基于CIE一般标准天空模型的LED人工天穹系统的设计研究

发布时间：2020-05-05 13:45

【摘要】：充分合理地利用自然采光是建筑节能技术最重要的手段之一,而太阳能的利用、采光设计、节能窗设计、照明设计、视觉舒适与眩光评估等均与室外自然光环境即天空亮度分布及色温密切相关。建筑师解决这些问题的传统手段通常是应用软件模拟,软件模拟虽便捷实用,但实际影响室内光环境的因素较多,软件模拟结果的准确度还需实验验证。室外自然光环境(包括室外天空亮度分布和色温变化)瞬息万变,无法获得稳定、可重复的室外自然光环境,这就意味着通过实际天空亮度的观测来验证计算机模拟的准确性也就无法实现。因此,应用人工天穹系统模拟实验验证具有无可替代性,故世界各国的建筑科学实验室都相继的建立更先进、更庞大、更稳定的人工天穹系统。本文根据CIE天空亮度分布的基础理论,通过精确设置LED光源的位置和亮度水平实现了对CIE15种天空亮度分布(包括晴天,阴天和中间天空)的准确模拟。同时结合LED光源的特性分析,对应用LED光源设计建造的人工天穹系统进行亮度误差分析和实验应用研究,使其更好地应用于建筑采光科研领域。本文通过对以往人工天穹系统所应用的光源和模拟情况进行分析研究,应用LED光源设计直径为15米的人工天穹模拟系统。由于系统直径较大、应用光源数量较多,故对设计所需的2078盏LED光源进行抽样分析,得出光源调控刻度与光源亮度的回归曲线。同时根据天空亮度分布理论确定光源的安装位置和系统调控方式,在确定光源安装位置和调控方式后,依据光源亮度回归的数学模型同时结合CIE天空亮度分布理论设计人工天穹系统。以此,应用LED光源通过计算机软件编程,终端无线调控实现了对15种CIE天空亮度分布的模拟。在上述设计的基础上,本文结合相对误差理论对人工天穹系统模拟的天空亮度分布情况进行亮度误差分析和校准,给出人工天穹系统模拟每种CIE天空亮度分布的相对误差。与此同时,对人工天穹系统的实验模型应用进行研究,通过对不同空间尺度亮度均匀度的测定和分析,得出应用天穹系统实验时不同尺度模型的实验系统误差。研究结果以期为日后人工天穹系统应用于采光实验的科学研究提供理论依据,为今后人工天穹系统的设计提供技术参考。
【图文】：

亮度分布,太阳高度角,方位角,总云量

的多少和云的分布也是重要的气象参数。云量的面积比，一般分为 0-10 级。云量多少的具而若要估算云量，则应避开障碍物，例如山，量和低云量两个参数。被观测的天空被云遮挡的天空被低云所遮挡的面积比被称为低云量，数。因此，当全天无云时，总云量记 0 级；天天空中的云占全天空的百分之十时，总云量之二十时总云量就为 2 级，以此类推。那么当，可以认定全晴天空，记总云量为 0。度的唯一因素，我们就可以简单的将天空亮云天和阴天。晴天空的总云量一般为 0-2 级，阴天空的总云量一般为 8-10 级。度

亮度分布,参数定义,天空模型,国际照明

sinh sin sincosh cosss = (2-6)公式计算所模拟地区夏至日和冬至日时的太度值后，通过式（2-11）计算各天空面元的模拟 CIE 标准中 15 种不同的天空亮度模型。亮度分布的主要因素，，可以发现影响因素较了，研究者将自然光的整体分布和变化情况型来描述。可以说，天空模型是自然采光计进行了大量的研究工作，最终国际照明委员归纳并将其设定为国际通用标准。由此我们计人工天穹系统。定义，空
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU113

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