,资料表明，,一,一天内最高,温,温度一般出,现,现在午后三时，而最低温,度,度出现在日出前一小,时,时左右。温度,在,在一天内的,变,变化规律可,以,以近似用余弦函数来表示。,干球温度模,型,型的建立,日平均温度,日最低温度,日最高温度,用傅立叶级,数,数模拟逐时,温,温度,用一种简易,方,方法模拟逐,时,时温度,没有考虑各,天,天之间的影,响,响，,各天之间的,温,温度都是孤,立,立的,逐时模拟温,度,度的日均值,与,与实测值,的误差较小,各天温度之,间,间都是连续,的,的,逐时模拟温,度,度的日均值,与,与实测值,的误差较大,各天衔接处,平,平滑处理,绝对湿度模,型,型的建立,绝对湿度的,模,模拟是通过,间,间接的方法,得,得到：,利用已模拟,出,出的逐时温,度,度计算逐时,饱,饱和水蒸气,压,压力；,模拟出逐时,相,相对湿度；,逐时水蒸汽,分,分压力（绝,对,对湿度）,逐,逐时相对湿,度,度,逐时饱和水,蒸,蒸气压力；,水蒸气分压,力,力,饱和水蒸气,分,分压力,相对湿度,相对湿度的,逐,逐时模拟,资料表明，,相,相对湿度日,变,变化主要决定于气温,日,日变化，但位相相反，即最低相,对,对湿度出现,在,在午后最高,温,温度时段，,而,而相对湿度,最,最高值出现,在,在清晨温度,最,最低时刻。,因此可用模,拟,拟温度的方,法,法来模拟相,对,对湿度，只,要,要变化方向,相,相反即可。,日平均相对,湿,湿度,日最低相对,湿,湿度,日最高相对,湿,湿度,2,日平均相对,湿,湿度日最,低,低相对湿度,各天衔接处,平,平滑处理,太阳辐射模,型,型的建立,太阳辐射量,的,的逐时模拟,主,主要包括两,方,方面：,总辐射的逐,时,时模拟,直射和散射,的,的分离,总辐射的逐,时,时模拟,太阳总辐射,的,的逐时模拟,采,采用Collores-Perein和Rabl模型（,简,简称C.P.R模型）,：,：,小时中点的,时,时角,水平面日辐,射,射总量,直射和散射,的,的分离,根据,水平面接受,到,到的太阳日,总,总辐射,与,大气层外太,阳,阳日总辐射,之比,Kt,的范围，可,分,分为如下四,种,种情况：,已知,可计算得到,Kt=0.28,0.5Kt0.74,晴天,有云,阴,阴,0.28Kt=0.74,晴天,采用,MARKOV,链来,决定某一瞬,间,间的状态,采用,MARKOV,链来,决定某一瞬,间,间的状态,直射和散射,的,的分离,阴,有云,晴,水平面直射,辐,辐射强度,/,大气层外辐,射,射强度在水,平,平面的投影,散射辐射强,度,度,/,大气层外辐,射,射强度在水,平,平面的投影,水平面总辐,射,射强度,/,大气层外辐,射,射强度在水,平,平面的投影,可由逐时总,辐,辐射计算得,到,到,风速模型的,建,建立,在陆地上，,一,一般风速以午后最大，因为,下,下垫面最热,，,，对流旺盛,，,，高空大风,下,下传的动量,也,也最多。日,落,落前的,16,19,时地面开始,逐,逐渐冷却，,气,气层趋于稳,定,定，因而风,速,速急减，入,夜,夜后风速基,本,本保持稳定,，,，一直到日,出,出后因近地,气,气层不稳定,而,而风速迅速,增,增大，,10,11,时即达到峰,值,值附近，,11,16,时是全天风,速,速最大的时,段,段。,实测哈尔滨,、,、北京、汉,口,口和广州四,站,站的年平均,风,风速日变化,曲,曲线,理想风速日,变,变化,T1=,日出时刻,1,（小时）,T2=,正午时刻,3,（小时）,T3=,日落时刻,2,（小时）,T1,时刻，日最,小,小风速，,可利用日平,均,均风速和日,最,最大风速求,得,得,T2,时刻，日最,大,大风速，已,知,知,T3,这种变化规,律,律不能完全,反,反映一天的,风,风速变化规,律,律！,理想风速模,型,型与马尔可,夫,夫链的联,合,合应用,把理想风速,得,得到的逐时,值,值作为各时,刻,刻的期望部分，把马尔可,夫,夫链得到的,逐,逐时值作为随机部分。,如何确定这,两,两者的比例,？,？,通过对密云,逐,逐时风速原,始,始数据的试,算,算发现，当期望部分的,权,权重为,0.65,随机部分的,权,权重为,0.35,时，模拟产,生,生的风速与,原,原始数据的,RMSE(,均,方,方,根,根,误,误,差,差,),和,SDE(,标,准,准,误,误,差,差,),最,小,小,。,。,模,拟,拟,风,风,速,速,0.65*,期,望,望,部,部,分,分,0.35*,随,机,机,部,部,分,分,风,向,向,模,模,型,型,的,的,建,建,立,立,以,每,每,日,日,最,最,大,大,风,风,速,速,时,时,刻,刻,的,的,风,风,向,向,为,为,起,起,点,点,，,，,用,用,马,马,尔,尔,可,可,夫,夫,链,链,的,的,方,方,法,法,模,模,拟,拟,当,天,天,最,最,大,大,风,风,速,速,时,时,刻,刻,以,以,后,后,，,，,下,下,一,一,天,天,最,最,大,大,风,风,速,速,时,时,刻,刻,之,之,前,前,的,的,风,风,向,向,！,！,该,马,马,尔,尔,可,可,夫,夫,链,链,是,是,跟,跟,据,据,密,密,云,云,1993,2000,年,的,的,逐,逐,时,时,风,风,向,向,数,数,据,据,计,计,算,算,得,得,到,到,的,的,。,。,日,照,照,百,百,分,分,率,率,水,汽,汽,压,压,，,，,mbar,天,空,空,有,有,效,效,温,温,度,度,的,的,模,模,拟,拟,天,空,空,有,有,效,效,温,温,度,度,是,是,大,大,气,气,水,水,汽,汽,含,含,量,量,、,、,云,云,量,量,（,（,或,或,日,日,照,照,百,百,分,分,率,率,）,）,、,、,气,气,温,温,及,及,地,地,表,表,温,温,度,度,的,的,函,函,数,数,。,。,文,文,献,献,表,表,明,明,，,，,天,天,空,空,有,有,效,效,温,温,度,度,可,可,由,由,下,下,式,式,求,求,得,得,：,：,Ta,空,气,气,干,干,球,球,温,温,度,度,，,，,K,Ts,地,表,表,温,温,度,度，,K,K,已,求,求,得,得,已,求,求,得,得,日,照,照,百,百,分,分,率,率,的,的,逐,逐,时,时,模,模,拟,拟,利,用,用,实,实,测,测,的,的,逐,逐,日,日,日,日,照,照,小,小,时,时,数,数,，,，,逐,逐,时,时,日,日,照,照,百,百,分,分,率,率,可,可,由,由,下,下,式,式,得,得,到,到,：,：,相对日,照,照百分,率,率，表,示,示某一,期,期间内,日,日照率,和假设,太,太阳高,度,度角为,90,度的日,照,照率的,比,比值,表示太,阳,阳高度,角,角,日照小,时,时数，,已,已知,逐时相,对,对日照,百,百分率,的,的在一,天,天内的,积,积分，,假,假设太,阳,阳高度,角,角为,90,