Newsletter

Login Form



Czytaj także -

Aktualne wydanie

Okładka SS-07-08 2017

20170725-edgetech-banner-160x600-polonaisEDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK

EDG Swiat Szkla Skyscraper 160x600 BAU OK 

 

facebook12

czytaj newsy Świata Szkła

- więcej szklanej architektury

 

Baztech

Miesięcznik Świat Szkła

indeksowany jest w bazie

czasopism technicznych

 

Wydanie Specjalne

 

Fasady przeszklone termika akustyka odpornosc ogniowa 2016

 

okna pasywne 2015a

 

Fotowoltaika w architekturze okladka

 

20140808Przegrody przeciwpozarowe

 

konstrukcje szklane

 

20140533 Konstrukcje przeszklone 2

 

 

 

baner mochnik colorimo 750X100

 

 

lisec SS FastLAne

 

baner konferencja 12 2017 

 

 

Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego "g". Część 2
Data dodania: 06.03.09

Efektywność oszkleń w ograniczaniu i modyfikacji widmowej przepuszczalności promieniowania słonecznego może być kształtowana w szerokim zakresie, dzięki stosowaniu szkieł o odpowiednim składzie chemicznym (zawartości składników tlenkowych nadających szkłom właściwości absorpcyjne) i grubości szyb wchodzących w skład oszklenia oraz sposobach wykończenia ich powierzchni, w tym zwłaszcza polegających na zastosowaniu powłok o odpowiednich właściwościach przeciwsłonecznych i/lub niskoemisyjnych.



Wpływ na przepuszczalność energii promieniowania słonecznego ma też budowa oszklenia (jedno- lub więcej szybowe, w tym szyby zespolone o zróżnicowanej szerokości i rodzaju gazowego wypełnienia przestrzeni międzyszybowej).

 

Wpływ atmosfery i referencyjne widma słoneczne

Energia promieniowania słonecznego osiągająca atmosferę ziemską jest stosunkowo stała pod względem ilościowym i zawarta w zakresie około 280-4000 nm, lecz ulega dyspersji na znacznym obszarze. W związku z tym jej ilość w każdym danym punkcie tego obszaru ulega odpowiedniemu zmniejszeniu, z czym wiąże się też obniżenie temperatury. Dyspersja promieniowania słonecznego wynika z ruchu obrotowego Ziemi i odbywa się na wszystkich szerokościach geograficznych, a zwłaszcza w obszarach nad biegunami.



Około 25% całego promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi jest rozpraszane we wszystkich kierunkach, a niektóre długości fal promieniowania są odchylane w różnych kierunkach przez obecne w atmosferze ziemskiej cząsteczki gazów, zawieszone cząstki stałe i parę wodną. Rozpraszanie to jest odpowiedzialne m.in. za barwę nieba, czerwone zabarwienie Słońca i różne barwy chmur podczas jego zachodów i wschodów oraz szereg innych zjawisk optycznych.

 

Występuje ono zawsze w atmosferze, lecz w zwykłych warunkach zakresu długości promieniowania i przy stosunkowo dużych rozmiarach cząstek, związanych z zawartością wilgoci, obserwowany efekt stanowią białe chmury i białawe zamglenie nieba, zwane rozproszonym (dyfuzyjnym) odbiciem. Zwykle dotyczy ono dwu trzecich (lub więcej) całkowitego promieniowania słonecznego osiągającego Ziemię.

 

Ponadto część promieniowania słonecznego, średnio wynosząca około 36% (określana jako średnie całkowite albedo powierzchni Ziemi), ulega odbiciu od powierzchni Ziemi, z powrotem w kierunku przestrzeni kosmicznej. Różne rodzaje powierzchni różnią się stopniem odbicia tego promieniowania (np. chmury odbijają 40-80%, śnieg 50-80% (zależnie od stopnia zanieczyszczenia), powierzchnie lądowe, zależnie od rodzaju pokrycia od 5% (gęste, ciemne lasy) do ok. 30% (płaskie, suche powierzchnie), a powierzchnie wód od 2% przy słońcu w zenicie do prawie 100%, gdy jest ono nisko nad linią horyzontu.

 

Ogólnie, przy położeniu Słońca pod kątem większym niż 25o nad horyzontem, wielkość albedo wynosi poniżej 10, przy czym zależność ta nie ma charakteru liniowego. W związku z tym, że poziom zachmurzenia ma największy wpływ na ziemskie albedo, musi on być szczególnie brany pod uwagę przy określaniu rzeczywistej wielkości albedo.



Ziemia i jej atmosfera absorbują około 64% promieniowania słonecznego, z tego około 51 % przypada na powierzchnie lądów i wód, a pozostałe 13% na bezpośrednie pochłanianie przez ozon, tlen, dwutlenek węgla i parę wodną. Absorpcja ta w większości ma charakter selektywny.

 

Masy powietrza atmosferycznego nad powierzchnią Ziemi, stanowiące rodzaj filtra dla promieniowania słonecznego, określane są numeracją wzrastającą, stosownie do rosnącej długości drogi tego promieniowania poprzez atmosferę. Wynikają stąd różnice w rozkładach widmowych natężenia promieniowania słonecznego. Dla celów obliczania danych foto-metrycznych i porównywania efektywności urządzeń fotowoltaicznych, są one standaryzowane.



Najczęściej do celów obliczeniowych i porównawczych wykorzystywane są referencyjne masy powietrza AM 0,0; 1,0; 1,5; 2,0. Służą one do wyznaczania rozkładu natężenia promieniowania słonecznego, dla widma odpowiadającego całkowitemu promieniowaniu docierającemu do atmosfery (AM 1,0) i powierzchni Ziemi, odpowiednio:

- gdy wektor wyznaczający pozycję słońca jest prostopadły do powierzchni ziemi (Słońce w położeniu zenitalnym - AM 1,0);

- gdy wektor wyznaczający pozycję słońca jest obrócony o 48,2o w stosunku do swojej pozycji prostopadłej (AM 1,5);

- gdy wektor wyznaczający pozycję słońca jest obrócony o 60,1o w stosunku do swojej pozycji prostopadłej (AM 2,0).

 

Referencyjne widma słoneczne dla znormalizowanych mas powietrza sporządzane są dla standardowych warunków ciśnienia i temperatury oraz dla wysokości poziomu morza (rys. 2 i 3).

 

Masę powietrza oblicza się jako stosunek długości drogi strumienia promieniowania słonecznego przez warstwę atmosfery, gdy Słońce jest pod danym kątem Θ w stosunku do położenia w zenicie, do długości drogi tego strumienia, gdy Słońce znajduje się w zenicie (rys. 2). W sposób przybliżony, masy powietrza można wyznaczać z zależności AM=1/cos(Θ).

 

Widmo energii słonecznej dla masy powietrza AM=1,0 (np. na rys. 3) przedstawia uśrednione warunki, dobrze odpowiadające klimatowi większości państw europejskich i dlatego względny rozkład promieniowania dla tej masy powietrza został uwzględniony w normie EN 410.

 

Z kolei rozkład promieniowania w widmie słonecznym przy AM 1,5 dobrze odpowiada średnim warunkom ziemskim i został zastosowany dla celów normy ISO 9050, a także niektórych norm ASTM, gdyż uwzględnia uśrednione warunki dla 48 stanów USA.

 

Norma europejska EN 410, która odpowiada warunkom klimatu umiarkowanego i śródziemnomorskiego, a także stref około- równikowych, została opracowana przez odpowiednią komisję przy Radzie Europejskiej, z uwzględnieniem przedmiotowych postanowień normy ISO 9050, jako normy międzynarodowej. Atlas bazowych danych spektralnych odnośnie rozkładów natężenia promieniowania słonecznego, opracowany pod auspicjami Unii Europejskiej, został wydany m. in. w roku 2000 (Scharmer&Greif, 2000).

 

W przypadku normy ISO 9050, należy podkreślić, że dopuszcza ona możliwość stosowania rozkładów widma słonecznego przy masach powietrza innych niż AM=1,5, jakkolwiek limitując równocześnie warunki takiego postępowania. Podaje ona, że charakterystyczne właściwości szkła mogą być określane według innych warunków granicznych (znormalizowanych). Standardowe wartości współczynników przekazywania ciepła w kierunku wnętrza i na zewnątrz oszklenia mogą być wówczas zastąpione innymi wartościami, lecz zmienionymi tylko w sposób dopuszczalny w tej normie.

 

W szczególności, w przypadku dokonanie takich zmian, norma ISO 9050 wymaga, aby raport z badań zawierał dokładne wyszczególnienie dokonanych zmian oraz opis danych referencyjnych i wartości standardowych, zastosowanych przy wykonywaniu badań i obliczaniu ich wyników. Korzystając z tej normy należy też uwzględniać wymagania podanych w niej norm związanych, określających warunki i sposób wykonywania badań właściwości i oznaczeń parametrów fotometrycznych.

 

Dla potrzeb m. in. medycznych, kosmetycznych, muzealni-czych i ogólnoużytkowych (handel, wystawiennictwo), norma ISO 9050 uwzględnia też, w formie odpowiednich współczynników, niekorzystny wpływ promieniowania krótkofalowego na skórę i materiały. W normie ISO 9050, często stosowanej w państwach północnych Europy i Ameryce Północnej, za referencyjne, najlepiej uśrednione, przyjmuje się widmo słoneczne dla masy powietrza AM=1,5, przy czym pod uwagę bierze się widmo promieniowania bezpośredniego wraz z rozproszonym. Niemniej, w przypadku państw Ameryki Północnej, warunki klimatyczne są ogólnie bardzo zróżnicowane i w związku z tym czynione są ustawicznie próby uściślania widm referencyjnych uwzględnianych w normach.

 

Podstawy do działań w tym względzie w USA, zapewnia Narodowa Agencja Ae-ronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA), prowadząca zarówno szczegółowe badania z zastosowaniem technik kosmicznych, umożliwiające śledzenie i monitorowanie zmian w atmosferze ziemskiej i ich wpływu na warunki meteorologiczne i klimatyczne, jak i zaawansowane badania nad wykorzystaniem energii słonecznej do celów użytkowych.

 

Warunki te sprzyjają uściślaniu danych w odniesieniu do lokalnych warunków natężenia promieniowania słonecznego i ich dopasowania do wymagań urządzeń wykorzystujących energię słoneczną. Najnowsza baza danych USA opiera się na obserwacjach z przeszło 30 lat. W stosowanym dla celów m. in. budownictwa i testowania urządzeń fotowoltaicznych, stale aktualizowanym wydawnictwie ASHRAE: Handbook of Fundamentals, podaje się stabelaryzowane dane do obliczania współczynnika całkowitej przepuszczalności promieniowania słonecznego, dla odchyleń od prostopadłego położenia słońca w zakresie kątów Θ od 0o-64o, wyznaczane co 8o.

 

Dane te służą m. in. do uściślenia obliczeń dokonywanych dla potrzeb budownictwa, co pozwala na dokładniejsze dostosowanie parametrów oszkleń (współczynnika g, a także współczynnika zacienienia) do lokalnych potrzeb. W przypadku urządzeń technicznych wykorzystujących energię słoneczną, do badania ich efektywności stosuje się najczęściej warunki odpowiadające masie powietrza AM 1,5, przy nachyleniu powierzchni Ziemi pod kątem wynoszącym 37o. Widmowy rozkład natężenia promieniowania słonecznego dla takich warunków, według ASTM G 173-03, pokazano na rys. 4.

 

Niektóre normy ASTM (USA) biorą ponadto pod uwagę sezonowe i dobowe różnice temperatur i przyjmują je do obliczania współczynników przekazywania ciepła. Pozwala to następnie określać wartości współczynnika przenikania ciepła U oszkleń zespolonych, oddzielnie dla warunków letnich i zimowych. Rozeznanie odnośnie właściwości oszkleń oferowanych na rynku amerykańskim może też utrudniać stosowanie przez niektórych producentów jednostek innych niż metryczne i układu SI.

 

Podsumowanie

Jednym z podstawowych kryteriów oceny właściwości użytkowych szkieł i oszkleń jest współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego ,,g", zwany współczynnikiem promieniowania słonecznego stanowi ważny parametr charakteryzujący właściwości przeciwsłoneczne szkieł i oszkleń. Jego znajomość pomaga we właściwy sposób dobierać oszklenia pod kątem warunków otoczenia i charakteru budynku, w celu zapewnienia lub poprawy komfortu przebywania w pomieszczeniach.

 

Pod względem formalnym i merytorycznym, norma europejska EN 410 i międzynarodowa ISO 9050 są równoważne. Do wyznaczania widmowych rozkładów natężenia promieniowania słonecznego stosują one wprawdzie różne masy powietrza, lecz na ogół różnice wyników oznaczeń z tego tytułu są nieduże. Należy natomiast wyraźnie podkreślić, że podane dane natury ogólnej oraz informacje odnośnie uwarunkowań przyjmowanych w tych normach nie mają na celu ani nie dają podstaw do dokonywania prostych porównań pomiędzy zawartością tych norm i oznaczanymi według nich parametrami szkieł i oszkleń. W każdym konkretnym przypadku, zarówno dla celów wykonania lub interpretacji wyników badań, jak i porównywania właściwości szkieł i oszkleń, należy szczegółowo zapoznać się z treścią i granicznymi wymaganiami tych norm, a ewentualnych porównań oznaczanych z ich użyciem parametrów optycznych i cieplnych szkieł i oszkleń dokonywać dopiero po odpowiednim przeliczeniu.

 

Elżbieta Żelazowska

ISiC, Oddział Zamiejscowy Kraków

 

Przy opracowaniu tego artykułu korzystano z oryginałów (wersji w języku angielskim) norm:

- EN 410:1998 - Glass in building - Determination of luminous and solar characteristics of glazing (1998 CEN)

- ISO 9050:2003(E) - Glass in building - Determination of light transmittance, solar direct transmittance, total transmittance, and related glazing factors.

 

patrz też:

- Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego "g". Część 2 , Elżbieta Żelazowska, Świat Szkla 6/2005

- Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego "g". Część 1 , Elżbieta Żelazowska, Świat Szkla 5/2005

 

 

więcej informacji: Świat Szkla 6/2005

 

Objaśnienia:

Θo = kąt odchylenia pozycji Słońca od położenia w Zenicie; AM = Masa powietrza (Air Mass);

Θ1 = 0o odpowiada AM = 0,0 (do linii atmosfery, kolor indygo), AM = 1,0 (do powierzchni Ziemi);

Θ2 = 48,2o odpowiada AM = 1,5 (do powierzchni Ziemi);

Θ3 = 60,1o odpowiada AM=2,0 (do powierzchni Ziemi)

 

Rys. 2. Masy powietrza przy rożnych długościach drogi promieniowania słonecznego do powierzchni Ziemi (rożnych odchyleniach kątowych pozycji Słońca od położenia zenitalnego)

 

Rys. 3. Natężenie promieniowania słonecznego bezpośredniego przy rożnych masach powietrza (AM 1,0) odpowiada warunkom normy europejskiej)

 

Rys. 4. Standardowy rozkład energii promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi (kolor czarny) i padającego na jej powierzchnię (odpowiada też warunkom normy ASTM E 892, dla masy powietrza = 1,5; promieniowanie bezpośrednie + rozproszone - kolor niebieski, bezpośrednie - kolor czerwony)     


 

 

 

Czytaj także --

 

 

01 chik