DeST典型年数据在天津地区建筑采光模拟中的适用性研究

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近年,在建筑采光研究及相关应用中,典型年数据的使用越来越普遍,通常典型年会根据其数据用途进行开发,不同的数据开发者所采用的思路及方法也存在差异,并可能会直接影响建筑采光模拟结果的精确度。DeST典型年是由清华大学与国家气象局共同研发,其数据来源于全国194个气象观测站近五十年的数据采集成果。然而在典型年数据更新周期内,城市气候可能会发生短期、随机、显著的变化,DeST典型年难以满足全年逐时(甚至逐分)的动态采光研究的需要。针对这些情况,本论文以天津实测太阳辐射数据为参考,通过典型年数据的比对及修正两方面来对DeST典型年在天津地区的适用性进行研究。本文创新点为基于天津实测数据,采用气候统计学中气候资料短序列订正法对DeST典型年总辐射月均值进行数据修正,最终获得适用于天津地区采光模拟的典型年修正数据。论文研究成果如下:首先,本研究在2015年8月至2017年7月期间,对天津地区展开太阳辐射观测工作,采集参数包括水平面总辐射、法向直接辐射。并以实测辐射数据为参考,按照全年、各季节及气候典型月的划分方式,对CSWD、ChinaTMY2、DeST典型年进行数据比较分析,结果显示:对总辐射而言,DeST典型年与天津实测数据较为吻合,最为符合天津气候特征,而ChinaTMY2数据总体高于实测数据,CSWD数据与天津实测数据吻合度较低;对散射辐射而言,除了CSWD与DeST数据近似保持一致以外,各数据在3月-10月期间存在较大差异,比对结果并不理想。其次,本文通过使用SPSS软件,运用相关性分析、多样本非参数检验等统计分析方法,对DeST典型年与天津实测数据进行深入的数据比对。结果显示:DeST总辐射(或散射辐射)月均值与实测数据的相关系数均大于0.8,为强相关,较辐射日均值分析结果表现更加稳定,进而采用气候资料短序列订正法对DeST典型年总辐射月均值进行修正,通过统计学评价指标“平均误差、标准误差”对各订正法所得各月总辐射修正值的检验结果可得:一元回归订正法为最佳修正方法。最后,本文通过实际案例的应用研究,对epw格式的气象文件创建及DeST典型年修正数据在全年动态采光模拟软件Daysim中的操作程序及环境参数设置等进行了详细介绍,并通过模拟证明:气象文件的时间步长设定为1Omin较60min可以获得更好的模拟精度,其结果的相对误差在[-14.29%,41.18%]内。本文在上述研究基础之上,最终获得一套适用于天津地区的典型年修正数据,该修正数据既能体现天津气候的典型性,又可以较为准确地反映近年天津光气候的真实变化,这对于建筑动态采光研究及指导建筑采光设计具有十分重要的意义。
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