中國(guó)低緯度地區(qū)的夏季太陽總輻照度研究

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0987 文章編號(hào)：0254-0096（2023）01-0141-07

摘 要：目前GB 50736—2012已給出中國(guó)北緯20°～50°地區(qū)的夏季太陽總輻照度，尚缺少北緯10°～20°之間低緯度地區(qū)的規(guī)范值。為解決該問題，對(duì)處于低緯度地區(qū)的永暑、西沙的太陽輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整編，并根據(jù)中國(guó)太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的確定原則，在現(xiàn)行規(guī)范的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上補(bǔ)充太陽高度角為3°、大氣透明度等級(jí)為4時(shí)的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；然后通過插值法與理論計(jì)算生成中國(guó)北緯10°和15°地區(qū)、大氣透明度等級(jí)為4時(shí)的夏季太陽總輻照度表，為低緯度島礁地區(qū)太陽輻照度研究和太陽能應(yīng)用提供規(guī)范數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽輻射；規(guī)范；插值法；太陽能；低緯度

中圖分類號(hào)：TU119" " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

太陽輻射直接影響建筑得熱和空調(diào)負(fù)荷的形成，因此太陽輻射照度是建筑熱工設(shè)計(jì)、暖通空調(diào)設(shè)計(jì)、太陽能利用必需的重要基礎(chǔ)參數(shù)［1-2］。而計(jì)算夏季太陽總輻照度的前提是構(gòu)建太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表。中國(guó)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50736—2012，簡(jiǎn)稱《暖通規(guī)范》）采用的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表是編制組基于中國(guó)當(dāng)時(shí)建有的19個(gè)日射臺(tái)站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)借鑒前蘇聯(lián)8個(gè)日射臺(tái)站（雅庫(kù)茨克、伊爾庫(kù)茨克、薩拉托夫、敖德薩、葉弗帕多利亞、卡拉達(dá)格、海參崴、阿什哈巴德）的數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算得到的［3］。每組基礎(chǔ)數(shù)據(jù)按太陽高度角給出，依次為7°、10°、15°、20°、25°、30°、40°、50°、60°、75°、90°（見表1），這些太陽高度角基本涵蓋中國(guó)北緯20°～50°地區(qū)夏季太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡范圍。對(duì)于

中國(guó)北緯10°～20°的低緯度地區(qū)，如西沙（16°50′N，112°20′E）、永暑（9°40′N，112°53′E）存在太陽高度角小于7°的時(shí)刻，即《暖通規(guī)范》中現(xiàn)有的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表無法滿足中國(guó)低緯度地區(qū)太陽總輻照度的計(jì)算要求。這直接導(dǎo)致南海海域建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和太陽能開發(fā)利用過程中無標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射數(shù)據(jù)可查。

為此，本文首先基于中國(guó)低緯度地區(qū)最新年限的太陽輻射源數(shù)據(jù)，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表中太陽高度角的取值下限擴(kuò)展至3°，然后根據(jù)完善后的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表進(jìn)行插值計(jì)算和理論計(jì)算，生成中國(guó)北緯10°、15°低緯度地區(qū)夏季太陽總輻照度表，旨在為中國(guó)南海海域的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)和設(shè)備系統(tǒng)研發(fā)提供準(zhǔn)確可靠的太陽輻射數(shù)據(jù)。

1 夏季太陽總輻照度的計(jì)算方法

現(xiàn)有夏季太陽總輻照度計(jì)算方法有2種：一種是實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法，另一種是按緯度帶和大氣透明度等級(jí)分區(qū)計(jì)算法。第一種實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法，是基于某地輻射氣象臺(tái)站的太陽輻射照度逐時(shí)值，統(tǒng)計(jì)整編得到當(dāng)?shù)氐妮椛鋮?shù)。具體統(tǒng)計(jì)原則是：采用每年6—9月份內(nèi)舍去15～20個(gè)高峰值后的次大值的近10年平均值。舍去15～20個(gè)高峰值是參照夏季空調(diào)室外干、濕球計(jì)算溫度確定原則，即室外不保證50 h的干、濕球溫度分布在15～20 d之內(nèi)［4］。該計(jì)算方法直觀簡(jiǎn)單，提出了一個(gè)確定的取值標(biāo)準(zhǔn)，但需長(zhǎng)期輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)工作量大，并且只能對(duì)數(shù)據(jù)獲取地點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，不能擴(kuò)展應(yīng)用到其他地點(diǎn)。另外，顯而易見，按照該方法確定的太陽總輻照度與夏季空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算相匹配，具有鮮明的工程設(shè)計(jì)的可靠性概念。第二種按緯度帶和大氣透明度等級(jí)分區(qū)計(jì)算法，是基于通用的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，通過插值和理論計(jì)算得到各地區(qū)的輻射參數(shù)。該計(jì)算方法相對(duì)復(fù)雜，數(shù)據(jù)空間精確度相對(duì)較低，但可用于輻射數(shù)據(jù)缺失地區(qū)，具備良好的可擴(kuò)展性，便于概括全國(guó)情況。

中國(guó)目前僅有99個(gè)太陽輻射臺(tái)站具備長(zhǎng)期輻射數(shù)據(jù)記錄，輻射數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間上存在嚴(yán)重缺測(cè)問題，因此《暖通規(guī)范》規(guī)定夏季太陽總輻照度時(shí)采用第二種方法。具體計(jì)算過程可概括為3個(gè)步驟：首先，采用位于不同緯度帶的日射臺(tái)站的逐時(shí)觀測(cè)值構(gòu)建不同太陽高度角、不同大氣透明度等級(jí)下的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表；然后，根據(jù)各地的地理緯度帶、大氣透明度等級(jí)、地方太陽時(shí)插值計(jì)算得到當(dāng)?shù)氐妮椛鋮?shù)；最后，運(yùn)用一系列太陽輻射基本公式計(jì)算各地區(qū)的夏季太陽總輻照度表。

1.1 太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表構(gòu)建方法

前述提及的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表涵蓋太陽光線法平面上的直射太陽輻照度（[S]）及水平面太陽總輻照度（[Q]）［5］這2個(gè)參數(shù)，表1所列為根據(jù)前蘇聯(lián)太陽輻射源數(shù)據(jù)提出的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由于透過大氣層到達(dá)地球表面的太陽輻射主要與大氣透明度和太陽高度角有關(guān)，所以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表中的[S]和[Q]依據(jù)不同大氣透明度等級(jí)（1～6級(jí)）和太陽高度角（7°～90°）分別給出。《暖通規(guī)范》沿用表1作為中國(guó)太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表：基于前蘇聯(lián)地區(qū)8個(gè)日射臺(tái)站，獲取各類大氣透明度等級(jí)下、不同時(shí)刻的[S]值和[Q]值，進(jìn)而計(jì)算出不同大氣透明度、不同太陽高度角下[S]、[Q]的平均值，構(gòu)成太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表。為滿足空調(diào)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)考慮中國(guó)各地實(shí)際大氣壓、大氣污染程度的影響，編制組修訂提出“夏季空調(diào)設(shè)計(jì)用大氣透明度分布圖”，以配合太陽輻射基礎(chǔ)表的應(yīng)用。

1.2 夏季太陽總輻照度計(jì)算方法

計(jì)算建筑外表面的太陽總輻照度需明確作用在外表面的多種輻射之間的關(guān)系，處理建筑物外表面多種輻射關(guān)系又需要基于建筑外表面輻射平衡模型［6］。忽略周圍建筑對(duì)主體建筑的影響并假設(shè)天空散射為各向同性模型，建筑外表面的輻射平衡如圖1所示。

由圖1可知，建筑物水平外表面吸收的凈輻照度為：

式中：[JZP′]——水平外表面吸收的凈輻照度，W/m2；[S′]——水平面太陽直射輻照度，W/m2；[D]——水平面太陽散射輻照度，W/m2；[Df′]——外表面反射輻照度，W/m2；[Dy]——外表面長(zhǎng)波有效輻照度，W/m2。

建筑物垂直外表面吸收的凈輻照度為：

式中：[JZZ′]——垂直外表面吸收的凈輻照度，W/m2；[JZ]——垂直面太陽直射輻照度，W/m2；[Df]——地面反射輻照度，W/m2；[Dc]——地面長(zhǎng)波輻照度，W/m2。

中國(guó)夏季太陽總輻照度表給出了不同地理緯度不同大氣透明度等級(jí)下各時(shí)刻水平面太陽總輻照度值及各朝向垂直面的太陽總輻照度值。其中，水平面太陽總輻照度值即基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表中的[Q]值：

式中：[JZP]、[Q]——水平面太陽總輻照度，W/m2。

因此，可利用太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表通過內(nèi)插法直接計(jì)算出不同時(shí)刻（06：00—18：00）的[JZP]值。由式（2）可知，垂直外墻面所接受到的總輻照度，即各朝向垂直面太陽總輻照度的計(jì)算公式為：

式中：[JZZ]——垂直面太陽總輻照度，W/m2。

由于地面長(zhǎng)波輻照度值較小，作用在外墻上的地面長(zhǎng)波輻射值可忽略不計(jì)，故各朝向垂直面太陽總輻照度的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

各朝向垂直面的總輻照度[JZZ]主要隨式（5）中垂直面太陽直射輻射照度[JZ]的變化而變化，地球自轉(zhuǎn)引起的太陽射線不斷運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致太陽射線與垂直墻面產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化關(guān)系，[JZ]的逐時(shí)值則根據(jù)該動(dòng)態(tài)變化關(guān)系推導(dǎo)得出：

式中：[S]——太陽光線法平面上的直射太陽輻照度，W/m2；[h]——太陽高度角，（ °）；[γ]——太陽射線在水平面上的投影與墻面法線的夾角，（ °）。

利用內(nèi)插法通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表計(jì)算得出不同時(shí)刻（06：00—18：00）的[S]值，此時(shí)水平面直接輻照度[S′]為：

水平面太陽散射輻照度為：

地面反射輻照度為：

式中：[R]——地面反射率。

太陽高度角[h]、太陽射線在水平面上的投影與墻面法線的夾角[γ]計(jì)算公式分別為：

式中：[φ]——地理緯度，（ °）；[δ]——太陽赤緯，（ °）；[ω]——時(shí)角（上午為正，下午為負(fù)，正午為0），（ °）；[A]——太陽方位角，（ °）；[α]——墻面方位角，（ °）。

太陽方位角A的計(jì)算公式為：

將式（6）～式（12）分別代入式（5）中，可計(jì)算出各朝向不同時(shí)刻（06：00—18：00）的垂直面太陽總輻照度值。

綜上，在地理緯度、赤緯角、時(shí)角、地面反射率等一系列參數(shù)確定的基礎(chǔ)上，基于表1即可計(jì)算出不同地區(qū)夏季各時(shí)刻水平面太陽總輻照度值[JZP]以及各朝向垂直面太陽總輻照度值[JZZ]。

2 低緯度地區(qū)太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表的完善及驗(yàn)證

如前所述，中國(guó)《暖通規(guī)范》中現(xiàn)有的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表基本涵蓋了中國(guó)北緯20°～50°地區(qū)夏季太陽視運(yùn)動(dòng)軌跡范圍，對(duì)于中國(guó)北緯10°～20°的低緯度地區(qū)，尚需補(bǔ)充相應(yīng)太陽高度角范圍內(nèi)的輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。由表1可知，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是由太陽高度角和大氣透明度等級(jí)共同確定的。鑒于現(xiàn)行規(guī)范中按照每隔5°給出一個(gè)緯度帶在各種大氣透明度等級(jí)下的總輻射數(shù)據(jù)，下文將補(bǔ)充北緯10°、15°這兩個(gè)緯度帶相應(yīng)太陽輻射參數(shù)，以覆蓋全國(guó)范圍。

2.1 夏季太陽高度角的確定

由式（10）可知，太陽高度角與地理緯度、赤緯角和時(shí)角有關(guān)。應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)夏季太陽輻射研究的赤緯角可選取一個(gè)定值，太陽赤緯選擇7月21日的赤緯為20.6°［4，7］。這時(shí)太陽高度角僅由地理緯度和時(shí)角確定，據(jù)此，對(duì)應(yīng)某一緯度帶地區(qū)不同時(shí)刻的太陽高度角可通過式（10）計(jì)算得出。北緯10°、15°地區(qū)夏季一天中06：00—18：00對(duì)應(yīng)出現(xiàn)的太陽高度角具體數(shù)值見表2。

通過表2可看出，北緯10°、15°地區(qū)夏季太陽高度角最小值分別為4°、5°，但中國(guó)現(xiàn)行太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表（表1）中，太陽高度角的取值下限為7°，不滿足緯度低于20°地區(qū)的計(jì)算要求。因此，有必要補(bǔ)充太陽高度角小于4°時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以滿足北緯10°～20°地區(qū)的夏季太陽總輻照度表計(jì)算要求。為此，選取低緯度地區(qū)的西沙、永暑，分別計(jì)算當(dāng)?shù)叵募疽惶熘懈鲿r(shí)刻會(huì)出現(xiàn)的太陽高度角數(shù)值，見表3?？梢?，西沙夏季太陽高度角最小值為6°，永暑夏季太陽高度角最小值為3°。由此可知，永暑可獲取太陽高度角小于4°的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足計(jì)算要求。因此，根據(jù)上述對(duì)低緯度地區(qū)夏季太陽高度角范圍的探討可知，緯度低于20°的地區(qū)在計(jì)算夏季太陽總輻照度時(shí)需太陽高度角小于7°時(shí)的太陽輻射數(shù)據(jù)。本文統(tǒng)計(jì)整編永暑太陽輻射原始數(shù)據(jù)，補(bǔ)充了太陽高度角為3°時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以提供后續(xù)計(jì)算所需的基礎(chǔ)參數(shù)并最終生成低緯度地區(qū)夏季太陽總輻照度表。

2.2 夏季大氣透明度等級(jí)的確定

在確定利用永暑臺(tái)站的輻射數(shù)據(jù)來計(jì)算太陽高度角為3°時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，需進(jìn)一步確定永暑地區(qū)的夏季大氣透明度等級(jí)。大氣透明度等級(jí)的確定過程為：首先，查閱中國(guó)夏季空調(diào)設(shè)計(jì)用大氣透明度分布圖確定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下該地區(qū)的大氣透明度等級(jí)；然后，對(duì)于海拔過高的地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)卮髿鈮簩?duì)查閱出的大氣透明度等級(jí)進(jìn)行修正；最后，修正后的數(shù)值則為該地區(qū)夏季實(shí)際的大氣透明度等級(jí)。

對(duì)于中國(guó)10°～15°低緯度地區(qū)的南海海域，查閱其夏季空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)用大氣透明度分布圖［6］可知，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下其大氣透明度等級(jí)為4。以永暑為例，該地區(qū)全年的大氣壓力均高于990 hPa，故無需根據(jù)大氣壓對(duì)大氣透明度等級(jí)進(jìn)行修正［8］。綜上所述，為適應(yīng)于南海海域的大氣透明度和太陽高度角的實(shí)際特點(diǎn)，本文補(bǔ)充大氣透明度等級(jí)為4，太陽高度角為3°的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.3 原始太陽輻射數(shù)據(jù)來源及概況

選取永暑2008—2017年共10 a的太陽輻射數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型包括水平面太陽總輻照度以及法向太陽直射輻照度，數(shù)據(jù)來源為衛(wèi)星遙感融合的逐時(shí)數(shù)據(jù)［9］。

2.4 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表的完善及驗(yàn)證

為更好地與夏季空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)相匹配，本研究采用實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)法對(duì)永暑的逐時(shí)太陽輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行整編。永暑夏季一天中06：00—18：00對(duì)應(yīng)[S]值和[Q]值見表4。將表4中利用永暑太陽輻射原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理得到的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與《暖通規(guī)范》中的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如圖2所示，可發(fā)現(xiàn)兩者總體趨勢(shì)一致。

為進(jìn)一步定量分析永暑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表的準(zhǔn)確性，計(jì)算太陽輻射模型精度分析常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)均方根誤差[RMSE]（%）和平均偏差[MBE]（%）［10］。具體結(jié)果為：[S]值的[RMSE]、[MBE]分別為14.84%和13.47%；[Q]值的[RMSE]、[MBE]分別為23.62%和21.49%。表明利用永暑太陽輻射數(shù)據(jù)構(gòu)建的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表基本準(zhǔn)確。考慮與現(xiàn)行規(guī)范中夏季太陽總輻照度表相銜接，本研究最后僅采用永暑數(shù)據(jù)補(bǔ)充了太陽高度角為3°時(shí)的[S]值和[Q]值，太陽高度角7°～90°的取值則仍沿用現(xiàn)行規(guī)范中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。補(bǔ)充結(jié)果見表5，即大氣透明度等級(jí)為4、太陽高度角為3°的情況下，[S]值為201 W/m2，[Q]值為35 W/m2。

3 低緯度地區(qū)夏季太陽總輻照度表的生成

夏季太陽總輻照度的計(jì)算過程較為復(fù)雜，大體分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表的輸入與輸出、水平面和垂直面太陽總輻照度的計(jì)算兩個(gè)部分。圖3所示為夏季太陽總輻照度的計(jì)算流程，具體可分為以下7個(gè)步驟：

1）將北緯10°地區(qū)、北緯15°地區(qū)夏季一天中各時(shí)刻信息輸入式（10），計(jì)算得出的各時(shí)刻太陽高度角[h]；其中，太陽赤緯[δ]選擇7月21日的赤緯20.6°，時(shí)角[ω]的取值參見表2。

2）將計(jì)算得出的各時(shí)刻太陽高度角具體數(shù)值輸入完善后的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（表5），運(yùn)用內(nèi)插法即可輸出夏季一天中各時(shí)刻的[S]值和[Q]值，這時(shí)一天中各時(shí)刻的[Q]值即構(gòu)成夏季太陽總輻照度表中的水平面太陽總輻射部分。

3）基于各時(shí)刻[S]值運(yùn)用式（7）得出水平面直接輻照度[S′]。

4）基于各時(shí)刻[Q]值運(yùn)用式（9）得出地面反射輻照度[Df]。其中，地面反射率的取值按照城市中不同下墊面的地面反射率平均值來確定，即[R=0.2]［6，11］。

5）基于各時(shí)刻[Q]值和[S′]值，運(yùn)用式（8）得出散射輻照度[D]。

6）將北緯10°、北緯15°地區(qū)各時(shí)刻的[S]值通過太陽視運(yùn)動(dòng)相關(guān)規(guī)律進(jìn)行各朝向分離得到垂直面S、SE、SW、E、W、N、NE、NW這8個(gè)朝向的太陽直射輻照度[JZ]。

7）基于步驟4）～6）分別計(jì)算得到的地面反射輻照度、散射輻照度、各朝向太陽直射輻照度，運(yùn)用式（5）計(jì)算可得夏季太陽總輻照度表中的垂直面各朝向太陽總輻射。

按照以上計(jì)算步驟可生成中國(guó)北緯10°、15°地區(qū)各朝向不同時(shí)刻的夏季太陽總輻照度表，如表6和表7所示。將上述計(jì)算生成的中國(guó)北緯10°、15°地區(qū)夏季太陽總輻照度表與現(xiàn)行規(guī)范中北緯20°～50°地區(qū)大氣透明度等級(jí)同為4時(shí)的夏季太陽總輻照度表對(duì)比分析，見圖4。不同時(shí)刻南、北朝向太陽總輻照度值具有明顯差異。通過圖4a可知：隨著緯度的增加，南向太陽輻照度值總體呈上升趨勢(shì)，但北緯10°～20°地區(qū)南向太陽輻度基本不變。主要原因是：此時(shí)太陽射線直射北回歸線附近，北回歸線以北地區(qū)南向輻射越來越強(qiáng)，而北回歸線以南地區(qū)無南向太陽直射輻射僅存在少量散射輻射。通過圖4b可知：隨著緯度的增加，北向太陽輻照度將呈現(xiàn)4種不同的變化趨勢(shì)。主要原因是：太陽視運(yùn)動(dòng)規(guī)律導(dǎo)致夏季北半球日出東北日落西北，故早上和傍晚時(shí)刻各地區(qū)均能接受到北向的太陽直射輻射且接收到的直射輻射會(huì)隨緯度的增加而增加，而北緯25°～50°地區(qū)中午無北向太陽直射輻射，中午波峰的出現(xiàn)是因?yàn)楸毕蚪邮艿纳⑸漭椛渲饾u增加。其中北緯10°、15°地區(qū)北向太陽輻射強(qiáng)度隨時(shí)間快速增加后趨于平穩(wěn)，這主要是由于北向太陽直射輻射隨時(shí)間快速增加，后因太陽高度角的增大而減小，散射輻射量則隨正午的到來不斷增加。同時(shí)也可發(fā)現(xiàn)：北向太陽輻照度的峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于南向太陽輻照度峰值，并且峰值出現(xiàn)時(shí)刻在正午之前/之后，早于/晚于南向太陽輻射峰值時(shí)刻。

4 結(jié) 論

為解決中國(guó)北緯10°～20°地區(qū)夏季太陽總輻照度表缺失的問題，本文在分析《暖通規(guī)范》給出的北緯20°～50°地區(qū)太陽總輻照度的基礎(chǔ)上，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法補(bǔ)充了中國(guó)太陽高度角為3°、大氣透明度等級(jí)為4時(shí)的太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并進(jìn)一步依據(jù)太陽輻射相關(guān)計(jì)算公式生成了中國(guó)大氣透明度等級(jí)為4時(shí)，北緯10°、15°地區(qū)的夏季太陽總輻照度表，得到主要結(jié)論如下：

1）基于南海永暑地區(qū)2008—2017年的衛(wèi)星遙感融合逐時(shí)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法，將中國(guó)太陽輻射基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表中最小太陽高度角的取值擴(kuò)展至3°。計(jì)算得到：大氣透明度等級(jí)為4，太陽高度角為3°時(shí)的太陽光線法平面上的直射太陽輻照度[S]值為201 W/m2、水平面太陽總輻照度[Q]值為35 W/m2。

2）利用補(bǔ)充后的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，基于建筑物外表面輻射平衡模型與夏季太陽輻照度計(jì)算公式，分別生成了北緯10°、15°地區(qū)的夏季太陽總輻照度表。該表適用于大氣透明度等級(jí)為4的情況?？紤]到中國(guó)低緯地區(qū)的夏季大氣透明度等級(jí)大多為4，所以該表基本可滿足低緯度地區(qū)夏季空調(diào)設(shè)計(jì)計(jì)算需求。

3）通過分析各緯度帶地區(qū)夏季太陽總輻照度值可知，與北緯20°～50°地區(qū)相比，北緯10°、15°地區(qū)南北朝向輻射值的變化具有明顯差異。北緯10°、15°地區(qū)，夏季南朝向太陽總輻照度值主要受散射輻射影響，峰值出現(xiàn)在正午，輻照度值范圍分別為15～167 W/m2、21～169 W/m2；夏季北朝向太陽總輻照度值在日出日落時(shí)刻低于高緯度地區(qū)，后迅速增大并在靠近正午時(shí)趨于平緩，輻照度值范圍分別為85～328 W/m2、97～267 W/m2。

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STUDY ON GLOBAL SOLAR IRRADIANCE FOR SUMMER IN

LOW LATITUDES OF CHINA

Yin Kaili1，Xie Jingchao1，Zhang Xiaojing1，Hao Ziyang1，Wang Jianping2，Liu Jiaping1

（1. College of Architecture and Civil Engineering， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China；

2. Institute of Naval Engineering Design， NVRA， Beijing 100070， China）

Abstract：Solar irradiance is an important basic parameter for building thermal design， HVAC design and solar energy utilization. At present， Design code for heating ventilation and air conditioning of civil buildings GB 50736—2012 provides the global solar irradiance for summer in the region of 20°-50° north latitude， but there is still a lack of standard values in the low-latitude region below 20° north. To solve this problem， the solar radiation raw data of Yongshu and Xisha， which is at a latitude of 9°40’N and 16°50’N respectively， are organized. Then the processed data are used to calculate fundamental data of solar radiation at a solar elevation of 3° and atmospheric transparency of level 4. Based on the supplemented fundamental data table， through interpolation and theoretical calculation， the global solar irradiance for summer is generated for the area at 10°N and 15°N latitude with atmospheric transparency of level 4. The results provide standard data for the research solar irradiance and application of solar energy in low latitude areas.

Keywords：solar radiation； standards； interpolation； solar energy； low latitude