智能窗窗页基于太阳光线的转角方法

摘要

本发明公开了一种智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，解决了现有技术中智能窗页无法根据实际太阳入射光线调整窗页开度，实现充分利用太阳光线的缺陷。该方法包括以下步骤：（1）给定北京时间和智能窗所处的地理位置，计算太阳实际的高度角H和方位角A；根据单片窗页距屋顶的高度h和天花板采光长度L，计算满足光照条件的太阳光入射角                                              ；（2）根据计算得到的太阳光入射角和太阳实际的方位角A和高度角H，计算窗页的旋转角Θ和页片旋转后与入射光对应的线面角γ，使在该位置时刻的太阳入射光线，经窗页反射后能达到天花板的位置。本发明有效地将太阳入射光线反射至天花板，高效利用太阳光的照明效果，为室内提供自然光照明，减少了照明用电量。

主权项

智能窗窗页基于太阳光线的转角方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)给定北京时间和智能窗所处的地理位置，计算太阳实际的高度角H和方位角A；根据单片窗页距屋顶的高度h和天花板采光长度L，计算满足光照条件的太阳光入射角τ，其中，智能窗所有窗页距屋顶的高度分别为：h₁、h₂、h₃……h_n，对应的，太阳光入射角分别为：τ₁、τ₂、τ₃……τ_n，其中，满足光照条件是指太阳光入射至窗页上再反射至天花板位置的太阳光入射角，L表示天花板上从南墙向里延伸的采光距离；(2)根据计算得到的太阳光入射角τ和太阳实际的方位角A和高度角H，计算窗页的旋转角Θ和页片旋转后与入射光对应的线面角γ，使在该位置时刻的太阳入射光线，经窗页反射后能达到天花板的位置，智能窗所有窗页对应的旋转角Θ分别为：Θ₁、Θ₂、Θ₃……Θ_n，对应的线面角γ分别为：γ₁、γ₂、γ₃……γ_n；计算太阳实际的高度角H和方位角A的步骤如下：(11)根据给定的北京时间和智能窗所处的地理位置信息计算太阳的日地平均距离ER、计算积日N、计算太阳赤纬角ED、计算时差Et、然后对时差Et进行修订；其中，积日是指给定的北京时间在年内的顺序号；(12)将步骤(11)中得到的值代入太阳高度角和方位角的计算公式，得出太阳实际的高度角H和方位角A；计算满足光照条件的太阳光入射角τ的方法如下：根据公式反算满足光照条件的太阳光入射角τ；所述步骤(2)的具体方法如下：(21)建立场地“南—东—天”的右手坐标系，南轴指向南方，东轴指向东方，天轴为地面法线垂直向上所指方向；建立窗页坐标系“E—S—Z”的右手坐标系，E轴表示与窗页平行的方向，S轴表示指向室外的方向，Z轴表示垂直于E—S平面的方向，且该Z轴与“南—东—天”中的天轴平行；(22)将太阳实际的高度角H和方位角A以入射法线的方式在场地“南—东—天”坐标系下表达，即太阳法向量，其表示为(S₀，E₀，Z₀)，其表达式下：(23)根据式(1)计算在“南—东—天”的坐标系下的太阳法向量(S₀，E₀，Z₀)；(24)计算在场地“南‑东‑天”坐标系下的入射法线转换到窗页坐标系下的太阳法向量的表达式(S₁，E₁，Z₁)，其表达式如下：(25)将式(1)代入式(2)，得到：根据式(3)计算(S₁，E₁，Z₁)，其中，θ为窗页北偏东角度；(26)计算太阳法向量(S₁，E₁，Z₁)在窗页坐标系下Z‑S轴面的投影Nsz，Nsz与S轴的夹角δ₀；表达式分别为：${\delta }_0=arccos\left(\frac{S_1}{Nsz}\right)---\left(4\right)$$Nsz=\sqrt{{S_1}^2+{Z_1}^2};---\left(5\right)$(27)结合式(4)和式(5)计算δ₀；(28)将计算得出的δ₀和太阳光入射角τ的值代入下面公式，计算窗页旋转角Θ：(29)根据计算得出的窗页旋转角Θ，根据公式计算线面角γ，公式如下：$\gamma =\arccos \left(\sqrt{{Z_2}^2+{E_1}^2}\right);---\left(7\right)$其中，Z₂表示Nsz在窗页旋转后的Z轴的分量。