基于Meteonorm 氣象參數(shù)的建筑熱負(fù)荷模擬

徐亮 董自安 許道金 刁維杰 李炫廷 李旭

日出東方控股股份有限公司

0 引言

DeST 是清華大學(xué)建筑學(xué)院開發(fā)的建筑熱環(huán)境設(shè)計(jì)模擬分析軟件平臺(tái)，主要用于建筑熱特性的影響因素分析、建筑熱特性指標(biāo)的計(jì)算、建筑全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算領(lǐng)域[1～3]。DeST 收錄了大量的城市和各地區(qū)的氣象參數(shù)，能滿足絕大部分城市建筑負(fù)荷的模擬計(jì)算需求。但對(duì)于一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的氣象參數(shù)收錄不全，主要原因是當(dāng)?shù)貧庀笳救狈Α?/p>

為了更好地解決氣象參數(shù)暫缺地區(qū)的建筑負(fù)荷逐時(shí)模擬計(jì)算，本文提出了一種基于Meteonorm 軟件的氣象參數(shù)導(dǎo)入DeST 氣象數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，以西藏拉薩地區(qū)一棟宿舍樓為例，分別以導(dǎo)入氣象參數(shù)和DeST 軟件自帶氣象參數(shù)進(jìn)行熱負(fù)荷模擬，證明該種方法具有一定的可行性。

1 DeST 氣象數(shù)據(jù)文件分析

DeST 軟件采用的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)文件ClimateData 是Access 格式的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，主要由以下四部分組成：a）DATA_DESIGN（室外計(jì)算參數(shù)）；b）DATA_HOUR（逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)）；c）STATION_INFO（氣象站的基本信息）；d）STATION_INFO_E（氣象站的基本信息-英文版）。

1.1 DATA_DESIGN

DATA_DESIGN（室外計(jì)算參數(shù)）氣象參數(shù)組成如表1 所示。

表1 DATA_DESIGN 氣象數(shù)據(jù)組成

根據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)的條款[4]，將規(guī)范中西藏拉薩的參數(shù)錄入氣象數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.2 DATA_HOUR

DATA_HOUR 逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)如表2。

表2 DATA_HOUR 氣象數(shù)據(jù)組成

Meteonorm 軟件是一款可以計(jì)算全球任何地理位置太陽(yáng)輻射和氣象資料的軟件。這款軟件的計(jì)算首先依賴于一些預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)算法則，它包含了對(duì)全球906 個(gè)地區(qū)至少長(zhǎng)達(dá)10 年的氣象監(jiān)測(cè)資料，其中亞洲有73 個(gè)地區(qū)，數(shù)據(jù)庫(kù)中包含有全球7750 個(gè)氣象站的輻射數(shù)據(jù)，我國(guó)98 個(gè)氣象輻射觀測(cè)站中的大部分均被該軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)收錄。

將GB50736[4]中拉薩地區(qū)氣象站的經(jīng)緯度輸入Meteonorm 中，可以自動(dòng)定位該氣象站并獲得海拔高度，地理位置的確定如圖1 所示：

圖1 地理位置確定

其中Science 格式文件中的Ta (Air Temperature，干球溫度)、G_Gh(Global radiation，horizontal，水平面總輻射)、G_Dh(Global Diffuse radiation horizontal，水平面散射輻射)、FF(Wind speed，風(fēng)速）可以直接使用，如圖2 所示。

圖2 Science 格式文件

Science 格式文件中導(dǎo)出的DD（Wind direction，風(fēng)向）參數(shù)的單位是“° ”，與DeST 氣象數(shù)據(jù)文件風(fēng)向參數(shù)不同，是對(duì)風(fēng)向按角度進(jìn)行劃分并賦值代替，因此需要將風(fēng)向角度數(shù)據(jù)按圖3 進(jìn)行處理：

圖3 風(fēng)向傳感器16 方位圖

Humidity 格式文件中的mx (Mass mixing ratio:quantity of water vapor per kg of dry air)對(duì)應(yīng)含濕量、PP(Atmospheric pressure)對(duì)應(yīng)大氣壓力。

相同方法導(dǎo)入DYNBIL 格式文件中Ts(地表溫度）、WUFI Passive 格式文件中的Tsky(天空有效溫度，需注意導(dǎo)出的是℃，要轉(zhuǎn)換成開氏溫度K)，整合得出完整的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)，并導(dǎo)入Access 氣象數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.3 STATION_INFO

STATION_INFO 氣象站的基本信息如表3 所示：

表3 STATION_INFO 氣象站基本信息

至此，基于Meteonorm 軟件的氣象參數(shù)已經(jīng)完全導(dǎo)入DeST，然后與DeST 自帶的氣象參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析。

2 氣象數(shù)據(jù)及模擬結(jié)果分析

2.1 氣象數(shù)據(jù)可視化

以西藏拉薩為例，全年逐時(shí)干球溫度數(shù)據(jù)來(lái)源于DeST 導(dǎo)出結(jié)果中的001_werther，基于自帶氣象數(shù)據(jù)的逐時(shí)干球溫度如圖4 所示。基于Meteonorm 軟件，導(dǎo)出西藏拉薩氣象數(shù)據(jù)的逐時(shí)干球溫度如圖5 所示。

圖4 拉薩逐時(shí)干球溫度（基于自帶氣象數(shù)據(jù)）

圖5 拉薩逐時(shí)干球溫度（基于Meteonorm）

以西藏拉薩為例，全年逐時(shí)太陽(yáng)總輻射來(lái)源于DeST 導(dǎo)出結(jié)果中001_weather，基于自帶氣象數(shù)據(jù)中的全年逐時(shí)太陽(yáng)總輻射如圖6 所示。基于Meteonorm軟件，導(dǎo)出西藏拉薩氣象數(shù)據(jù)中的全年逐時(shí)太陽(yáng)總輻射如圖7 所示。

圖6 拉薩逐時(shí)太陽(yáng)總輻射（基于自帶氣象數(shù)據(jù)）

圖7 拉薩逐時(shí)太陽(yáng)總輻射（基于Meteonorm）

2.2 建筑熱負(fù)荷模擬對(duì)比

以拉薩地區(qū)一棟典型宿舍樓建筑為例，分別采用兩種氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行建筑熱負(fù)荷的逐時(shí)模擬，如圖8 具體所示。

圖8 拉薩宿舍樓DeST 模型

基于DeST 自帶氣象數(shù)據(jù)的全年逐時(shí)建筑熱負(fù)荷如圖9 所示，最大逐時(shí)熱負(fù)荷為52.12 W/m2。基于Meteonorm 軟件導(dǎo)入氣象數(shù)據(jù)的全年逐時(shí)建筑熱負(fù)荷如圖10 所示，最大逐時(shí)熱負(fù)荷為51.25 W/m2。雖然逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)來(lái)源不同，但是建筑逐時(shí)熱負(fù)荷模擬計(jì)算的結(jié)果基本一致。

圖9 拉薩宿舍樓熱負(fù)荷模擬（基于自帶氣象數(shù)據(jù)）

圖10 拉薩宿舍樓熱負(fù)荷模擬（基于Meteonorm）

3 結(jié)束語(yǔ)

盡管來(lái)源不同，但采用Meteonorm 城市氣象數(shù)據(jù)導(dǎo)入DeST 進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算，其結(jié)果與DeST 本身計(jì)算結(jié)果相比保持良好的一致性，因此，該方法具有一定的可行性。

進(jìn)一步，可采用同樣方法將西藏其他地區(qū)（山南、那曲、日喀則、阿里）的氣象數(shù)據(jù)添加到DeST 氣象數(shù)據(jù)庫(kù)，以便對(duì)西藏其他地區(qū)建筑負(fù)荷進(jìn)行模擬分析。