CIE 215-2014 CIE Standard General Sky Guide.pdf

1、 TECHNICAL REPORT CIE Standard General Sky Guide CIE 215:2014 UDC: 628.921/.928 Descriptor: Daylighting of interiors 628.9.02 Light from celestial bodies and the sky ISBN xxx-x-xxxxxx-xx-x ISBN 978-3-902842-54-1 THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on Illuminatio

2、n (CIE) is an organization devoted to international co-operation and exchange of information among its member countries on all matters relating to the art and science of lighting. Its membership consists of the National Committees in about 40 countries. The objectives of the CIE are: 1. To provide a

3、n international forum for the discussion of all matters relating to the science, technology and art in the fields of light and lighting and for the interchange of information in these fields between countries. 2. To develop basic standards and procedures of metrology in the fields of light and light

4、ing. 3. To provide guidance in the application of principles and procedures in the development of international and national standards in the fields of light and lighting. 4. To prepare and publish standards, reports and other publications concerned with all matters relating to the science, technolo

5、gy and art in the fields of light and lighting. 5. To maintain liaison and technical interaction with other international organizations concerned with matters related to the science, technology, standardization and art in the fields of light and lighting. The work of the CIE is carried out by Techni

6、cal Committees, organized in seven Divisions. This work covers subjects ranging from fundamental matters to all types of lighting applications. The standards and technical reports developed by these international Divisions of the CIE are accepted throughout the world. A plenary session is held every

7、 four years at which the work of the Divisions and Technical Committees is reported and reviewed, and plans are made for the future. The CIE is recognized as the authority on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important position among international organizations. LA COMMISSION

8、 INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE La Commission Internationale de lEclairage (CIE) est une organisation qui se donne pour but la coopration internationale et lchange dinformations entre les Pays membres sur toutes les questions relatives lart et la science de lclairage. Elle est compose de Comits Nation

9、aux reprsentant environ 40 pays. Les objectifs de la CIE sont : 1. De constituer un centre dtude international pour toute matire relevant de la science, de la technologie et de lart de la lumire et de lclairage et pour lchange entre pays dinformations dans ces domaines. 2. Dlaborer des normes et des

10、 mthodes de base pour la mtrologie dans les domaines de la lumire et de lclairage. 3. De donner des directives pour lapplication des principes et des mthodes dlaboration de normes internationales et nationales dans les domaines de la lumire et de lclairage. 4. De prparer et publier des normes, rappo

11、rts et autres textes, concernant toutes matires relatives la science, la technologie et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. 5. De maintenir une liaison et une collaboration technique avec les autres organisations internationales concernes par des sujets relatifs la science, la techn

12、ologie, la normalisation et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. Les travaux de la CIE sont effectus par Comits Techniques, organiss en sept Divisions. Les sujets dtudes stendent des questions fondamentales, tous les types dapplications de lclairage. Les normes et les rapports techni

13、ques labors par ces Divisions Internationales de la CIE sont reconnus dans le monde entier. Tous les quatre ans, une Session plnire passe en revue le travail des Divisions et des Comits Techniques, en fait rapport et tablit les projets de travaux pour lavenir. La CIE est reconnue comme la plus haute

14、 autorit en ce qui concerne tous les aspects de la lumire et de lclairage. Elle occupe comme telle une position importante parmi les organisations internationales. DIE INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) ist eine Organisation, die sich der internatio

15、nalen Zusammenarbeit und dem Austausch von Informationen zwischen ihren Mitgliedslndern bezglich der Kunst und Wissenschaft der Lichttechnik widmet. Die Mitgliedschaft besteht aus den Nationalen Komitees in rund 40 Lndern. Die Ziele der CIE sind: 1. Ein internationales Forum fr Diskussionen aller Fr

16、agen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik und fr den Informationsaustausch auf diesen Gebieten zwischen den einzelnen Lndern zu sein. 2. Grundnormen und Verfahren der Messtechnik auf dem Gebiet der Lichttechnik zu entwickeln. 3. Richtlinien fr die Anwendung von Prinzip

17、ien und Vorgngen in der Entwicklung internationaler und nationaler Normen auf dem Gebiet der Lichttechnik zu erstellen. 4. Normen, Berichte und andere Publikationen zu erstellen und zu verffentlichen, die alle Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik betreffen. 5. L

18、iaison und technische Zusammenarbeit mit anderen internationalen Organisationen zu unterhalten, die mit Fragen der Wissenschaft, Technik, Normung und Kunst auf dem Gebiet der Lichttechnik zu tun haben. Die Arbeit der CIE wird durch Technische Komitees geleistet, die in sieben Divisionen organisiert

19、sind. Diese Arbeit betrifft Gebiete mit grundlegendem Inhalt bis zu allen Arten der Lichtanwendung. Die Normen und Technischen Berichte, die von diesen international zusammengesetzten Divisionen ausgearbeitet werden, sind auf der ganzen Welt anerkannt. Alle vier Jahre findet eine Session statt, in d

20、er die Arbeiten der Divisionen berichtet und berprft werden, sowie neue Plne fr die Zukunft ausgearbeitet werden. Die CIE wird als hchste Autoritt fr alle Aspekte des Lichtes und der Beleuchtung angesehen. Auf diese Weise unterhlt sie eine bedeutende Stellung unter den internationalen Organisationen

21、. Published by the COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE CIE Central Bureau Babenbergerstrasse 9, A-1010 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(1)714 31 87 e-mail: ciecbcie.co.at www.cie.co.at CIE 2014 - All rights reserved TECHNICAL REPORT CIE Standard General Sky Guide CIE 215:2014 UDC: 628.921/.928 Descripto

22、r: Daylighting of interiors 628.9.02 Light from celestial bodies and the sky ISBN 978-3-902842-54-1 CIE 215:2014 II This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 3-51 of Division 3 “Interior Environment and Lighting Design“ and has been approved by the Board of Administration as

23、 well as by Division 3 of the Commission Internationale de lEclairage. The document reports on current knowledge and experience within the specific field of light and lighting described, and is intended to be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that

24、the status of this document is advisory and not mandatory. Ce rapport technique a t labor par le Comit Technique CIE 3-51 de la Division 3 “Environnement intrieur et tude de lclairage“ et a t approuv par le Bureau et Division 3 de la Commission Internationale de lEclairage. Le document expose les co

25、nnaissances et lexprience actuelles dans le domaine particulier de la lumire et de lclairage dcrit ici. Il est destin tre utilis par les membres de la CIE et par tous les intresss. Il faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Dieser Technische Bericht ist vom Technischen

26、 Komitee CIE 3-51 der Division 3 “Innenraum und Lichdesign“ ausgearbeitet und vom Vorstand sowie Division 3 der Commission Internationale de lEclairage gebilligt worden. Das Dokument berichtet ber den derzeitigen Stand von Wissen und Erfahrung in dem behandelten Gebiet von Licht und Beleuchtung; es

27、ist zur Verwendung durch CIE-Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Dokument eine Empfehlung und keine Vorschrift ist. Any mention of organizations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst every care has been taken in the compi

28、lation of any lists, up to the time of going to press, these may not be comprehensive. Toute mention dorganisme ou de produit nimplique pas une prfrence de la CIE. Malgr le soin apport la compilation de tous les documents jusqu la mise sous presse, ce travail ne saurait tre exhaustif. Die Erwhnung v

29、on Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich groe Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Drucklegung angewendet wurde, besteht die Mglichkeit, dass diese nicht vollstndig sind. CIE 2014 - All rights reserved CIE 215:2014 III The f

30、ollowing members of TC 3-51 “CIE Standard General Sky Guide” took part in the final preparation of this guide by using previously unpublished material of CIE. The committee comes under Division 3 “Interior Environment and Lighting Design”. TC 3-51 finalized the guide following activities of the prev

31、ious TC 3-37 “A Guide for the Application of the CIE Standard General Sky“ chaired by Y. Uetani, D. Kendrick and D. Dumortier and with main contributions by I. Ashdown, S. Darula, P. Greenup, R. Kittler, J. Mardaljevic and G. Roy during 2002 - 2010. Authors: Darula, S. Slovakia (Chair) Ashdown, I. C

32、anada Bartzokas, A. Greece Bisegna, F. Italy Dumortier, D. France Greenup, P. Australia Kambezidis, H.D. Greece Kendrick, D. Australia Kittler, R. Slovakia Kobav, M. Slovenia Koga, Y. Japan Lo Verso, V.R.M. Italy Mardaljevic, J. United Kingdom Markou, M. Greece Ng, E. Hong Kong Roy, G. Australia Uet

33、ani, Y. Japan Wittkopf, S. Switzerland Advisors: Kmar, L. Slovakia Norvasuo, M. Finland CIE 215:2014 IV CONTENTS Summary VI Rsum VI Zusammenfassung VI 1 Introduction 1 2 Scope 1 3 Terms and Definitions 2 4 Sky Standard Basis 5 4.1 Average Sky Conditions 5 4.2 The Standard General Sky and Previous Sk

34、y Standards 5 4.2.1 Uniform Sky 5 4.2.2 Overcast Skies 6 4.2.3 Clear Skies 6 4.3 Current Daylight Modelling Practices 7 4.3.1 The Daylight Factor 7 4.3.2 Use of Selected Non-Overcast Skies 8 4.4 Need for New Standardized Universal Sky Models 8 5 Fundamental Concept 9 5.1 Gradation and Indicatrix Fun

35、ctions 9 5.1.1 Sky Luminance Gradation 9 5.1.2 Scattering Indicatrix 9 5.2 Relative Standard Sky Luminance Distributions 9 5.3 Overview of Standard Sky Luminance Distributions 9 5.4 Parameterization 15 5.5 Selection of Sky Model and Sky Classification 15 5.6 Sky Classification Parameter Lvz/EvdRatio

36、 16 5.7 Determination of the Absolute Zenith Luminance 18 5.8 Prediction of the Absolute Outdoor Horizontal Illuminance 18 6 Artificial Skies and Sky Simulators 20 6.1 Overview of Existing Typologies of Sky Simulators 20 6.2 Accuracy and Errors of Sky Luminance Distributions and Ground Illuminances

37、23 7 Applications 25 7.1 Typical and Atypical Sky Standard Cases 25 7.2 SkyModeller 26 7.3 Method of Arbitrary Aperture Meridians 26 7.4 Virtual Sky Dome 26 7.5 HOLIGILM 27 7.6 Daylight Reference Year 27 7.7 Representative Sky 29 8 Calculations and Presentations 30 8.1 Examples for the Calculation o

38、f the Standard Daylight Illuminance 30 8.2 Examples for the Calculation of the Standard Sky Luminance 35 CIE 215:2014 V 8.3 Examples for the Analysis and Evaluation of Sky Scans 39 8.4 Examples for the Visualization of the Sky Luminance Distribution 41 Annex A Radiometric and Photometric Variables a

39、nd Formulae 43 Annex B Defining Solar Position 45 Annex C Parameters for Prediction of Zenith Luminance 46 Annex D Parameters for Prediction of Clear Sky Luminance 47 Annex E Luminous Turbidity Factors under Clear Sky Types 48 Annex F Script for SSLD Sky Simulation in Radiance Program 49 Annex G C-C

40、ode for Calculation of Relative Gradation Function from Scanned Data 50 Annex H Code for Calculation of Relative Indicatrix Function from Scan Data 52 Annex I Data Sources 55 References 56 Bibliography 61 a) Theory and General Information 61 b) Sky Type Classification 62 c) Daylight Availabilitry an

41、d Sky Type Occurence 63 d) Daylight Climate 64 e) Calculations, Evaluations 65 f) Parameterization 66 g) Measurements 67 h) Applications 68 CIE 215:2014 VI CIE STANDARD GENERAL SKY GUIDE Summary This report collects information for the application of the CIE Standard General Sky for general users an

42、d designers. The guide provides an explanation of the CIE Standard General Sky concept, which is described in ISO 15469:2004/CIE S 011:2003, and of its simplified use by practitioners. The document includes an extensive list of references on the subject and gives recommendations for prediction metho

43、ds, tools and computer programs. GUIDE DU CIEL GNRAL NORMALIS CIE Rsum Ce rapport rsume les informations sur lutilisation du ciel gnral normalis CIE pour les utilisateurs en gnral et les concepteurs. Le guide fournit une explication du concept du ciel gnral normalis CIE, dfini dans ISO 15469:2004/CI

44、E S 011:2003, et de son utilisation simplifie par les professionnels. Le document contient une liste dtaille de rfrences sur le sujet et donne des recommandations sur les mthodes de prdiction, les outils et les programmes informatiques. LEITFADEN FR DEN “CIE STANDARD GENERAL SKY” Zusammenfassung Die

45、ser Bericht fasst Informationen zur Anwendung des “CIE Standard General Sky“ fr gewhnliche Nutzer und Planer zusammen. Der Leitfaden stellt eine Erluterung des Konzepts des “CIE Standard General Sky“, welches in ISO 15469:2004/CIE S 011:2003 beschrieben wird, und dessen vereinfachte Anwendung durch

46、Fachleute bereit. Das Dokument beinhaltet eine ausfhrliche Liste von Referenzen zum Thema und gibt Empfehlungen fr Vorhersagemethoden, Hilfsmittel und Computerprogramme. CIE 215:2014 1 1 Introduction The Joint ISO/CIE Standard ISO 15469:2004/CIE S 011/E:2003 “Spatial Distribution of Daylight CIE Sta

47、ndard General Sky” (subsequently referred to as the “ISO/CIE Standard”) lists a set of sky luminance distributions for a wide range of atmospheric conditions. It provides a universal basis for the classification of measured sky luminance distributions and a method of calculating sky luminance distri

48、butions for daylight prediction and daylighting design procedures. The purpose of this guide is to assist the user in the application of the ISO/CIE Standard in accordance with CIE recommendations for the application of Standard Sky Luminance Distributions (SSLD). It should be read as an adjunct to

49、the ISO/CIE Standard because reference is made from time to time to formulae and diagrams to be found in that document. Daylight design predictions and window system evaluations have traditionally been based on the worst-case winter weather conditions in Europe, namely the standard overcast sky, with relative values expressed as daylight factors on an interior working plane. However, this assumption ignores variable d