【GB国家标准】 日光的空间分布CIE一般标准天空

GB/T 20148—2006 日光的空间分布 CIE一般标准天空 Spatial distribution of daylight--CIE standard general sky (CIE S 011/E:2003) 前言 本标准等同采用 CIE S 011/E:2003《日光的空间分布——CIE一般标准天空》(Spatial distribution of daylight--CIE standard general sky)英文版。此外，本标准做了下列编辑性修改： a) 将“本国际标准”改为“本标准”； b) 将作为小数点的“,”改为“.”； c) 删除 CIE S 011/E:2003 的前言。 本标准由全国照明电器标准化技术委员会 (SAC/TC 224) 提出。本标准起草单位为国家电光源质量检验中心（北京）。本标准主要起草人包括：齐容、华树明、李艳杰、马荷芳。本标准首次制定。 引言 天空的亮度分布取决于大气和气候，并且在一天当中，随着太阳位置的变化而变化。本标准列出了一组亮度分布，用于模拟各种条件下的天空，从浓阴天的大空到无云的大空。本标准用于两个目的： 1) 用作对所测得的天空亮度分布进行分类的一般基础； 2) 给出在日光照明设计程序中用于计算天空亮度的方法。 本标准规定了相对亮度分布的定义：天空任一点的亮度是天顶亮度的函数。为了便于日光照明的计算，可采用天顶亮度值和水平照度值来获得绝对亮度分布。本标准包括CIE标准晴天天空和CIE标准阴天天空，它们均被视为一般天空的特殊情况。阴天天空被表示为一个单独的公式，因为存在许多使这种特殊的亮度分布的数学方程式具体化的计算方法。 1 范围 本标准规定了一组在理论和实际应用上均与太阳光照明有联系的室外光照条件：所给定的亮度分布具有下述特性： 1) 它们都对称于太阳子午线，且均为太阳天顶角 $\zeta_s$ 和面元天顶角 $\zeta$ 之间的角距离 $\alpha$ 的函数； 2) 它们被定义为平滑连续的函数。 这种亮度分布是典型的晴天大空，其特征是其中的云层是单色的。它们能为许多实际户外光照计算提供足够精确的无云晴天天空的近似值。 3) 在天空任一点的相对亮度取决于该天空的面元与太阳之间的角度 $\alpha$，以及该面元与天顶之间的角度 $\zeta$。该相对亮度由两个函数给出：相对散射特征曲线 $f(\zeta)$ 和亮度色调函数 $g(\alpha)$。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款： GB/T 2900.65 电学量和单位 第6部分：光及有关电磁辐射 ISO 31-6：1992 量和单位 第6部分：光及有关电磁辐射 3 符号的清单 本标准采用下述符号： $\gamma$：某一天空面元的方位角（由北向顺时针方向) (rad) $\zeta$：某一天空面元的仰角/天顶角 (rad) $\zeta_s$：太阳的天顶角 (rad) $\alpha$：某一天空面元和太阳之间的角距离 (rad) $L$：天空面元的亮度 ($cd/m^2$) $L_0$：天顶亮度 ($cd/m^2$) $f(\zeta)$：散射特征曲线函数 $g(\alpha)$：亮度色调函数 4 规范：相对天空亮度分布 任意一个天空面元的位置由其天顶角 $\zeta$ 以及该面元和太阳之间的方位角度之差 $\alpha$ 决定。如果 $\zeta_s$ 是太阳的天顶角度，则该面元和太阳之间的角距离 $\alpha$ 为： $\alpha = \arccos(\cos \zeta \cos \zeta_s + \sin \zeta \sin \zeta_s \cos(\gamma - \gamma_s)) 天空面元的相对亮度与天顶亮度之比为： $L(\zeta, \alpha) / L_0 = f(\zeta) \cdot g(\alpha)$ 其中，$f(\zeta)$ 是散射特征曲线： $f(\zeta) = 1 + c_{\alpha} \exp(d_{\alpha} \cos \zeta)$ $g(\alpha)$ 是亮度色调函数： $g(\alpha) = 1 + \beta \exp(-\alpha / \alpha_0)$ (简化描述) 5 规范：标准参数 为了进行分类，公式中的参数 $\alpha$ 和 $\beta$ 在下表（表1）中给出。该表列出了标准相对亮度分布的类型： 表 1 标准参数及天空类型说明 | 类型 | 天空类型描述 | 特征说明 | | :--- | :--- | :--- | | 1 | CIE标准晴天天空 | 亮度随天顶角变化，接近天顶时方位角一致 | | 5 | CIE标准暗天天 | 低亮度，接近暗天状况 | | 6 | 传统阴天天空 | 模拟阴天天空的亮度分布 | | ... | ... | ... | （注：详细参数包括 $\alpha$, $\beta$ 等，见标准全文） 6 规范：传统阴天天空 CIE一般天空将传统阴天天空公式化为第16类天空，用于模拟阴天情况。此亮度分布表示为天空面元的亮度 $L$ 与天顶亮度 $L_0$ 之比： $L/L_0 = 1 + 2 \sin(\theta)$ (其中 $\theta$ 为地平线上方天空元的仰角) 7 标准天空的来源 CIE标准晴天天空和CIE标准阴天天空是在1955年至1996年间形成发展的。CIE一般天空是对CIE晴天天空公式的概括归纳结果，已被证明能为不同气候条件下的天空发光分布提供良好的模型。