太阳辐射负荷计算

注释

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1、赤纬角:地球中心与太阳中心的连线与赤道平面的夹角= 23.45*sin(360*(284*n)/365) n是一年中某一天对应365天中的天数
2、真太阳时:H = H_s +(-) (L-L_s)/15 + e/60 H_s为该地区标准时间，L，L_s分别为当地的纬度和地区标准时间位置的经度，东半球为+，西半球为+
3、将真太阳时用角度表示，称为当地太阳时角 = (H_s +(-) (L-L_s)/15 + e/60 -12) * 15
4、太阳高度角h：sinh = sin(纬度)*sin(赤纬角) + cos(纬度)*cos(赤纬角)*cos(当地太阳时角)
5、太阳方位角a：太阳偏东为-，偏西为+，sina= cos(赤纬角)*sin(当地太阳时角)/cos(太阳高度角)，当计算出sina大于1，或sina的绝对值较小时，cosa = (sin(太阳高度角)*sin(纬度) - sin(赤纬角))/(cos(太阳高度角)cos(纬度))
6、太阳位置：太阳入射角i(太阳射线与壁面法向之间的夹角):cosi = cos(壁面与水平面的夹角)*sin(太阳高度角) + sin(壁面与水平面的夹角)*cos(太阳高度角)cos(壁面太阳方位角)
7、太阳常数：单位面积单位时间内来自太阳的辐射能量，用I_0表示，1353W/平方米
8、太阳光谱：I_0 等于各个光谱辐射强度之和
9、大气透明度：阳光经过大气层时，强度按指数规律衰减，为exp(-k*x)
10、太阳位于天顶时，到达地面的法向太阳直射辐射为I_l = I_0 * p
11、太阳不位于天顶是，阳光路径为l',到达地面上的法向太阳辐射强度应为：I_DN = I_0*(exp-k*l') = I_0 * exp(-k*m*l) = I_0*p的m次方，p的m次方为大气透明度，m = 1/sinh
12、太阳直射辐射强度计算：I_Dθ = I_DNcosi = I_0*p的m次方cosi,(i是太阳入射角)
13、天空散射辐射：I_dH = 0.5 * I_0 * sinh * (1-p的m次方) / (1-1.4lnp)
14、太阳总辐射I_Sθ = I_Dθ + I_dθ'''
'''

引入模块

import datetime
from math import sin, cos, asin, acos, log, pi
from tkinter import E

某一天对应365天中的天数

list_31 = [1, 3, 5, 7, 8, 10, 12]
list_30 = [4, 6, 9, 11]
def number_day(mouth, day):num = 0for i in range(1, mouth):if i in list_31:num = num + 31elif i in list_30:num = num + 30elif i == 2:num = num + 28num = num + dayreturn num

计算各种太阳角度

class Solar_angle(): '''n_day 是当前天对应365天中的那一天H_s 是该地区的标准时间H 是该地区的真太阳时L 是该当地经度L_s 是地区标准时间位置的经度latitude 该地区的纬度wall_horizontal_angle 是墙与水平面的夹角wall_sun_angle 是太阳与墙对水平面的投影的夹角location 位于南北半球transpancy 透过率p'''def __init__(self, n_day = 0, H_s = 0, L = 0, L_s = 0, latitude = 0, location = "E"):self.n_day = n_dayself.H_s = H_sself.L = Lself.L_s = L_sself.location = locationB = 360* (self.n_day - 81) / 364self.e = 9.87 * sin(2 * B * pi / 180) - 7.53 * cos(B * pi / 180) - 1.5 * sin(B * pi / 180)self.lat = latitude#赤纬角def Declination_angle(self):angle = 23.45 * sin((360 * (284 + self.n_day) / 365) * pi / 180)return angle#真太阳时def True_Solar_time(self):  #location代表半球位置E为东半球，W为西半球if self.location == 'E':H = self.H_s + (self.L-self.L_s)/15 + self.e/60elif self.location == 'W':H = self.H_s - (self.L-self.L_s)/15 + self.e/60else:print("请在参数表中输入一个所求位置的东西半球位置，E为东半球，W为西半球")return H#当地太阳时角 = (H_s +(-) (L-L_s)/15 + e/60 -12) * 15def Local_Solar_Time_angle(self):if self.location == 'E':angle = (self.H_s + (self.L-self.L_s)/15 + self.e/60 - 12) * 15elif self.location == 'W':angle = (self.H_s - (self.L-self.L_s)/15 + self.e/60 - 12) * 15else:print("请在参数表中输入一个所求位置的东西半球位置，E为东半球，W为西半球")return angle#4、太阳高度角h：sinh = sin(纬度)*sin(赤纬角) + cos(纬度)*cos(赤纬角)*cos(当地太阳时角)def Solar_Altitude_angle(self):sinh = sin(self.lat * pi / 180) * sin(Solar_angle.Declination_angle(self) * pi / 180) + cos(self.lat * pi / 180) * cos(Solar_angle.Declination_angle(self) * pi / 180) * cos(Solar_angle.Local_Solar_Time_angle(self) * pi / 180)h = asin(sinh)return {'h':h * 180 / pi,'sinh':sinh,}#5、太阳方位角a：太阳偏东为-，偏西为+，sina= cos(赤纬角)*sin(当地太阳时角)/cos(太阳高度角)，当计算出sina大于1，或sina的绝对值较小时，cosa = (sin(太阳高度角)*sin(纬度) - sin(赤纬角))/(cos(太阳高度角)cos(纬度))def Solar_azimuth(self):sina = cos(Solar_angle.Declination_angle(self) * pi / 180) * sin(Solar_angle.Local_Solar_Time_angle(self) * pi / 180) / cos(Solar_angle.Solar_Altitude_angle(self)['h'] * pi / 180)if sina > 1.0 or abs(sina) < 0.001:cosa = (sin(Solar_angle.Solar_Altitude_angle(self)['h'] * pi / 180) * sin(self.lat * pi / 180) - sin(Solar_angle.Declination_angle(self) * pi / 180)) / (cos(Solar_angle.Solar_Altitude_angle(self)['h'] * pi / 180) * cos(self.lat * pi / 180))if self.L_s > 12:  a = -acos(cosa)else:a = acos(cosa)else:a = asin(sina)return a * 180 / pi

计算太阳辐射

class Solar_radition():def __init__(self, Solar_angle, wall_horizontal_angle = 0, wall_sun_angle = 0, location = 'E', transpancy = 0):self.wall_horizontal_angle = wall_horizontal_angleself.solar_angle = Solar_angleself.wall_sun_angle = wall_sun_angleself.transparency = transpancyself.location = location#6、太阳位置：太阳入射角i(太阳射线与壁面法向之间的夹角):cosi = cos(壁面与水平面的夹角)*sin(太阳高度角) + sin(壁面与水平面的夹角)*cos(太阳高度角)cos(壁面太阳方位角)def Solar_Angle_of_incidence(self):cosi = cos(self.wall_horizontal_angle * pi / 180) * sin(self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] * pi / 180) + sin(self.wall_horizontal_angle * pi / 180) * cos(self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] * pi / 180) * cos(self.solar_angle.Solar_azimuth() * pi / 180)return cosi# 11、太阳不位于天顶是，阳光路径为l',到达地面上的法向太阳辐射强度应为：I_DN = I_0*(exp-k*l') = I_0 * exp(-k*m*l) = I_0*p的m次方，p的m次方为大气透明度，m = 1/sinhdef Sun_Radiation(self):if self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] > 0:m = 1 / (self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['sinh'])I_DN = I_0 * self.transparency ** mif self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] < 0:I_DN = 0return I_DN# 12、太阳直射辐射强度计算：I_Dθ = I_DNcosi = I_0*p的m次方cosi,(i是太阳入射角)def Direct_Solar_intensity(self):if self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] > 0:I_D0 = Solar_radition.Sun_Radiation(self) * Solar_radition.Solar_Angle_of_incidence(self) elif self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] < 0:I_D0 = 0return I_D0# 13、天空散射辐射：I_dH = 0.5 * I_0 * sinh * (1-p的m次方) / (1-1.4lnp)def Scattered_Radiation_from_Sky(self):m = 1 / (self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['sinh'])if self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] > 0:I_dH = 0.5 * I_0 * self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['sinh'] * (1 - self.transparency ** m) / (1 - 1.4 * log(self.transparency, 2.71828182))elif self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] < 0:I_dH = 0return I_dH# 14、太阳总辐射I_Sθ = I_Dθ + I_dθdef Total_Solar_Radiation(self):I_S0 = 0if self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] > 0:I_S0 = Solar_radition.Direct_Solar_intensity(self) + Solar_radition.Scattered_Radiation_from_Sky(self)elif self.solar_angle.Solar_Altitude_angle()['h'] < 0:I_S0 = 0return I_S0

使用实例

#将上述代码保存到同目录下的名为Load.py的文件
from Load import Solar_angle
from Load import number_day
from Load import Solar_radition
import pandas as pd
import math
a = number_day(9, 18)
d = []
e = []
f = []
g = []
h = []
k = []
#__init__(self, n_day, H_s, L, L_s, latitude, wall_horizontal_angle, wall_sun_angle, location, transpancy)
for i in range(0,24):b = Solar_angle(a, H_s = i, L = 120, L_s = 117.2, latitude = 39.13, location = 'E')#当地太阳时角d.append(b.Local_Solar_Time_angle())#太阳高度角e.append(b.Solar_Altitude_angle()['h'])#太阳方位角f.append(b.Solar_azimuth())g.append(str(i) + '时')#墙朝南，太阳方位角等于太阳和墙的夹角c = Solar_radition(b, wall_horizontal_angle = 0, wall_sun_angle = b.Solar_azimuth(), location = 'E', transpancy = 0.62)h.append(c.Total_Solar_Radiation())j = Solar_radition(b, wall_horizontal_angle = 90, wall_sun_angle = b.Solar_azimuth(), location = 'E', transpancy = 0.62)k.append(j.Total_Solar_Radiation())dataframe = pd.DataFrame({'逐时':g, '当地太阳时角':d, '太阳高度角':e, '太阳方位角':f})
dataframe.to_csv("./tes.csv",index=False,sep=',')
dataframe1 = pd.DataFrame({'水平逐时':g, '辐射强度':h})
dataframe1.to_csv("./tes1.csv", index = False, sep = ',')
dataframe2 = pd.DataFrame({'南墙逐时':g,'辐射强度':k})
dataframe2.to_csv("./tes2.csv", index = False, sep = ',')

输出结果

使用pandas模块写入csv文件

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建筑热过程太阳辐射负荷计算

太阳辐射负荷计算

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某一天对应365天中的天数

计算各种太阳角度

计算太阳辐射

使用实例

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