建筑工程中日照分析的太阳位置计算公式改进

【摘要】在我国现今许多建筑工程中日照分析存在着一定问题，这主要体现在太阳位置的计算公式上。因此本文从改进准备、公式改进、改进后研究等方面出发，对建筑工程中日照分析的太阳位置计算公式改进进行了分析。

【关键词】建筑工程；日照分析；太阳位置；计算公式

众所周知太阳高度角和方位角是关于太阳位置的参数，这些参数的运用能够较好地确定太阳光对于地球的表面上的日照。因此在建筑工程的设计、施工过程中日照分析有着极为重要的作用并且关系到建筑工程的使用价值。在建筑工程的日照分析中太阳位置的计算公式能够对日照分析的精确度产生重要的影响。除此之外，太阳高度角是指太阳和地球表面任意一点P的连线以及过P点的平面之间的夹角。在现今建筑工程日照分析中较为常用的太阳位置计算公式为：

（1）sin（Ab） = sin（Ap）sin（Aq）+cos（Ap）cos（Aq）cos（At）

（2）cos（Aa） =sin（Ap）sin（Aq）-sin（Ap）cos（Aq）cos（At）

在这两个式子中A=?180，参数a、b为弧度制向角度制转换的乘数因子。除此之外，p、q分别表示经度、纬度，t表示建筑工程当地的时角。通过对这两个计算公式进行分析我们可以发现这2个公式在建筑工程的实际应用中存在着诸多不便，例如在进行太阳位置计算时在确定工程当地的时角时需要考虑到建筑工程当地的地方标准时和世界标准时之间的差距，并且还需要在此基础上考虑到时差的影响，从而给建筑工程的日照分析带来了一定的阻碍。

一、改进准备

在进行建筑工程日照分析的太阳位置计算公式改进时工作人员需要首先进行充足的改进准备。这一准备工作的本质是在建筑日照分析精度允许的范围内， 对太阳位置公式的合理性和泛用性进行有效的提升。例如同处一个纬度上的开罗和上海其太阳位置随时间变化的规律就存在很大相似性。但是开罗和上海的太阳位置计算仍旧存在一个相位的差别， 即开罗的太阳位置变化总是滞后上海约6小时左右。因此在开罗和上海的建筑工程中进行日照分析时就需要考虑到太阳位置计算的这一特性。工作人员在进行日照分析的太阳位置计算公式改进可以将这些点随着纬度圈移动到某一根特点的经线上并且在此基础上了解该经线上的某点其日照的时间变化情况，从而更好地分析出这一纬度上所有地点的太阳位置变化情况。另外，由于回归线是地球上有无太阳直射现象的分界线。因此在进行太阳位置计算公式改进时工作人员需要充分考虑到回归线这一特殊情况，除此之外，极点位置的太阳位置计算也较为特殊，由于在极点处太阳高度角通常只有年起伏但是没有日起伏，因此在进行计算公式改进过程中也应对这一点进行有效分析。除此之外，在公式改进的准备过程中工作人员还需要设定公式中的年周期和日周期的长度为365天和24小时并且每年的起始时间为1日0时而每年的终止时间为365日24时，经过了这一设定年后元经绕地轴旋转的总角度为365x360=131400 ，因此辐历时角的取值范围在n?[0，131400]。另外，在建筑工程日照分析的太阳位置计算公式改进时工作人员还应当根据春分、秋分、夏至、冬至为间断点进行公式的周期改进。

二、公式改进

1.对式（ 1）的改进

通过公式的准备我们可以将公式1改进为sin（Ab） = sin（Ap）sin[24Asin（At365）+ cos（Aq）cos[24AsinAt365]cos（At）。其中公式中的A的取值范围为[-90，90]，正好是正弦函数和反弦函数的定义域，即通过这一改进后的公式我们可以对其做反函数变化，即单值函数：b=Aarcsin（A ）{sin[24AsinAt365]+cos（A p）cos[ 24AsinAt365]cos（At）} 。

2.对式（ 2）的改进

通过公式的准备我们可以将公式2改进为cos（Aa）=sin（Ab）sin（Ap）-sin[24AsinAt365]cos（Aq）cos（At）。其中公式中的A的取值范围为[0， 360]，即这一取值范围大于反余弦函数的定义域[0，180] ，因此其单值函数必须通过分段函数才能进行很好的表达。

三、改进后研究

通过对日照分析的太阳位置计算公式进行改进工作人员可以了解到由于太阳位置的计算会受到上述连线在过某点的法平面时投影和其南方位线的夹角的影响，因此在建筑工程的设计过程中工作人员在考虑采光方案和避光措施时应当注重太阳位置角的有效选取。除此之外，由于在建筑过程的空调系统设计中工作人员需要考虑到建筑物表面所受到的太阳辐射强度，则需要在结合改进后的公式对日照温差引起的建筑内力进行重新计算，从而更好地把握建筑表面受到太阳辐射强度的影响并且更加顺利的进行建筑工程暖通工程的设计。与此同时，由于在公式改进后日照随时间的变化也较好地得到体现，从而能够较为顺利地显示出太阳位置参数的日变化和年变化之间的联系。另外，由于对太阳位置公式的改进是采用角度的三角函数值改进。即通过三角函数求得太阳位置的角度值，因此虽然无法像图像改进那样通过变化365次来反映一个规定年中包含的每个规定日的太阳位置变化情况，但是三角函数的公式改进却能较好地显示太阳高度角的年变化规律和日变化规律的总体关联。另外，对日照分析的太阳位置计算公式进行改进工作人员可以发现在纬度条件一定的情况下回归线能够很好地作为地球上有无太阳直射现象的分界线，并且在此基础上通过等比例缩小年周期和放大横坐标等方法的应用工作人员可以很好地改进原本计算公式中存在的弊端。但是在这一过程中工作人员需要注意等比例线的比例因子越小其对公式的影响越小。除此之外，通过对日照分析的太阳位置计算公式进行改进工作人员可以返修现有太阳高度角和方位角计算公式在建筑工程日照分析中存在的不便与不足，从而能够在此基础上重新构建辐射历计时系统以及太阳高度角、方位角的取值范围，最终使其能够更好地体现太阳位置日变化和年变化对建筑工程采光等工作的影响。与此同时，改进后的太阳位置计算公式能够更加方便地显示出太阳位置和时间变化之间的规律，从而对工作人员更加便捷的计算日照角度、把握日照规律做出了突出贡献，但是应当指出， 由于文中的所举的例子往往都是位于北半球，因此其纬度为正数，如果需要计算建筑工程中日照情况则只需要添加一个负号就可进行，从而更好地提升了改进后公式的通用性和泛用性。综上所述，工作人员通过根据改进后的太阳位置计算公式可以更好地计算出不同纬度处建筑工程的太阳高度角、方位角随着时间的变化，从而更好地对这一变化的数学特征所代表的天文学和地理学现象，并在此基础上验证改进后公式的正确性和泛用性，最终对建筑工程的采光、暖通、结构设计等方面的工作提供足够的支持。

四、结语

随着建筑施工工艺的不断发展和建筑工程整体水平的不断提升，在建筑工程中日照分析的太阳位置计算公式改进得到了越来越多的重视。因此工作人员在进行日照分析的太阳位置计算公式改进时应当注重改进准备的有效进行，从而在此基础上更好地对公式进行改进与研究。

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