Promieniowanie słoneczne stanowi podstawowy czynnik podtrzymujący życie na naszej planecie, lecz aby mogło ono pełnić tę funkcję, jego energia kierowana w stronę Ziemi nie może w całości i bezpośrednio osiągać jej powierzchni.

 

Musi ono być filtrowane i zubażane w niektórych zakresach długości fal, co ma miejsce podczas jego przechodzenia przez warstwę atmosfery.

 

Dalszemu ograniczeniu i modyfikacji widmowej przepuszczalności tego promieniowania służą między innymi oszklenia zawierające rodzaje szkła o odpowiednich charakterystykach optycznych w zakresie długości fal odpowiadających promieniowaniu słonecznemu.

 

 

 

Rys. 1. Przykład podziału promieniowania słonecznego padającego na oszklenie (szyba zespolona, Z = szyba zewnętrzna, W = szyba wewnętrzna ). 

 

Efektywność oszkleń w tej mierze 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, 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 zespolone o zróżnicowanej szerokości i rodzaju gazowego wypełnienia przestrzeni międzyszybowej).

 

Współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego i parametry związane

Jednym z podstawowych kryteriów oceny właściwości przeciwsłonecznych szkieł i oszkleń jest współczynnik całkowitej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego „g", zwany też współczynnikiem promieniowania słonecznego lub nasłonecznienia (od ang. solar factor).

 

Wielkość tego współczynnika, teoretycznie zawierająca się w przedziale 0 - 1, określa jaka część (frakcja) promieniowania słonecznego, padającego na szkło, jest całkowicie przez nie przepuszczana bezpośrednio, jak również pośrednio -w wyniku absorpcji z następnym wtórnym przekazaniem w postaci energii cieplnej, w kierunku wnętrza.

 

Ilość energii cieplnej przekazywanej do wnętrza budynków za pośrednictwem oszkleń kształtuje warunki termiczne, a przez to komfort przebywania wewnątrz pomieszczeń. W związku z tym wielkość współczynnika g stanowi jeden z podstawowych parametrów charakteryzujących właściwości użytkowe oszkleń.

 

Oznacza to, że w cieplejszych klimatach preferowane będą szkła o niskich współczynnikach g, tj. o obniżonej przepuszczalności energii promieniowania słonecznego. W warunkach klimatycznych charakteryzujących się niższymi temperaturami ogółem i/lub dużymi różnicami temperatur sezonowych czy dobowych, bardziej przydatne będą natomiast oszklenia cechujące się raczej wyższymi wartościami współczynnika g.

 

Współczynnik przepuszczalności całkowitej energii promieniowania słonecznego - g, oblicza się jako sumę współczynnika bezpośredniej przepuszczalności promieniowania słonecznego τe i współczynnika wtórnego przekazywania ciepła qi oszklenia w kierunku wnętrza, określającego ciepło przekazywane przez konwekcję oraz długofalowe promieniowanie podczerwone (IR). Odpowiada tej części padającego promieniowania słonecznego, która została zaabsorbowana przez oszklenie.

 

g = τe + qi      (1)

 

Ogółem, strumień promieniowania słonecznego padającego na oszklenie dzieli się na trzy części:

a) część przepuszczona, określana jako τe φe;

b) część odbita, określana jako ρe φe;

c) część zaabsorbowana, określana jako αe φe,



przy czym:

τe - jest współczynnikiem bezpośredniej przepuszczalności promieniowania słonecznego,

ρe - jest współczynnikiem bezpośredniego odbicia promieniowania słonecznego,

αe - jest współczynnikiem bezpośredniej absorpcji promieniowania słonecznego.

 

Na rys. 1 przedstawiono przykład podziału promieniowania słonecznego padającego na oszklenie (Z = szyba zewnętrzna, W = szyba wewnętrzna).

Zależność pomiędzy tymi trzema wielkościami charakterystycznymi dla oszklenia, jest tego rodzaju, że ich suma zawsze równa się 1, t:

 

τe + ρe + αe = 1       (2)

 

Zaabsorbowana przez oszklenie część padającego strumienia promieniowania słonecznego, oznaczana jako αe φe, ulega następnie rozszczepieniu na dwie, zwykle nierówne części qi φe oraz qe φe, odpowiadające energii przekazywanej do wnętrza (qi φe ) i na zewnątrz oszklenia (qe φe).



W związku z tym:

 

αe = qi  + qe           (3)

 

gdzie:

qi - jest współczynnikiem wtórnego przekazywania ciepła przez oszklenie w kierunku wewnętrznym,

qe - jest współczynnikiem wtórnego przekazywania ciepła przez oszklenie w kierunku zewnętrznym.

Współczynnik bezpośredniej przepuszczalności promieniowania słonecznego τe oszklenia oblicza się według wzoru:

                                                (4)

 

w którym:

Sλ - jest względnym rozkładem widmowym promieniowania słonecznego.

 

Wartości  Sλ Δλ  ujęte są w tablicach norm przedmiotowych PN-EN 410 oraz (ISO 9050) i opracowane w ten sposób, że Σ Sλ Δλ = 1 . Dla uproszczenia, ponieważ związany z tym błąd jest bardzo niewielki, założono, że rozkład widmowy promieniowania słonecznego nie jest zależny od warunków atmosferycznych (jak: zawartość wilgoci i pyłów, stopień zamglenia) i że na oszklenie pada prostopadle wiązka promieniowania równoległego;

τλ - jest widmowym współczynnikiem przepuszczalności oszklenia;

Δλ - jest przedziałem długości fali.

Współczynnik bezpośredniego odbicia promieniowania słonecznego ρe - jest obliczany ze wzoru:

 

                                    (5)


w którym:

Sλ - jest względnym rozkładem widmowym promieniowania słonecznego; założenia jak przy wzorze (4),

ρλ - jest widmowym współczynnikiem odbicia oszklenia,

Δλ - jest przedziałem długości fali. Współczynnik absorpcji bezpośredniej promieniowania słonecznego - αe oblicza się z wzoru (1).

 

Do obliczania współczynnika wtórnego przekazywania ciepła do wewnątrz - qi, niezbędne są współczynniki wtórnego przekazywania ciepła przez oszklenie w kierunku na zewnątrz - he i do wewnątrz - hi. Wartości te zależą głównie od usytuowania oszklenia, prędkości wiatru, temperatury zewnętrznej i wewnętrznej, a ponadto od temperatury dwu zewnętrznych powierzchni oszklenia.

 

W celu uproszczenia w przedstawianych przedmiotowych normach podstawowych informacji na temat oszkleń, przyjmuje się pewne umowne warunki, jak:

- usytuowanie oszklenia w pozycji pionowej;

- dla powierzchni zewnętrznej: - prędkość wiatru około 4 m/s, emisyjność skorygowana 0,87;

- dla powierzchni wewnętrznej: naturalna konwekcja, emisyjność opcjonalna;

- nie przewietrzane przestrzenie powietrzne.

 

W tego rodzaju umownych, typowych warunkach, standardowe wartości he i hi wynoszą:

he = 23 W/(m2K)

hi=3,6 + 4,4 εi / 0,837 W/(m2K)

 

gdzie:

 

εi - emisyjność skorygowana powierzchni wewnętrznej.

 

Dla niepowlekanego szkła sodowo-wapniowego i borokrzemianowego, εi = 0,837, a hi = 8 W/(m2K).

 

Emisyjność skorygowana powinna być określana i mierzona zgodnie z EN 673 lub EN 12898 (są już dostępne wersje PN-EN tych norm). Wartości ei niższe niż 0,837, dzięki zastosowanym na powierzchni szkła powłokom o wyższym współczynniku odbicia w dalekiej podczerwieni, mogą być uwzględniane tylko w przypadku pewności, że można wykluczyć występowanie kondensacji na powierzchni powlekanej.

 

W przypadku oszklenia pojedynczego, współczynnik wtórnego przekazywania ciepła przez oszklenie w kierunku wewnętrznym - qi, jest obliczany z następującego wzoru

 

                                             (6)

 

gdzie:

αe - jest współczynnikiem bezpośredniej absorpcji promieniowania słonecznego;

he i hi są odpowiednio, współczynnikami o przekazywania ciepła w kierunku na zewnątrz - he i do wewnątrz - hi.

 

W przypadku oszkleń podwójnych i wielokrotnych, niezbędne jest uwzględnianie w obliczeniach także przewodności cieplnej i przepływu ciepła przez poszczególne szyby oszklenia. Powoduje to znaczne skomplikowanie wzorów obliczeniowych, dlatego w tym artykule pominięto ich prezentację. Zainteresowani mogą je znaleźć w wyżej wzmiankowanych normach EN-410 oraz ISO 9050.

 

Stosują one wzory obliczeniowe o tym samym kształcie i dla długości fal promieniowania słonecznego mieszczącego się w zakresie 300 - 2500 nm, oraz przyjmują to samo źródło promieniowania D65 dla pomiarów spektrofotometrycznych. Pewną różnicę pomiędzy normą EN-410 i ISO 9050 stanowi natomiast przyjęcie różnych parametrów mas powietrza branych pod uwagę przy sporządzaniu stabelaryzowanych danych odnośnie znormalizowanego względnego rozkładu widmowego (Sλ Δλ ) całkowitego (bezpośredniego i rozproszonego) promieniowania słonecznego, służących do obliczania parametrów fotometrycznych i współczynników przekazywania ciepła przez oszklenie.

 

W normie EN 410 wzięto pod uwagę dane dla masy powietrza =1 (Air Mass, AM = 1), uwzględniające zawartość w atmosferze wody w postaci wydzielonej (opadowej lub wyroszonej) równą 1,42 cm, zawartość ozonu (w przeliczeniu na grubość warstwy) równą 0,34 cm w warunkach standardowej temperatury i ciśnienia, widmową grubość optyczną ekstynkcji (wygaszania) promieniowania równą 0,1 (przy długości fali λ = 500 nm) oraz albedo widzialne powierzchni ziemi = 0,2.



Albedo dla części widzialnej promieniowania słonecznego, obejmujące tylko stosunek ilości światła odbitego do części widzialnej całkowitego promieniowania słonecznego, padającego na ziemię. Stanowi ono integralną część całkowitego albedo powierzchni Ziemi, określanego stosunkiem promieniowania elektromagnetycznego o wszystkich długości fali, odbitego od powierzchni ziemi do całkowitego, padającego na ziemię, które wynosi około 36-43 %, przy średnim zachmurzeniu nieba na poziomie 52 %).

 

W normie ISO 9050, przy określaniu znormalizowanego względnego rozkładu widmowego całkowitego (tj. bezpośredniego i rozproszonego) promieniowania słonecznego Sλ Δλ , zawarte w tabelach dane oparto na warunkach zakładanych dla masy powietrza AM = 1,5. Zostały one obliczone w oparciu o regułę trapezów (metodę obliczania przybliżonej wartości całki oznaczonej przez wyznaczanie wartości funkcji podcałkowej przy skończenie wielu punktach), według normy ISO 9845-1). Uwzględniają one następujące warunki atmosferyczne: zawartość wody w postaci wydzielonej pary wodnej równą 14,2 mm (1,42 cm), całkowitą zawartość ozonu na poziomie 3,4 mm (0,34 cm), poziom zamglenia (w standardowych warunkach, przy długości fali λ = 500 nm) wynoszący 0,27 (także według ASTM E 892). Należy podkreślić, że dla celów normalizacyjnych, warunki wyjściowe do obliczeń mas powietrza ustala się dla poziomu morza.

 

Elżbieta Żelazowska

Instytut Szkła i Ceramiki Oddział zamiejscowy w Krakowie

 

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 5/2005

 

 

 

ρ φ τ α γ λ  Δ Σ ε

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.