Como encontrar a radiação solar total. Radiação total

A radiação solar é a radiação inerente à luminária do nosso sistema planetário. O sol - estrela principal, em torno do qual a Terra gira, bem como planetas vizinhos. Na verdade, esta é uma enorme bola de gás quente, constantemente emitindo fluxos de energia para o espaço ao seu redor. Isso é o que eles chamam de radiação. Mortal, ao mesmo tempo é essa energia - um dos principais fatores que tornam a vida possível em nosso planeta. Como tudo neste mundo, os benefícios e malefícios da radiação solar para a vida orgânica estão intimamente relacionados.

Visão geral

Para entender o que é a radiação solar, você deve primeiro entender o que é o Sol. A principal fonte de calor, que fornece as condições para a existência orgânica em nosso planeta, nos espaços universais é apenas uma pequena estrela nos arredores galácticos da Via Láctea. Mas para os terráqueos, o Sol é o centro de um miniuniverso. Afinal, é em torno desse coágulo de gás que nosso planeta gira. O sol nos dá calor e luz, ou seja, fornece formas de energia sem as quais nossa existência seria impossível.

Nos tempos antigos, a fonte de radiação solar - o Sol - era uma divindade, um objeto digno de adoração. A trajetória solar no céu parecia às pessoas uma prova óbvia da vontade de Deus. As tentativas de aprofundar a essência do fenômeno, para explicar o que é esse luminar, foram feitas há muito tempo, e Copérnico deu uma contribuição particularmente significativa para eles, tendo formado a ideia de heliocentrismo, que era notavelmente diferente do geocentrismo geralmente aceito naquela época. No entanto, sabe-se com certeza que, mesmo nos tempos antigos, os cientistas pensaram mais de uma vez sobre o que é o Sol, por que é tão importante para qualquer forma de vida em nosso planeta, por que o movimento dessa luminária é exatamente como o vemos .

O progresso da tecnologia tornou possível entender melhor o que é o Sol, quais processos ocorrem dentro da estrela, em sua superfície. Os cientistas aprenderam o que é a radiação solar, como um objeto de gás afeta os planetas em sua zona de influência, em particular, o clima da Terra. Agora a humanidade tem uma base de conhecimento suficientemente grande para dizer com confiança: foi possível descobrir o que é a radiação emitida pelo Sol, como medir esse fluxo de energia e como formular as características de seu impacto nas várias formas de vida orgânica Terra.

Sobre os termos

A maioria passo importante em dominar a essência do conceito foi feito no século passado. Foi então que o eminente astrônomo A. Eddington formulou uma suposição: a fusão termonuclear ocorre nas profundezas solares, o que permite que uma enorme quantidade de energia seja liberada no espaço ao redor da estrela. Tentando estimar a quantidade de radiação solar, esforços foram feitos para determinar os parâmetros reais do ambiente na estrela. Assim, a temperatura central, segundo os cientistas, chega a 15 milhões de graus. Isso é suficiente para lidar com a influência repulsiva mútua dos prótons. A colisão de unidades leva à formação de núcleos de hélio.

Novas informações atraíram a atenção de muitos cientistas proeminentes, incluindo A. Einstein. Em uma tentativa de estimar a quantidade de radiação solar, os cientistas descobriram que os núcleos de hélio são inferiores em massa ao valor total de 4 prótons necessários para formar nova estrutura. Assim, uma característica das reações, chamada de "defeito de massa", foi revelada. Mas na natureza, nada pode desaparecer sem deixar vestígios! Em uma tentativa de encontrar quantidades "escapadas", os cientistas compararam a recuperação de energia e as especificidades da mudança na massa. Foi então que foi possível revelar que a diferença é emitida por gama quanta.

Os objetos irradiados percorrem o caminho do núcleo de nossa estrela até sua superfície através de inúmeras camadas atmosféricas gasosas, o que leva à fragmentação dos elementos e à formação de radiação eletromagnética em sua base. Entre outros tipos de radiação solar está a luz percebida pelo olho humano. Estimativas aproximadas sugerem que o processo de passagem dos raios gama leva cerca de 10 milhões de anos. Mais oito minutos - e a energia irradiada atinge a superfície do nosso planeta.

Como e o quê?

A radiação solar é chamada de complexo total de radiação eletromagnética, que é caracterizada por uma faixa bastante ampla. Isso inclui o chamado vento solar, ou seja, o fluxo de energia formado por elétrons, partículas de luz. Na camada limite da atmosfera do nosso planeta, a mesma intensidade de radiação solar é constantemente observada. A energia de uma estrela é discreta, sua transferência é realizada através de quanta, enquanto a nuance corpuscular é tão insignificante que se pode considerar os raios como ondas eletromagnéticas. E sua distribuição, como os físicos descobriram, ocorre de maneira uniforme e em linha reta. Assim, para descrever a radiação solar, é necessário determinar seu comprimento de onda característico. Com base neste parâmetro, costuma-se distinguir vários tipos de radiação:

calorosamente;
onda de rádio;
Luz branca;
ultravioleta;
gama;
raio X.

A proporção de infravermelho, visível e ultravioleta melhor é estimada da seguinte forma: 52%, 43%, 5%.

Para uma avaliação quantitativa da radiação, é necessário calcular a densidade do fluxo de energia, ou seja, a quantidade de energia que atinge uma área limitada da superfície em um determinado período de tempo.

Estudos têm demonstrado que a radiação solar é absorvida principalmente pela atmosfera planetária. Devido a isso, o aquecimento ocorre a uma temperatura confortável para a vida orgânica, característica da Terra. A camada de ozônio existente permite que apenas um centésimo da radiação ultravioleta passe. Ao mesmo tempo, comprimentos de onda curtos que são perigosos para os seres vivos são completamente bloqueados. As camadas atmosféricas são capazes de espalhar quase um terço dos raios solares, outros 20% são absorvidos. Consequentemente, não mais da metade de toda a energia atinge a superfície do planeta. É esse "resíduo" na ciência que é chamado de radiação solar direta.

Que tal com mais detalhes?

Vários aspectos são conhecidos que determinam quão intensa será a radiação direta. Os mais significativos são o ângulo de incidência, que depende da latitude (característica geográfica do terreno no globo), a época do ano, que determina a distância até um determinado ponto da fonte de radiação. Muito depende das características da atmosfera - quão poluída ela é, quantas nuvens existem em um determinado momento. Finalmente, a natureza da superfície na qual o feixe cai, ou seja, sua capacidade de refletir as ondas incidentes, desempenha um papel importante.

A radiação solar total é um valor que combina volumes dispersos e radiação direta. O parâmetro utilizado para estimar a intensidade é estimado em calorias por unidade de área. Ao mesmo tempo, lembra-se que em diferentes momentos do dia os valores inerentes à radiação diferem. Além disso, a energia não pode ser distribuída uniformemente sobre a superfície do planeta. Quanto mais próximo do pólo, maior a intensidade, enquanto as coberturas de neve são altamente refletivas, o que significa que o ar não tem a oportunidade de aquecer. Portanto, quanto mais longe do equador, os indicadores totais de radiação das ondas solares serão menores.

Como os cientistas descobriram, a energia da radiação solar tem um sério impacto na clima planetário, subjuga a atividade vital de vários organismos que existem na Terra. Em nosso país, assim como no território de seus vizinhos mais próximos, como em outros países localizados no hemisfério norte, no inverno a parcela predominante pertence à radiação espalhada, mas no verão predomina a radiação direta.

ondas infravermelhas

Da quantidade total de radiação solar total, uma porcentagem impressionante pertence ao espectro infravermelho, que não é percebido pelo olho humano. Devido a essas ondas, a superfície do planeta é aquecida, transferindo gradualmente energia térmica para as massas de ar. Isso ajuda a manter um clima confortável, manter as condições para a existência de vida orgânica. Se não houver falhas graves, o clima permanece condicionalmente inalterado, o que significa que todas as criaturas podem viver em suas condições normais.

Nossa luminária não é a única fonte de ondas do espectro infravermelho. Radiação semelhante é característica de qualquer objeto aquecido, incluindo uma bateria comum em uma casa humana. É com base no princípio da percepção da radiação infravermelha que operam vários dispositivos, que possibilitam ver corpos aquecidos no escuro, condições de outra forma desconfortáveis para os olhos. A propósito, de acordo com um princípio semelhante, os que se tornaram tão populares em recentemente dispositivos compactos para avaliar em que partes do edifício ocorrem as maiores perdas de calor. Esses mecanismos são especialmente difundidos entre construtores, bem como proprietários de casas particulares, pois ajudam a identificar por quais áreas o calor é perdido, organizar sua proteção e evitar o consumo desnecessário de energia.

Não subestime o impacto da radiação solar infravermelha no corpo humano só porque nossos olhos não conseguem perceber essas ondas. Em particular, a radiação é usada ativamente na medicina, pois permite aumentar a concentração de leucócitos no sistema circulatório, bem como normalizar o fluxo sanguíneo aumentando o lúmen dos vasos sanguíneos. Dispositivos baseados no espectro IR são utilizados como profiláticos contra patologias da pele, terapêuticos em processos inflamatórios de forma aguda e crônica. As drogas mais modernas ajudam a lidar com cicatrizes coloidais e feridas tróficas.

É curioso

Com base no estudo dos fatores de radiação solar, foi possível criar dispositivos verdadeiramente únicos chamados termógrafos. Eles possibilitam a detecção oportuna de várias doenças que não estão disponíveis para detecção de outras maneiras. É assim que você pode encontrar câncer ou um coágulo de sangue. O IR protege até certo ponto contra a radiação ultravioleta, que é perigosa para a vida orgânica, o que possibilitou o uso de ondas desse espectro para restaurar a saúde dos astronautas que estiveram no espaço por muito tempo.

A natureza ao nosso redor ainda é misteriosa até hoje, isso também se aplica à radiação de vários comprimentos de onda. Em particular, a luz infravermelha ainda não foi totalmente explorada. Os cientistas sabem que seu uso inadequado pode causar danos à saúde. Assim, é inaceitável o uso de equipamentos que gerem tal luz para o tratamento de áreas inflamadas purulentas, sangramentos e neoplasias malignas. O espectro infravermelho é contra-indicado para pessoas que sofrem de comprometimento do funcionamento do coração, vasos sanguíneos, incluindo aqueles localizados no cérebro.

luz visível

Um dos elementos da radiação solar total é a luz visível ao olho humano. Os feixes de ondas se propagam em linhas retas, portanto, não há superposição entre si. Ao mesmo tempo, isso se tornou o tema de um número considerável trabalhos científicos: os cientistas começaram a entender por que existem tantas sombras ao nosso redor. Descobriu-se que os principais parâmetros da luz desempenham um papel:

refração;
reflexão;
absorção.

Como os cientistas descobriram, os objetos não são capazes de serem fontes de luz visível por conta própria, mas podem absorver a radiação e refleti-la. Ângulos de reflexão, frequência de onda variam. Ao longo dos séculos, a capacidade de uma pessoa de ver foi gradualmente melhorada, mas certas limitações se devem à estrutura biológica do olho: a retina é tal que pode perceber apenas certos raios de ondas de luz refletidas. Esta radiação é uma pequena lacuna entre as ondas ultravioleta e infravermelha.

Numerosas características de luz curiosas e misteriosas não apenas se tornaram o assunto de muitos trabalhos, mas também foram a base para o nascimento de uma nova disciplina física. Ao mesmo tempo, surgiram práticas não científicas, teorias, cujos adeptos acreditam que a cor pode afetar o estado físico de uma pessoa, a psique. Com base em tais pressupostos, as pessoas se cercam de objetos que são mais agradáveis aos seus olhos, tornando o dia a dia mais confortável.

Ultravioleta

Um aspecto igualmente importante da radiação solar total é o estudo do ultravioleta, formado por ondas de grande, médio e pequeno comprimento. Eles diferem uns dos outros tanto nos parâmetros físicos quanto nas peculiaridades de sua influência nas formas de vida orgânica. Longas ondas ultravioletas, por exemplo, nas camadas atmosféricas são principalmente espalhadas, e antes superfície da Terra obter apenas uma pequena porcentagem. Quanto menor o comprimento de onda, mais profunda essa radiação pode penetrar na pele humana (e não apenas).

Por um lado, a radiação ultravioleta é perigosa, mas sem ela, a existência de vida orgânica diversa é impossível. Tal radiação é responsável pela formação do calciferol no organismo, e este elemento é necessário para a construção do tecido ósseo. O espectro UV é uma poderosa prevenção de raquitismo, osteocondrose, que é especialmente importante na infância. Além disso, essa radiação:

normaliza o metabolismo;
ativa a produção de enzimas essenciais;
potencializa os processos regenerativos;
estimula o fluxo sanguíneo;
dilata os vasos sanguíneos;
estimula o sistema imunológico;
leva à formação de endorfinas, o que significa que a superexcitação nervosa diminui.

mas por outro lado

Foi afirmado acima que a radiação solar total é a quantidade de radiação que atingiu a superfície do planeta e está espalhada na atmosfera. Assim, o elemento deste volume é o ultravioleta de todos os comprimentos. Deve-se lembrar que este fator tem efeitos positivos e lados negativos influência na vida orgânica. O banho de sol, embora muitas vezes benéfico, pode ser um perigo para a saúde. Muito tempo sob direto luz solar, especialmente em condições de maior atividade da luminária, é prejudicial e perigoso. Efeitos de longo prazo no corpo, bem como atividade de radiação muito alta, causam:

queimaduras, vermelhidão;
edema;
hiperemia;
aquecer;
náusea;
vômito.

Contínuo irradiação ultravioleta provoca uma violação do apetite, o funcionamento do sistema nervoso central, o sistema imunológico. Além disso, minha cabeça começa a doer. Os sintomas descritos são manifestações clássicas insolação. A própria pessoa nem sempre pode perceber o que está acontecendo - a condição piora gradualmente. Se for perceptível que alguém próximo ficou doente, os primeiros socorros devem ser fornecidos. O esquema é o seguinte:

ajudar a passar da luz direta para um local sombreado e fresco;
coloque o paciente de costas para que as pernas fiquem mais altas que a cabeça (isso ajudará a normalizar o fluxo sanguíneo);
resfrie o pescoço e o rosto com água e coloque uma compressa fria na testa;
desabotoar gravata, cinto, tirar roupas apertadas;
meia hora após o ataque, dê um gole de água fria (uma pequena quantidade).

Se a vítima perdeu a consciência, é importante procurar imediatamente a ajuda de um médico. A equipe da ambulância levará a pessoa para um local seguro e administrará uma injeção de glicose ou vitamina C. O medicamento é injetado em uma veia.

Como tomar sol corretamente?

Para não aprender com a experiência o quão desagradável pode ser a quantidade excessiva de radiação solar recebida durante o bronzeamento, é importante seguir as regras de passar um tempo seguro ao sol. A luz ultravioleta inicia a produção de melanina, um hormônio que ajuda a pele a se proteger impacto negativo ondas. Sob a influência dessa substância, a pele fica mais escura e a sombra se transforma em bronze. Até hoje, as disputas sobre o quão útil e prejudicial é para uma pessoa não diminuem.

Por um lado, a queimadura solar é uma tentativa do corpo de se proteger da exposição excessiva à radiação. Isso aumenta a probabilidade de formação de neoplasias malignas. Por outro lado, o bronzeado é considerado elegante e bonito. A fim de minimizar os riscos para si mesmo, é razoável analisar antes de iniciar os procedimentos na praia quão perigosa é a quantidade de radiação solar recebida durante o banho de sol, como minimizar os riscos para você. Para tornar a experiência o mais agradável possível, os banhistas devem:

beber muita água;
usar produtos de proteção da pele;
tomar sol à noite ou de manhã;
não opere sob luz solar direta mais de uma hora;
não beber álcool;
incluir alimentos ricos em selênio, tocoferol, tirosina no cardápio. Não se esqueça do betacaroteno.

O valor da radiação solar para o corpo humano é excepcionalmente alto, aspectos positivos e negativos não devem ser negligenciados. Deve-se reconhecer que em diferentes pessoas ocorrem reações bioquímicas com características individuais, então para alguém e meia hora de banho de sol pode ser perigoso. É razoável consultar um médico antes da temporada de praia, avaliar o tipo e a condição da pele. Isso ajudará a evitar danos à saúde.

Se possível, as queimaduras solares devem ser evitadas na velhice, durante o período de gravidez. Não compatível com banho de sol doenças de câncer, transtornos mentais, patologias da pele e insuficiência do funcionamento do coração.

Radiação total: onde está a escassez?

Bastante interessante a considerar é o processo de distribuição da radiação solar. Como mencionado acima, apenas cerca de metade de todas as ondas podem atingir a superfície do planeta. Para onde o resto desaparece? As diferentes camadas da atmosfera e as partículas microscópicas das quais são formadas desempenham seu papel. Uma parte impressionante, como foi indicado, é absorvida pela camada de ozônio - todas são ondas cujo comprimento é inferior a 0,36 mícron. Além disso, o ozônio é capaz de absorver alguns tipos de ondas do espectro visível ao olho humano, ou seja, o intervalo de 0,44-1,18 mícrons.

O ultravioleta é absorvido até certo ponto pela camada de oxigênio. Isso é característico da radiação com comprimento de onda de 0,13-0,24 mícrons. O dióxido de carbono, vapor de água pode absorver uma pequena porcentagem do espectro infravermelho. O aerossol atmosférico absorve parte (espectro IR) da quantidade total de radiação solar.

Ondas da categoria curta são espalhadas na atmosfera devido à presença de partículas microscópicas não homogêneas, aerossóis e nuvens aqui. Elementos não homogêneos, partículas cujas dimensões são inferiores ao comprimento de onda, provocam espalhamento molecular, e para os maiores, é característico o fenômeno descrito pela indicatriz, ou seja, aerossol.

O restante da radiação solar atinge a superfície da Terra. Combina radiação direta, difusa.

Radiação total: aspectos importantes

O valor total é a quantidade de radiação solar recebida pelo território, bem como absorvida na atmosfera. Se não houver nuvens no céu, a quantidade total de radiação depende da latitude da área, da altitude do corpo celeste, do tipo de superfície da Terra nessa área e do nível de transparência do ar. Quanto mais partículas de aerossol espalhadas na atmosfera, menor a radiação direta, mas a proporção de radiação espalhada aumenta. Normalmente, na ausência de nebulosidade na radiação total, a difusa é um quarto.

Nosso país pertence aos do norte, então a maior parte do ano em regiões do sul radiação é significativamente maior do que nos do norte. Isto é devido à posição da estrela no céu. Mas o curto período de maio-julho é um período único, quando mesmo no norte a radiação total é bastante impressionante, já que o sol está alto no céu, e a duração horário de verão mais do que em outros meses do ano. Ao mesmo tempo, em média, na metade asiática do país, na ausência de nuvens, a radiação total é mais significativa do que no oeste. A força máxima da radiação das ondas é observada ao meio-dia, e o máximo anual ocorre em junho, quando o sol está mais alto no céu.

A radiação solar total é a quantidade energia solar chegando ao nosso planeta. Ao mesmo tempo, deve-se lembrar que vários fatores atmosféricos levam ao fato de que a chegada anual da radiação total é menor do que poderia ser. A maior diferença entre o realmente observado e o máximo possível é típico das regiões do Extremo Oriente no verão. As monções provocam nuvens excepcionalmente densas, de modo que a radiação total é reduzida pela metade.

curioso para saber

A maior porcentagem da exposição máxima possível à energia solar é efetivamente observada (calculada para 12 meses) no sul do país. O indicador chega a 80%.

A nebulosidade nem sempre resulta na mesma quantidade de dispersão solar. A forma das nuvens desempenha um papel, as características do disco solar em um determinado momento. Se estiver aberto, a nebulosidade causa uma diminuição na radiação direta, enquanto a radiação espalhada aumenta acentuadamente.

Há também dias em que a radiação direta é aproximadamente a mesma em intensidade que a radiação espalhada. O valor total diário pode ser ainda maior do que a radiação característica de um dia completamente sem nuvens.

Com base em 12 meses, atenção especial deve ser dada aos fenômenos astronômicos como determinantes dos indicadores numéricos gerais. Ao mesmo tempo, a nebulosidade leva ao fato de que o máximo real de radiação pode ser observado não em junho, mas um mês antes ou depois.

Radiação no espaço

Do limite da magnetosfera do nosso planeta e ainda mais para o espaço sideral, a radiação solar torna-se um fator associado a um perigo mortal para os seres humanos. Já em 1964, foi publicado um importante trabalho de ciência popular sobre métodos de defesa. Seus autores foram os cientistas soviéticos Kamanin, Bubnov. Sabe-se que para uma pessoa a dose de radiação por semana não deve ser superior a 0,3 roentgens, enquanto para um ano deve estar dentro de 15 R. Para exposição de curto prazo, o limite para uma pessoa é de 600 R. Vôos espaciais, especialmente em condições imprevisíveis atividade solar, pode ser acompanhado por uma exposição significativa dos astronautas, o que obriga a tomar medidas adicionais de proteção contra ondas de diferentes comprimentos.

Após as missões Apollo, durante as quais os métodos de proteção foram testados, os fatores que afetam a saúde humana foram estudados, mais de uma década se passou, mas até hoje os cientistas não conseguem encontrar métodos eficazes e confiáveis para prever tempestades geomagnéticas. Você pode fazer uma previsão por horas, às vezes por vários dias, mas mesmo para uma previsão semanal, as chances de realização não são superiores a 5%. O vento solar é um fenômeno ainda mais imprevisível. Com uma probabilidade de um em três, os astronautas, partindo para uma nova missão, podem cair em poderosos fluxos de radiação. Isso torna ainda mais importante a questão da pesquisa e previsão das características da radiação e o desenvolvimento de métodos de proteção contra ela.

A radiação solar é o principal fator formador do clima e praticamente a única fonte de energia para todos os processos físicos que ocorrem na superfície da Terra e em sua atmosfera. Determina a atividade vital dos organismos, criando um ou outro regime de temperatura; leva à formação de nuvens e precipitação; é a causa fundamental da circulação geral da atmosfera, exercendo assim um enorme impacto na vida humana em todas as suas manifestações. Na construção e na arquitetura, a radiação solar é o fator ambiental mais importante - a orientação dos edifícios, suas soluções construtivas, de planejamento espacial, colorísticas, plásticas e muitas outras características dependem dela.

De acordo com a GOST R 55912-2013 "Climatologia da Construção", são adotadas as seguintes definições e conceitos relacionados à radiação solar:

radiação direta - parte da radiação solar total que entra na superfície na forma de um feixe de raios paralelos vindo diretamente do disco visível do sol;
radiação solar espalhada- parte da radiação solar total que chega à superfície de todo o céu após espalhamento na atmosfera;
radiação refletida- parte da radiação solar total refletida da superfície subjacente (incluindo as fachadas, telhados de edifícios);
intensidade da radiação solar- a quantidade de radiação solar que passa por unidade de tempo através de uma única área localizada perpendicularmente aos raios.

Todos os valores de radiação solar nos padrões estaduais nacionais modernos, joint ventures (SNiPs) e outros documentos regulatórios relacionados à construção e arquitetura são medidos em quilowatts por hora por 1 m 2 (kW h / m 2). Como regra, um mês é considerado uma unidade de tempo. Para obter o valor instantâneo (segundo) da potência do fluxo de radiação solar (kW / m 2), o valor dado para o mês deve ser dividido pelo número de dias em um mês, o número de horas em um dia e segundos em horas.

Em muitas edições anteriores de regulamentos de construção e em muitos livros de referência modernos sobre climatologia, os valores de radiação solar são dados em megajoules ou quilocalorias por m 2 (MJ / m 2, Kcal / m 2). Os coeficientes para a conversão dessas quantidades de uma para outra são dados no Apêndice 1.

entidade física. A radiação solar chega à Terra a partir do Sol. O Sol é a estrela mais próxima de nós, que está, em média, a 149.450.000 km da Terra. No início de julho, quando a Terra está mais distante do Sol (“afélio”), essa distância aumenta para 152 milhões de km, e no início de janeiro diminui para 147 milhões de km (“periélio”).

Dentro do núcleo solar, a temperatura excede 5 milhões de K e a pressão é vários bilhões de vezes maior que a da Terra, como resultado do qual o hidrogênio se transforma em hélio. No decorrer dessa reação termonuclear, nasce a energia radiante, que se propaga do Sol em todas as direções na forma de ondas eletromagnéticas. Ao mesmo tempo, todo um espectro de comprimentos de onda chega à Terra, que na meteorologia geralmente é dividido em seções de ondas curtas e ondas longas. onda curta chame a radiação na faixa de comprimento de onda de 0,1 a 4 mícrons (1 mícron \u003d 10 ~ 6 m). A radiação com comprimentos longos (de 4 a 120 mícrons) é chamada de Onda longa. A radiação solar é predominantemente de ondas curtas - a faixa de comprimento de onda indicada é responsável por 99% de toda a energia da radiação solar, enquanto a superfície e a atmosfera da Terra emitem radiação de ondas longas e só podem refletir a radiação de ondas curtas.

O sol é uma fonte não só de energia, mas também de luz. A luz visível ocupa uma estreita faixa de comprimentos de onda, apenas de 0,40 a 0,76 mícrons, mas 47% de toda a energia solar radiante está contida nesse intervalo. A luz com um comprimento de onda de cerca de 0,40 mícrons é percebida como violeta, com um comprimento de onda de cerca de 0,76 mícrons - como vermelho. Todos os outros comprimentos de onda não são percebidos pelo olho humano; eles são invisíveis para nós 1 . A radiação infravermelha (de 0,76 a 4 mícrons) é responsável por 44% e a ultravioleta (de 0,01 a 0,39 mícron) - 9% de toda a energia. A energia máxima no espectro da radiação solar no limite superior da atmosfera está na região azul-azul do espectro e perto da superfície da Terra - no verde-amarelo.

Uma medida quantitativa da radiação solar que entra em uma determinada superfície é iluminação de energia, ou fluxo de radiação solar, - a quantidade de energia radiante incidente em uma unidade de área por unidade de tempo. A quantidade máxima de radiação solar entra no limite superior da atmosfera e é caracterizada pelo valor da constante solar. constante solar -é o fluxo de radiação solar no limite superior da atmosfera terrestre através de uma área perpendicular aos raios do sol, a uma distância média da Terra ao Sol. De acordo com os últimos dados aprovados pela Organização Meteorológica Mundial (OMM) em 2007, esse valor é de 1.366 kW/m 2 (1366 W/m 2).

Muito menos radiação solar atinge a superfície da Terra, pois à medida que os raios do sol se movem pela atmosfera, a radiação sofre uma série de mudanças significativas. Parte dela é absorvida pelos gases atmosféricos e aerossóis e passa para o calor, ou seja, vai aquecer a atmosfera, e parte se dissipa e vai para forma especial radiação espalhada.

Processo aquisições a radiação na atmosfera é seletiva por natureza - diferentes gases a absorvem em diferentes partes do espectro e em diferentes graus. Os principais gases que absorvem a radiação solar são o vapor de água (H 2 0), o ozônio (0 3) e o dióxido de carbono (CO 2). Por exemplo, como mencionado acima, o ozônio estratosférico absorve completamente a radiação prejudicial aos organismos vivos com comprimentos de onda inferiores a 0,29 mícrons, razão pela qual a camada de ozônio é um escudo natural para a existência de vida na Terra. Em média, o ozônio absorve cerca de 3% da radiação solar. Nas regiões vermelha e infravermelha do espectro, o vapor de água absorve a radiação solar de forma mais significativa. Na mesma região do espectro estão as bandas de absorção do dióxido de carbono, porém

Mais detalhes sobre luz e cor são discutidos em outras seções da disciplina "Física da Arquitetura".

em geral, sua absorção de radiação direta é pequena. A absorção da radiação solar ocorre tanto por aerossóis de origem natural quanto antropogênica, especialmente fortemente por partículas de fuligem. No total, cerca de 15% da radiação solar é absorvida pelo vapor de água e aerossóis, e cerca de 5% pelas nuvens.

Espalhamento A radiação é um processo físico de interação entre a radiação eletromagnética e a matéria, durante o qual moléculas e átomos absorvem parte da radiação e depois a reemitem em todas as direções. Isto é muito processo importante, que depende da razão entre o tamanho das partículas espalhadas e o comprimento de onda da radiação incidente. Em ar absolutamente puro, onde o espalhamento é produzido apenas por moléculas de gás, obedece Lei de Rayleigh, ou seja inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda dos raios espalhados. Assim, a cor azul do céu é a cor do próprio ar, devido à dispersão da luz solar nele, uma vez que os raios violeta e azul são espalhados pelo ar muito melhor do que os laranja e vermelhos.

Se houver partículas no ar cujas dimensões sejam comparáveis ao comprimento de onda da radiação - aerossóis, gotas de água, cristais de gelo - então o espalhamento não obedecerá à lei de Rayleigh, e a radiação espalhada não será tão rica em raios de comprimento de onda curto. Em partículas com diâmetro maior que 1-2 mícrons, não ocorrerá espalhamento, mas reflexão difusa, que determina a cor esbranquiçada do céu.

A dispersão desempenha um grande papel na formação da luz natural: na ausência do Sol durante o dia, cria luz dispersa (difusa). Se não houvesse espalhamento, só haveria luz onde a luz solar direta cairia. O anoitecer e o amanhecer, a cor das nuvens ao nascer e ao pôr do sol também estão associados a esse fenômeno.

Assim, a radiação solar atinge a superfície terrestre na forma de dois fluxos: radiação direta e difusa.

radiação direta(5) chega à superfície da Terra diretamente do disco solar. Neste caso, a quantidade máxima possível de radiação será recebida por um único local localizado perpendicularmente aos raios do sol (5). por unidade horizontal superfície terá uma quantidade menor de energia radiante Y, também chamada insolação:

Y \u003d? -8shA 0, (1.1)

Onde E 0- A altura do sol acima do horizonte, que determina o ângulo de incidência dos raios do sol em uma superfície horizontal.

radiação espalhada(/)) chega à superfície da Terra de todos os pontos do firmamento, com exceção do disco solar.

Toda radiação solar que atinge a superfície da Terra é chamada de radiação solar total (0:

(1.2)
0 = + /) = E 0+ /).

A chegada desses tipos de radiação depende significativamente não apenas de causas astronômicas, mas também da nebulosidade. Portanto, em meteorologia costuma-se distinguir possíveis quantidades de radiação observado sob condições sem nuvens, e quantidades reais de radiação ocorrendo em condições reais de nebulosidade.

Nem toda a radiação solar que incide na superfície da Terra é absorvida por ela e convertida em calor. Parte dela é refletida e, portanto, perdida pela superfície subjacente. Essa parte é chamada radiação refletida(/? k), e seu valor depende albedo superfície do solo (L a):

K = - 100%.

O valor do albedo é medido em frações de uma unidade ou como uma porcentagem. Na construção e arquitetura, as frações de uma unidade são mais usadas. Eles também medem a refletividade dos materiais de construção e acabamento, a leveza das fachadas, etc. Na climatologia, o albedo é medido como uma porcentagem.

Albedo tem um impacto significativo na formação do clima da Terra, pois é um indicador integral da refletividade da superfície subjacente. Depende do estado dessa superfície (rugosidade, cor, umidade) e varia em uma faixa muito ampla. Os valores mais altos de albedo (até 75%) são característicos de neve recém-caída, enquanto os valores mais baixos são característicos da superfície da água durante a luz do sol (“3%). O albedo do solo e da superfície da vegetação varia em média de 10 a 30%.

Se considerarmos a Terra inteira como um todo, seu albedo é de 30%. Esse valor é chamado Albedo planetário da Terra e representa a razão entre a radiação solar refletida e espalhada que sai para o espaço e a quantidade total de radiação que entra na atmosfera.

No território das cidades, o albedo é, via de regra, mais baixo do que em paisagens naturais não perturbadas. Valor característico do albedo para o território principais cidades clima temperado é de 15-18%. Nas cidades do sul, o albedo é, via de regra, maior devido ao uso de tons mais claros na cor das fachadas e telhados; nas cidades do norte com edifícios densos e esquemas de cores escuras dos edifícios, o albedo é menor. Isso permite que nos países quentes do sul reduza a quantidade de radiação solar absorvida, reduzindo assim o fundo térmico dos edifícios, e nas regiões frias do norte, pelo contrário, aumente a participação da radiação solar absorvida, aumentando o fundo térmico geral.

Radiação absorvida(* U P0GL) também é chamado equilíbrio da radiação de ondas curtas (VK) e é a diferença entre a radiação total e refletida (dois fluxos de ondas curtas):

^abs \u003d 5k = 0~ I K- (1.4)

Aquece as camadas superiores da superfície terrestre e tudo o que nela se encontra (cobertura vegetal, estradas, edifícios, estruturas, etc.), pelo que emitem radiações de ondas longas invisíveis ao olho humano. Essa radiação é frequentemente chamada de própria radiação da superfície da Terra(? 3). Seu valor, de acordo com a lei de Stefan-Boltzmann, é proporcional ao quarto grau temperatura absoluta.

A atmosfera também emite radiação de ondas longas, a maior parte da qual atinge a superfície da Terra e é quase completamente absorvida por ela. Essa radiação é chamada contra-radiação da atmosfera (E a). A contra-radiação da atmosfera aumenta com o aumento da nebulosidade e da umidade do ar e é uma fonte de calor muito importante para a superfície da Terra. No entanto, a radiação de onda longa da atmosfera é sempre um pouco menor que a da Terra, devido à qual a superfície da Terra perde calor, e a diferença entre esses valores é chamada radiação efetiva da Terra (E ef).

Em média, em latitudes temperadas, a superfície da Terra por radiação efetiva perde cerca de metade da quantidade de calor que recebe da radiação solar absorvida. Ao absorver a radiação terrestre e enviar contra-radiação à superfície terrestre, a atmosfera reduz o resfriamento dessa superfície à noite. Durante o dia, faz pouco para evitar o aquecimento da superfície da Terra. Essa influência da atmosfera terrestre no regime térmico da superfície terrestre é chamada de efeito estufa. Assim, o fenômeno do efeito estufa consiste na retenção de calor próximo à superfície da Terra. Um papel importante nesse processo é desempenhado pelos gases de origem tecnogênica, principalmente o dióxido de carbono, cuja concentração nas áreas urbanas é especialmente alta. Mas o papel principal ainda pertence aos gases de origem natural.

A principal substância na atmosfera que absorve a radiação de onda longa da Terra e a envia de volta é vapor de água. Absorve quase toda a radiação de ondas longas, exceto a faixa de comprimento de onda de 8,5 a 12 mícrons, que é chamada de "janela de transparência" vapor de água. Somente neste intervalo a radiação terrestre passa para o espaço mundial através da atmosfera. Além do vapor d'água, o dióxido de carbono absorve fortemente a radiação de ondas longas, e é na janela de transparência do vapor d'água que o ozônio é muito mais fraco, assim como o metano, o óxido de nitrogênio, os clorofluorcarbonos (freons) e algumas outras impurezas gasosas.

Manter o calor próximo à superfície da Terra é um processo muito importante para sustentar a vida. Sem ele, a temperatura média da Terra seria 33°C inferior à atual, e os organismos vivos dificilmente poderiam viver na Terra. Portanto, a questão não está no efeito estufa em si (afinal, ele surgiu a partir do momento em que a atmosfera se formou), mas no fato de que, sob a influência da atividade antrópica, ganho este efeito. O motivo é o rápido crescimento da concentração de gases de efeito estufa de origem tecnogênica, principalmente o CO 2 emitido durante a combustão de combustíveis fósseis. Isso pode levar ao fato de que, com a mesma radiação incidente, a proporção de calor remanescente no planeta aumentará e, consequentemente, a temperatura da superfície e da atmosfera da Terra também aumentará. Nos últimos 100 anos, a temperatura do ar do nosso planeta aumentou em média 0,6 ° C.

Acredita-se que quando a concentração de CO 2 dobra em relação ao seu valor pré-industrial aquecimento global será de cerca de 3°C (de acordo com várias estimativas - de 1,5 a 5,5°C). Nesse caso, as maiores mudanças devem ocorrer na troposfera de altas latitudes no período outono-inverno. Como resultado, o gelo no Ártico e na Antártida começará a derreter e o nível do Oceano Mundial começará a subir. Esse aumento pode variar de 25 a 165 cm, o que significa que muitas cidades localizadas nas zonas costeiras dos mares e oceanos serão inundadas.

Assim, esta é uma questão muito importante que afeta a vida de milhões de pessoas. Com isso em mente, em 1988, foi realizada em Toronto a primeira Conferência Internacional sobre o problema das mudanças climáticas antropogênicas. Os cientistas chegaram à conclusão de que as consequências de um aumento do efeito estufa devido ao aumento do teor de dióxido de carbono na atmosfera só perdem para as consequências de uma guerra nuclear global. Ao mesmo tempo, foi formado o Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) na Organização das Nações Unidas (ONU). IPCC - Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas), que estuda o impacto do aumento da temperatura da superfície no clima, no ecossistema do Oceano Mundial, na biosfera como um todo, incluindo a vida e a saúde da população do planeta.

Em 1992, foi adotada em Nova York a Convenção-Quadro sobre Mudanças Climáticas (FCCC), cujo principal objetivo foi proclamar a estabilização das concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera em níveis que consequências perigosas intervenção humana no sistema climático. Para a implementação prática da convenção em dezembro de 1997 em Kyoto (Japão) para conferência Internacional o Protocolo de Kyoto foi adotado. Ele define cotas específicas para emissões de gases de efeito estufa pelos países membros, incluindo a Rússia, que ratificou este Protocolo em 2005.

No momento da redação deste livro, uma das últimas conferências sobre mudanças climáticas é a Conferência do Clima em Paris, que ocorreu de 30 de novembro a 12 de dezembro de 2015. O objetivo desta conferência é assinar um acordo internacional para conter o aumento na temperatura média do planeta em 2100 não superior a 2°C.

Assim, como resultado da interação de vários fluxos de radiação de ondas curtas e ondas longas, a superfície da Terra recebe e perde calor continuamente. O valor resultante da radiação de entrada e saída é balanço de radiação (NO), que determina o estado térmico da superfície terrestre e da camada superficial do ar, nomeadamente o seu aquecimento ou arrefecimento:

NO = Q- «k - ?ef \u003d 60 - MAS)-? ef =

= (5 "pecado / ^ > + D) (l-A) -E ^ f \u003d B a + B a. (

Os dados do balanço de radiação são necessários para estimar o grau de aquecimento e resfriamento várias superfícies tanto em condições naturais como no ambiente arquitectónico, cálculo do regime térmico dos edifícios e estruturas, determinação da evaporação, reservas de calor no solo, regulação da irrigação dos campos agrícolas e outros fins económicos nacionais.

Métodos de medição. A importância fundamental dos estudos do balanço de radiação da Terra para a compreensão dos padrões do clima e da formação das condições microclimáticas determina o papel fundamental dos dados observacionais sobre seus componentes - observações actinométricas.

Nas estações meteorológicas da Rússia, método termoelétrico medições de fluxos de radiação. A radiação medida é absorvida pela superfície preta receptora dos dispositivos, transforma-se em calor e aquece as junções ativas da termopilha, enquanto as junções passivas não são aquecidas por radiação e têm uma temperatura mais baixa. Devido à diferença de temperaturas das junções ativa e passiva, surge uma força termoeletromotriz na saída da termopilha, que é proporcional à intensidade da radiação medida. Assim, a maioria dos instrumentos actinométricos são relativo- eles não medem os fluxos de radiação em si, mas quantidades proporcionais a eles - intensidade ou tensão da corrente. Para fazer isso, os dispositivos são conectados, por exemplo, a multímetros digitais e, anteriormente, a galvanômetros de ponteiro. Ao mesmo tempo, no passaporte de cada dispositivo, o chamado "fator de conversão" - preço de divisão de um instrumento de medição elétrico (W / m 2). Este multiplicador é calculado comparando as leituras de um ou outro instrumento relativo com as leituras absoluto eletrodomésticos - pireliômetros.

O princípio de operação de dispositivos absolutos é diferente. Assim, no pireliômetro de compensação de Angstrom, o enegrecido prato de metal exposto ao sol, enquanto outro prato semelhante permanece na sombra. Uma diferença de temperatura surge entre eles, que é transferida para as junções do termoelemento ligado às placas e, assim, uma corrente termoelétrica é excitada. Neste caso, a corrente da bateria é passada através da placa sombreada até aquecer à mesma temperatura que a placa ao sol, após o que a corrente termoelétrica desaparece. Pela força da corrente "compensadora" passada, você pode determinar a quantidade de calor recebida pela placa enegrecida, que, por sua vez, será igual à quantidade de calor recebida do Sol pela primeira placa. Assim, é possível determinar a quantidade de radiação solar.

Nas estações meteorológicas da Rússia (e anteriores - a URSS), realizando observações dos componentes do balanço de radiação, a homogeneidade da série de dados actinométricos é garantida pelo uso do mesmo tipo de instrumentos e sua calibração cuidadosa, bem como como os mesmos métodos de medição e processamento de dados. Como receptores de radiação solar integral (

No actinômetro termoelétrico Savinov-Yanishevsky, cuja aparência é mostrada na Fig. 1.6, a parte receptora é um disco fino de metal enegrecido de folha de prata, ao qual as junções ímpares (ativas) da termopilha são coladas através do isolamento. Durante as medições, este disco absorve a radiação solar, pelo que a temperatura do disco e das junções ativas aumenta. As junções uniformes (passivas) são coladas através do isolamento ao anel de cobre na caixa do dispositivo e têm uma temperatura próxima da temperatura externa. Essa diferença de temperatura, quando o circuito externo da termopilha é fechado, cria uma corrente termoelétrica, cuja intensidade é proporcional à intensidade da radiação solar.

Arroz. 1.6.

Em um piranômetro (Fig. 1.7), a parte receptora é mais frequentemente uma bateria de termoelementos, por exemplo, de manganina e constantan, com junções enegrecidas e brancas, que são aquecidas de maneira diferente sob a ação da radiação incidente. A parte receptora do dispositivo deve ter uma posição horizontal para perceber a radiação espalhada de todo o firmamento. Da radiação direta, o piranômetro é sombreado por uma tela e da radiação que se aproxima da atmosfera é protegido por uma tampa de vidro. Ao medir a radiação total, o piranômetro não é protegido de raios diretos.

Arroz. 1.7.

Um dispositivo especial (placa dobrável) permite que você dê à cabeça do piranômetro duas posições: receptor para cima e receptor para baixo. Neste último caso, o piranômetro mede a radiação de ondas curtas refletida da superfície da Terra. Nas observações de rota, os chamados acampamento albemetro, que é uma cabeça de piranômetro conectada a uma suspensão de gimbal basculante com uma alça.

O medidor de balança termoelétrica é composto por um corpo com uma termopilha, duas placas receptoras e uma alça (Fig. 1.8). O corpo em forma de disco (/) possui um recorte quadrado onde a termopilha é fixada (2). Lidar com ( 3 ), soldado ao corpo, serve para instalar o medidor de balanço no rack.

Arroz. 1.8.

Uma placa receptora enegrecida do medidor de equilíbrio é direcionada para cima, a outra para baixo, em direção à superfície da terra. O princípio de operação de um medidor de equilíbrio não sombreado é baseado no fato de que todos os tipos de radiação que chegam à superfície ativa (Y, /) e E a), são absorvidas pela superfície receptora enegrecida do dispositivo, voltada para cima, e todos os tipos de radiação que saem da superfície ativa (/? k, /? le E 3), absorvido pela placa virada para baixo. Cada placa receptora em si também emite radiação de onda longa, além disso, há troca de calor com o ar circundante e o corpo do aparelho. No entanto, devido à alta condutividade térmica da carcaça, ocorre uma grande transferência de calor, o que não permite a formação de uma diferença significativa de temperatura entre as placas receptoras. Por esta razão, a auto-radiação de ambas as placas pode ser desprezada, e a diferença em seu aquecimento pode ser usada para determinar o valor do balanço de radiação de qualquer superfície no plano em que o medidor de balanço está localizado.

Como as superfícies receptoras do medidor de balança não são cobertas por uma cúpula de vidro (caso contrário, seria impossível medir a radiação de onda longa), as leituras deste dispositivo dependem da velocidade do vento, o que reduz a diferença de temperatura entre as superfícies receptoras. Por esta razão, as leituras do medidor de equilíbrio levam a condições calmas, tendo sido previamente medido a velocidade do vento ao nível do dispositivo.

Por registro automático medições, a corrente termoelétrica que surge nos dispositivos descritos acima é alimentada a um potenciômetro eletrônico de auto-gravação. As mudanças na intensidade da corrente são registradas em uma fita de papel em movimento, enquanto o actinômetro deve girar automaticamente para que sua parte receptora siga o Sol, e o piranômetro deve sempre ser protegido da radiação direta por uma proteção especial de anel.

As observações actinométricas, ao contrário das principais observações meteorológicas, são realizadas seis vezes por dia nos seguintes horários: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30 e 18:30. Como a intensidade de todos os tipos de radiação de ondas curtas depende da altura do Sol acima do horizonte, o tempo das observações é definido de acordo com tempo solar médio estações.

valores característicos. Os valores dos fluxos de radiação direta e total desempenham um dos papéis mais importantes na análise arquitetônica e climática. É com essa consideração que se conectam a orientação dos edifícios nas laterais do horizonte, seu planejamento espacial e solução colorística, layout interno, dimensões das aberturas de luz e várias outras características arquitetônicas. Portanto, o curso diário e anual valores característicos será considerado justamente para esses valores de radiação solar.

Iluminação de energia radiação solar direta em um céu sem nuvens depende da altura do sol, das propriedades da atmosfera no caminho do raio do sol, caracterizada por fator de transparência(um valor que mostra qual fração da radiação solar atinge a superfície da Terra durante uma simples incidência de luz solar) e o comprimento desse caminho.

A radiação solar direta com céu sem nuvens tem uma variação diária bastante simples com um máximo por volta do meio-dia (Fig. 1.9). Como segue na figura, durante o dia, o fluxo de radiação solar primeiro rapidamente, depois aumenta mais lentamente do nascer ao meio-dia e lentamente no início, depois diminui rapidamente do meio-dia ao pôr do sol. Diferenças na iluminação de energia ao meio-dia às céu limpo em janeiro e julho são principalmente devido a diferenças na altura do meio-dia do Sol, que é menor no inverno do que no verão. Ao mesmo tempo, nas regiões continentais, observa-se frequentemente uma assimetria da variação diurna, devido à diferença na transparência da atmosfera nos horários da manhã e da tarde. A transparência da atmosfera também afeta o curso anual dos valores médios mensais de radiação solar direta. A radiação máxima em um céu sem nuvens pode mudar em meses de primavera, uma vez que na primavera o teor de poeira e umidade da atmosfera são menores do que no outono.

5 1 , kW/m 2

b", kW/m2

Arroz. 1.9.

e em condições de nebulosidade média (b):

7 - na superfície perpendicular aos raios em julho; 2 - em uma superfície horizontal em julho; 3 - em uma superfície perpendicular em janeiro; 4 - em uma superfície horizontal em janeiro

A nebulosidade reduz a chegada da radiação solar e pode alterar significativamente seu curso diário, que se manifesta na proporção de somas horárias pré e pós-meio-dia. Assim, na maioria das regiões continentais da Rússia nos meses de primavera-verão, as quantidades horárias de radiação direta nas horas antes do meio-dia são maiores do que na tarde (Fig. 1.9, b). Isso é determinado principalmente pelo curso diário da cobertura de nuvens, que começa a se desenvolver às 9-10 horas e atinge um máximo à tarde, reduzindo assim a radiação. A diminuição geral no influxo de radiação solar direta sob condições reais de nebulosidade pode ser muito significativa. Por exemplo, em Vladivostok, com seu clima de monções, essas perdas no verão chegam a 75%, e em São Petersburgo, mesmo em média por ano, as nuvens não transmitem 65% da radiação direta à superfície da Terra, em Moscou - cerca de metade.

Distribuição valores anuais a radiação solar direta sob nebulosidade média sobre o território da Rússia é mostrada na fig. 1.10. Em grande parte, esse fator, que reduz a quantidade de radiação solar, depende da circulação da atmosfera, o que leva a uma violação da distribuição latitudinal da radiação.

Como pode ser visto na figura, em geral, as quantidades anuais de radiação direta que chegam em uma superfície horizontal aumentam de latitudes altas para baixas de 800 para quase 3000 MJ/m 2 . Um grande número de nuvens na parte européia da Rússia leva a uma diminuição nos totais anuais em comparação com as regiões da Sibéria Oriental, onde, principalmente devido à influência do anticiclone asiático, os totais anuais aumentam no inverno. Ao mesmo tempo, a monção de verão leva a uma diminuição do afluxo anual de radiação nas áreas costeiras por Extremo Oriente. O intervalo de mudanças na intensidade do meio-dia da radiação solar direta no território da Rússia varia de 0,54 a 0,91 kW / m 2 no verão a 0,02 a 0,43 kW / m 2 no inverno.

radiação espalhada, chegar a uma superfície horizontal também muda durante o dia, aumentando antes do meio-dia e diminuindo depois (Fig. 1.11).

Como no caso da radiação solar direta, a chegada da radiação espalhada é afetada não apenas pela altura do sol e pela duração do dia, mas também pela transparência da atmosfera. No entanto, uma diminuição no último leva a um aumento na radiação espalhada (em contraste com a radiação direta). Além disso, a radiação espalhada depende da nebulosidade em uma faixa muito ampla: sob nebulosidade média, sua chegada é mais que o dobro dos valores observados em um céu claro. Em alguns dias, a nebulosidade aumenta esse número em 3-4 vezes. Assim, a radiação espalhada pode complementar significativamente a linha direta, especialmente em uma posição baixa do Sol.

Arroz. 1.10. Radiação solar direta que chega em uma superfície horizontal sob nebulosidade média, MJ / m 2 por ano (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kW h / m 2)

/), kW / m 2 0,3 g

0,2 -
0,1 -

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 horas

Arroz. 1.11.

e sob condições médias de nebulosidade (b)

O valor da radiação solar espalhada nos trópicos é de 50 a 75% da direta; nas latitudes 50-60° aproxima-se de uma linha reta e nas altas latitudes excede a radiação solar direta durante quase todo o ano.

Altamente um fator importante, afetando o fluxo de radiação espalhada, é albedo superfície subjacente. Se o albedo for grande o suficiente, então a radiação refletida da superfície subjacente, espalhada pela atmosfera em direção oposta, pode causar um aumento significativo na chegada de radiação espalhada. O efeito é mais pronunciado na presença de cobertura de neve, que tem a maior refletividade.

Radiação total em um céu sem nuvens (possível radiação) depende da latitude do local, da altura do sol, das propriedades ópticas da atmosfera e da natureza da superfície subjacente. Em condições de céu claro, tem uma variação diurna simples com um máximo ao meio-dia. A assimetria da variação diurna, característica da radiação direta, é pouco manifestada na radiação total, pois a diminuição da radiação direta devido ao aumento da turbidez atmosférica na segunda metade do dia é compensada pelo aumento da radiação espalhada devido à o mesmo fator. No curso anual, a intensidade máxima de radiação total com céu sem nuvens sobre a maior parte do território

O território da Rússia é observado em junho devido à altura máxima do sol ao meio-dia. No entanto, em algumas regiões essa influência é sobreposta pela influência da transparência atmosférica, e o máximo é deslocado para maio (por exemplo, na Transbaikalia, Primorye, Sakhalin e em várias regiões da Sibéria Oriental). A distribuição da radiação solar total mensal e anual em um céu sem nuvens é dada na Tabela. 1.9 e na fig. 1,12 como valores médios de latitude.

A partir da tabela e figura acima, pode-se ver que em todas as estações do ano, tanto a intensidade quanto a quantidade de radiação aumentam de norte a sul de acordo com a mudança na altura do sol. A exceção é o período de maio a julho, quando a combinação de um longo dia e a altura do sol fornece valores bastante altos de radiação total no norte e, em geral, no território da Rússia, o campo de radiação é turva, ou seja não tem gradientes pronunciados.

Tabela 1.9

Radiação solar total em uma superfície horizontal

com céu sem nuvens (kW h / m 2)

	Latitude geográfica, ° N









Setembro

Arroz. 1.12. Radiação solar total para uma superfície horizontal com céu sem nuvens em diferentes latitudes (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kWh / m 2)

Na presença de nuvens a radiação solar total é determinada não apenas pelo número e forma das nuvens, mas também pelo estado do disco solar. Com o disco solar translúcido através das nuvens, a radiação total, comparada com as condições sem nuvens, pode até aumentar devido ao crescimento da radiação espalhada.

Para condições de nebulosidade média, observa-se um curso diário completamente regular da radiação total: um aumento gradual do nascer ao meio-dia e uma diminuição do meio-dia ao pôr do sol. Ao mesmo tempo, o curso diário de nebulosidade viola a simetria do curso em relação ao meio-dia, característica de um céu sem nuvens. Assim, na maioria das regiões da Rússia, durante o período quente, os valores pré-meio-dia da radiação total são 3-8% superiores aos valores da tarde, com exceção das regiões de monções do Extremo Oriente, onde a proporção é invertido. No curso anual das somas mensais médias plurianuais da radiação total, juntamente com o fator astronômico determinante, manifesta-se um fator de circulação (através da influência da nebulosidade), de modo que o máximo pode mudar de junho para julho e até maio ( Fig. 1.13).

600 -
500 -
400 -
300 -
200 -

m. Chelyuskin

Salekhard

Arkhangelsk

São Petersburgo

Petropavlovsk

Kamchatsky

Khabarovsk

Astracã

Arroz. 1.13. Radiação solar total em uma superfície horizontal em cidades individuais da Rússia sob condições reais de nebulosidade (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kWh / m 2)

5", MJ/m 2 700

Assim, a chegada real mensal e anual da radiação total é apenas uma parte do possível. Os maiores desvios de valores reais em relação aos possíveis no verão são observados no Extremo Oriente, onde a nebulosidade reduz a radiação total em 40-60%. Em geral, a renda anual total da radiação total varia em todo o território da Rússia na direção latitudinal, aumentando de 2800 MJ / m 2 nas costas dos mares do norte para 4800-5000 MJ / m 2 nas regiões do sul da Rússia - o norte do Cáucaso, a região do Baixo Volga, Transbaikalia e Primorsky Krai (Fig. 1.14).

Arroz. 1.14. Radiação total que entra em uma superfície horizontal, MJ/m 2 por ano

No verão, as diferenças na radiação solar total sob condições reais de nebulosidade entre cidades localizadas em diferentes latitudes não são tão “dramáticas” quanto pode parecer à primeira vista. Para a parte europeia da Rússia, de Astrakhan ao Cabo Chelyuskin, esses valores estão na faixa de 550-650 MJ/m 2 . No inverno, na maioria das cidades, com exceção do Ártico, onde a noite polar se instala, a radiação total é de 50-150 MJ/m 2 por mês.

Para comparação: os valores médios de calor para janeiro para 1 área urbana (calculado de acordo com dados reais para Moscou) variam de 220 MJ/m2 por mês em centros de desenvolvimento urbano urbano a 120-150 MJ/m2 em áreas interprincipais com desenvolvimento residencial de baixa densidade. Nos territórios das zonas de armazenamento industriais e comunais, o índice de calor em janeiro é de 140 MJ/m 2 . A radiação solar total em Moscou em janeiro é de 62 MJ/m 2 . Assim, em inverno devido ao uso da radiação solar, é possível cobrir não mais que 10-15% (levando em conta a eficiência dos painéis solares 40%) do valor calorífico calculado de edifícios de média densidade, mesmo em Irkutsk e Yakutsk, conhecidos por seu clima ensolarado de inverno, mesmo que seu território seja completamente coberto por painéis fotovoltaicos.

No verão, a radiação solar total aumenta de 6 a 9 vezes e o consumo de calor é reduzido em 5 a 7 vezes em comparação com o inverno. Os valores térmicos em julho diminuem para 35 MJ/m 2 ou menos em áreas residenciais e 15 MJ/m 2 ou menos em áreas industriais, ou seja, até valores que constituam não mais que 3-5% da radiação solar total. Portanto, no verão, quando a necessidade de aquecimento e iluminação é mínima, há um excesso dessa energia renovável em toda a Rússia. recurso natural, que não pode ser reciclado, o que coloca mais uma vez em dúvida a viabilidade do uso de painéis fotovoltaicos, segundo pelo menos, em cidades e prédios de apartamentos.

Consumo de eletricidade (sem aquecimento e água quente), também associado a distribuição desigual área total desenvolvimento, densidade populacional e finalidade funcional de vários territórios, está na

Calor - um indicador médio do consumo de todos os tipos de energia (eletricidade, aquecimento, abastecimento de água quente) por 1 m 2 da área do edifício.

casos de 37 MJ/m 2 por mês (calculado como 1/12 do valor anual) em áreas densamente construídas e até 10-15 MJ/m 2 por mês em áreas com baixa densidade de construção. Durante o dia e no verão, o consumo de eletricidade cai naturalmente. A densidade de consumo de eletricidade em julho na maioria das áreas de desenvolvimento residencial e misto é de 8-12 MJ/m 2 com radiação solar total sob condições reais de nebulosidade em Moscou cerca de 600 MJ/m 2 . Assim, para cobrir as necessidades no fornecimento de energia das áreas urbanas (por exemplo, Moscou), é necessário utilizar apenas cerca de 1,5-2% da radiação solar. O restante da radiação, se descartado, será redundante. Ao mesmo tempo, a questão do acúmulo e preservação da radiação solar diurna para iluminação à noite e à noite, quando as cargas nos sistemas de alimentação são máximas e o sol quase ou não brilha, continua a ser resolvida. Isso exigirá a transmissão de eletricidade por longas distâncias entre áreas onde o Sol ainda está alto o suficiente e aquelas onde o Sol já se pôs abaixo do horizonte. Ao mesmo tempo, as perdas de eletricidade nas redes serão comparáveis às suas economias através do uso de painéis fotovoltaicos. Ou exigirá o uso de baterias de alta capacidade, cuja produção, instalação e posterior descarte exigirão custos de energia que dificilmente serão cobertos pelas economias de energia acumuladas ao longo de todo o período de operação.

Outro fator não menos importante que torna duvidosa a viabilidade da mudança para painéis solares como fonte alternativa de energia elétrica em toda a cidade é que, em última análise, a operação de células fotovoltaicas levará a um aumento significativo da radiação solar absorvida na cidade, e , consequentemente, a um aumento da temperatura do ar na cidade no verão. Assim, ao mesmo tempo em que o resfriamento devido aos fotopainéis e condicionadores de ar alimentados por eles, haverá um aumento geral da temperatura do ar na cidade, o que acabará por anular todos os benefícios econômicos e ambientais da economia de energia elétrica através do uso de equipamentos ainda muito caros. painéis fotovoltaicos.

Daqui decorre que a instalação de equipamentos de conversão da radiação solar em electricidade justifica-se numa lista muito limitada de casos: só no Verão, apenas em regiões climáticas com tempo seco, quente, nublado, apenas em pequenas cidades ou povoados isolados, e apenas se esta eletricidade for utilizada para operar instalações de ar condicionado e ventilação do ambiente interno dos edifícios. Em outros casos - outras áreas, outras condições urbanas e em outras épocas do ano - o uso de painéis fotovoltaicos e coletores solares para as necessidades de fornecimento de eletricidade e calor de edifícios comuns de médio e principais cidades localizada em climas temperados é ineficiente.

Significado bioclimático da radiação solar. O papel decisivo do impacto da radiação solar nos organismos vivos se reduz à participação na formação de seus balanços de radiação e calor devido à energia térmica nas partes visível e infravermelha do espectro solar.

Raios visíveis são de particular importância para os organismos. A maioria dos animais, como os humanos, são bons em distinguir a composição espectral da luz, e alguns insetos podem até ver na faixa ultravioleta. A presença de visão de luz e orientação de luz é um importante fator de sobrevivência. Por exemplo, uma pessoa tem visão colorida- um dos fatores mais psicoemocionais e otimizadores da vida. Ficar no escuro tem o efeito oposto.

Como você sabe, as plantas verdes sintetizam matéria orgânica e, consequentemente, produzem alimentos para todos os outros organismos, incluindo os humanos. Este processo mais importante para a vida ocorre durante a assimilação da radiação solar, e as plantas usam intervalo específico espectro na faixa de comprimento de onda de 0,38-0,71 μm. Essa radiação é chamada radiação fotossinteticamente ativa(PAR) e é muito importante para a produtividade das plantas.

A parte visível da luz cria luz natural. Em relação a isso, todas as plantas são divididas em amantes da luz e tolerantes à sombra. A iluminação insuficiente causa o enfraquecimento do caule, enfraquece a formação de espigas e espigas nas plantas, reduz o teor de açúcar e a quantidade de óleos nas plantas cultivadas, dificulta o uso de nutrição mineral e fertilizantes.

Ação biológica raios infravermelhos consiste em efeito térmico quando são absorvidos pelos tecidos de plantas e animais. Nesse caso, a energia cinética das moléculas muda e os processos elétricos e químicos são acelerados. Devido à radiação infravermelha, a falta de calor (especialmente em regiões de alta montanha e em altas latitudes) recebido por plantas e animais do espaço circundante é compensado.

Radiação ultravioleta de acordo com as propriedades biológicas e efeitos no homem, costuma-se dividir em três áreas: área A - com comprimentos de onda de 0,32 a 0,39 mícron; região B, de 0,28 a 0,32 μm e região C, de 0,01 a 0,28 μm. A área A é caracterizada por um efeito biológico relativamente fraco. Causa apenas a fluorescência de várias substâncias orgânicas, em humanos contribui para a formação de pigmento na pele e eritema leve (vermelhidão da pele).

Os raios da área B são muito mais ativos. Diversas reações dos organismos à radiação ultravioleta, alterações na pele, sangue, etc. principalmente devido a eles. O conhecido efeito formador de vitaminas da radiação ultravioleta é que a ergosterona nutrientes entra em vitamina O, que tem um forte efeito estimulante sobre o crescimento e o metabolismo.

O mais poderoso ação biológica nas células vivas, os raios da região C têm um efeito bactericida luz solar principalmente devido a eles. NO pequenas doses Os raios ultravioleta são necessários para plantas, animais e humanos, especialmente crianças. No entanto, em grandes quantidades, os raios da região C são prejudiciais a todos os seres vivos, e a vida na Terra só é possível porque essa radiação de ondas curtas é quase completamente bloqueada pela camada de ozônio da atmosfera. Especialmente solução atualizada A questão do impacto das doses excessivas de radiação ultravioleta na biosfera e nos seres humanos tornou-se nas últimas décadas devido ao esgotamento da camada de ozônio da atmosfera terrestre.

O efeito da radiação ultravioleta (UVR), que atinge a superfície da Terra, em um organismo vivo é muito diverso. Como mencionado acima, em doses moderadas, tem um efeito benéfico: aumenta a vitalidade, aumenta a resistência do corpo a doenças infecciosas. A falta de UVR leva a fenômenos patológicos, que são chamados de deficiência de UV ou fome de UV e se manifestam na falta de vitamina E, o que leva a uma violação do metabolismo fósforo-cálcio no corpo.

O excesso de RUV pode levar a consequências muito graves: a formação de câncer de pele, o desenvolvimento de outras formações oncológicas, o aparecimento de fotoceratite (“cegueira da neve”), fotoconjuntivite e até catarata; violação do sistema imunológico de organismos vivos, bem como processos mutagênicos em plantas; alteração nas propriedades e destruição de materiais poliméricos amplamente utilizados na construção e arquitetura. Por exemplo, a UVR pode descolorir as tintas de fachada ou levar à destruição mecânica do acabamento polimérico e dos produtos estruturais de construção.

Importância arquitetônica e construtiva da radiação solar. Os dados de energia solar são usados no cálculo do balanço térmico de edifícios e sistemas de aquecimento e ar condicionado, na análise dos processos de envelhecimento de vários materiais, levando em consideração o efeito da radiação no estado térmico de uma pessoa, escolhendo a composição ideal de espécies de verde espaços para plantio de vegetação em uma determinada área, e muitos outros fins. A radiação solar determina o modo de iluminação natural da superfície da terra, cujo conhecimento é necessário ao planejar o consumo de eletricidade, projetar várias estruturas e organizar a operação de transporte. Assim, o regime de radiação é um dos principais fatores de planejamento urbano e arquitetura e construção.

A insolação dos edifícios é uma das condições mais importantes para a higiene dos edifícios, portanto, a irradiação das superfícies com luz solar direta é dada Atenção especial como um fator ambiental importante. Ao mesmo tempo, o Sol não apenas tem um efeito higiênico no ambiente interno, matando patógenos, mas também afeta psicologicamente uma pessoa. O efeito de tal irradiação depende da duração do processo de exposição à luz solar, portanto, a insolação é medida em horas e sua duração é normalizada pelos documentos relevantes do Ministério da Saúde da Rússia.

Radiação solar mínima necessária, proporcionando condições confortáveis o ambiente interno dos edifícios, as condições de trabalho e descanso de uma pessoa, consiste na iluminação necessária das instalações de vida e trabalho, na quantidade de radiação ultravioleta necessária para o corpo humano, na quantidade de calor absorvida pelas cercas externas e transferida para os edifícios, proporcionando conforto térmico do ambiente interno. Com base nesses requisitos, as decisões arquitetônicas e de planejamento são tomadas, a orientação das salas de estar, cozinhas, utilidades e salas de trabalho é determinada. Com excesso de radiação solar, prevê-se a instalação de loggias, persianas, persianas e outros dispositivos de proteção solar.

Recomenda-se analisar as somas de radiação solar (direta e difusa) que chegam a superfícies de orientação variada (vertical e horizontal) de acordo com a seguinte escala:

menos de 50 kW h / m 2 por mês - radiação insignificante;
50-100 kW h/m 2 por mês - radiação média;
100-200 kW h / m 2 por mês - alta radiação;
mais de 200 kW h / m 2 por mês - excesso de radiação.

Com radiação insignificante, observada em latitudes temperadas principalmente nos meses de inverno, sua contribuição para o equilíbrio térmico dos edifícios é tão pequena que pode ser desprezada. Com radiação média em latitudes temperadas, há uma transição para a região de valores negativosdo balanço de radiação da superfície terrestre e dos edifícios, estruturas, revestimentos artificiais, etc. localizados nela. Nesse sentido, eles começam a perder mais energia térmica no curso diário do que recebem calor do sol durante o dia. Estas perdas no balanço térmico dos edifícios não são cobertas por fontes internas calor (aparelhos elétricos, tubos de água quente, liberação de calor metabólico de pessoas, etc.), e eles devem ser compensados pela operação de sistemas de aquecimento - o período de aquecimento começa.

Em condições de alta radiação e sob condições reais de nebulosidade, o fundo térmico da área urbana e do ambiente interno dos edifícios está na zona de conforto sem o uso de sistemas artificiais de aquecimento e refrigeração.

Com o excesso de radiação nas cidades de latitudes temperadas, principalmente aquelas localizadas em clima temperado continental e acentuadamente continental, pode-se observar o superaquecimento das edificações, seus ambientes internos e externos no verão. Nesse sentido, os arquitetos se deparam com a tarefa de proteger o ambiente arquitetônico da insolação excessiva. Eles aplicam soluções adequadas de planejamento de espaço, escolhem a orientação ideal dos edifícios nas laterais do horizonte, elementos arquitetônicos de proteção solar de fachadas e aberturas de luz. Se os meios arquitetônicos para proteger contra o superaquecimento não forem suficientes, haverá a necessidade de condicionamento artificial do ambiente interno dos edifícios.

O regime de radiação também afeta a escolha da orientação e as dimensões das aberturas de luz. Em baixa radiação, o tamanho das aberturas de luz pode ser aumentado para qualquer tamanho, desde que as perdas de calor através das cercas externas sejam mantidas em um nível que não exceda o padrão. Em caso de radiação excessiva, as aberturas de luz são de tamanho mínimo, atendendo aos requisitos de insolação e iluminação natural das instalações.

A leveza das fachadas, que determina sua refletividade (albedo), também é selecionada com base nos requisitos de proteção solar ou, inversamente, levando em consideração a possibilidade de absorção máxima da radiação solar em áreas com clima úmido frio e frio e com um nível médio ou baixo de radiação solar nos meses de verão. Para selecionar materiais de revestimento com base em sua refletividade, é necessário saber quanta radiação solar penetra nas paredes de edifícios de várias orientações e qual é a capacidade de vários materiais absorverem essa radiação. Como a chegada da radiação à parede depende da latitude do local e de como a parede está orientada em relação aos lados do horizonte, o aquecimento da parede e a temperatura no interior das instalações adjacentes a ela dependerão disso.

A capacidade de absorção de vários materiais de acabamento de fachada depende de sua cor e condição (Tabela 1.10). Se as somas mensais de radiação solar que entram nas paredes de várias orientações 1 e o albedo dessas paredes são conhecidas, então a quantidade de calor absorvida por elas pode ser determinada.

Tabela 1.10

Capacidade de absorção de materiais de construção

Os dados sobre a quantidade de radiação solar incidente (direta e difusa) com um céu sem nuvens em superfícies verticais de várias orientações são fornecidos na Joint Venture "Construção Climatologia".

Nome do material e processamento	Característica superfícies	superfícies	Radiação absorvida,%
Concreto	Duro
		azul claro
		Cinza escuro
		Azulado
	Talhado
		Amarelado Castanho


	polido
	Limpo esculpido	cinza claro
	Talhado
Teto
Ruberoide		Castanho
Aço galvanizado		cinza claro
Telhas

Escolher os materiais e cores apropriados para a construção de envelopes, ou seja, alterando o albedo das paredes, é possível alterar a quantidade de radiação absorvida pela parede e, assim, reduzir ou aumentar o aquecimento das paredes pelo calor solar. Esta técnica é usada ativamente na arquitetura tradicional de vários países. Todo mundo sabe que as cidades do sul se distinguem por uma cor geral clara (branco com decoração colorida) da maioria dos edifícios residenciais, enquanto, por exemplo, as cidades escandinavas são principalmente cidades construídas com tijolos escuros ou usando tesa de cor escura para revestimento de edifícios.

Calcula-se que 100 kWh/m 2 de radiação absorvida eleva a temperatura da superfície externa em cerca de 4°C. Essa quantidade de radiação, em média, por hora é recebida pelas paredes dos edifícios na maioria das regiões da Rússia, se estiverem orientadas para o sul e leste, bem como oeste, sudoeste e sudeste, se forem feitas de tijolos escuros e não rebocadas ou com reboco de cor escura.

Para passar da temperatura média mensal da parede sem levar em consideração a radiação para a característica mais comumente usada nos cálculos de engenharia térmica - a temperatura do ar externo, é introduzido um aditivo de temperatura adicional No, dependendo da quantidade mensal de radiação solar absorvida pela parede VK(Fig. 1.15). Assim, conhecendo a intensidade da radiação solar total que chega à parede e o albedo da superfície desta parede, é possível calcular a sua temperatura introduzindo uma correcção adequada à temperatura do ar.

VK, kWh/m2

Arroz. 1.15. Aumento da temperatura da superfície externa da parede devido à absorção da radiação solar

No caso geral, a adição de temperatura devido à radiação absorvida é determinada sob outras condições iguais, ou seja, à mesma temperatura do ar, umidade e resistência térmica da envolvente do edifício, independentemente da velocidade do vento.

Em tempo claro ao meio-dia, o sul, antes do meio-dia - sudeste e à tarde - as paredes do sudoeste podem absorver até 350-400 kWh / m 2 de calor solar e aquecer para que sua temperatura possa exceder 15-20 ° C do ar externo temperatura. Isso cria uma grande temperatura

confiança entre as paredes do mesmo edifício. Esses contrastes em algumas áreas se tornam significativos não apenas no verão, mas também na estação fria com clima ensolarado e com pouco vento, mesmo com temperaturas do ar muito baixas. As estruturas metálicas estão sujeitas a superaquecimento especialmente severo. Assim, de acordo com as observações disponíveis, em Yakutia, localizada em um clima temperado acentuadamente continental, caracterizado por tempo nublado no inverno e no verão, ao meio-dia com céu claro, as partes de alumínio das estruturas de fechamento e o telhado do calor da UHE Yakutskaya até 40-50 ° C acima da temperatura do ar, mesmo em baixos valores deste último.

O superaquecimento de paredes isoladas devido à absorção de radiação solar deve ser previsto já na fase de projeto arquitetônico. Este efeito exige não só a proteção das paredes contra a insolação excessiva por métodos arquitetónicos, mas também as soluções de planeamento adequadas para os edifícios, a utilização de sistemas de aquecimento de várias capacidades para fachadas orientadas de forma diferente, a colocação no projeto de costuras para aliviar as tensões nas estruturas e violação do aperto das juntas devido às suas deformações de temperatura. etc.

Na tabela. 1.11 como exemplo, as somas mensais de radiação solar absorvida em junho para vários objetos geográficos da antiga URSS são dadas para determinados valores de albedo. Esta tabela mostra que, se o albedo da parede norte do edifício for 30% e a parede sul for 50%, em Odessa, Tbilisi e Tashkent eles aquecerão em o mesmo grau. Se em regiões do norte reduza o albedo da parede norte para 10%, então ela receberá quase 1,5 vezes mais calor do que a parede com 30% de albedo.

Tabela 1.11

Somas mensais de radiação solar absorvida por muros em junho em valores diferentes albedo (kW h / m 2)

Os exemplos acima, baseados em dados de radiação solar total (direta e difusa) contidos no Joint Venture "Construção Climatologia" e livros de referência climática, não levam em consideração a radiação solar refletida da superfície da Terra e objetos circundantes (por exemplo, edifícios existentes) chegando a várias paredes de edifícios. Depende menos de sua orientação, portanto, não é dada nos documentos normativos para construção. No entanto, esta radiação refletida pode ser bastante intensa e comparável em poder à radiação direta ou difusa. Portanto, no projeto arquitetônico, deve-se levar em consideração, calculando para cada caso específico.

Selecione uma rubrica Livros Matemática Física Controle e controle de acesso Segurança contra incêndio Fornecedores de equipamentos úteis Instrumentos de medição (KIP) Medição de umidade - fornecedores na Federação Russa. Medição de pressão. Medição de custos. Fluxômetros. Medição de temperatura Medição de nível. Medidores de nível. Tecnologias sem valas Sistemas de esgoto. Fornecedores de bombas na Federação Russa. Reparação da bomba. Acessórios para tubulações. Válvulas borboleta (válvulas de disco). Verifique as válvulas. Armadura de controle. Filtros de malha, coletores de lama, filtros magneto-mecânicos. Válvulas de bola. Tubulações e elementos de tubulações. Vedações para roscas, flanges, etc. Motores elétricos, acionamentos elétricos… Alfabetos manuais, denominações, unidades, códigos… Alfabetos, incl. grego e latim. Símbolos. Códigos. Alfa, beta, gama, delta, epsilon… Denominações de redes elétricas. Conversão de unidades Decibel. Sonho. Fundo. Unidades de quê? Unidades de medida para pressão e vácuo. Conversão de unidades de pressão e vácuo. Unidades de comprimento. Tradução de unidades de comprimento (tamanho linear, distâncias). Unidades de volume. Conversão de unidades de volume. Unidades de densidade. Conversão de unidades de densidade. Unidades de área. Conversão de unidades de área. Unidades de medida de dureza. Conversão de unidades de dureza. Unidades de temperatura. Conversão de unidades de temperatura em Kelvin / Celsius / Fahrenheit / Rankine / Delisle / Newton / Reamure unidades de medida de ângulos ("dimensões angulares"). Conversão de unidades velocidade angular e aceleração angular. Erros padrão medições Os gases são diferentes como meios de trabalho. Nitrogênio N2 (refrigerante R728) Amônia (refrigerante R717). Anticongelante. Hidrogênio H^2 (refrigerante R702) Vapor de água. Ar (Atmosfera) Gás natural - gás natural. Biogás é gás de esgoto. Gás liquefeito. LNG. GNL. Propano-butano. Oxigênio O2 (refrigerante R732) Óleos e lubrificantes Metano CH4 (refrigerante R50) Propriedades da água. Monóxido de carbono CO. monóxido de carbono. Dióxido de carbono CO2. (Refrigerante R744). Cloro Cl2 Cloreto de hidrogênio HCl, também conhecido como ácido clorídrico. Refrigerantes (refrigerantes). Refrigerante (Refrigerante) R11 - Fluorotriclorometano (CFCI3) Refrigerante (Refrigerante) R12 - Difluorodiclorometano (CF2CCl2) Refrigerante (Refrigerante) R125 - Pentafluoroetano (CF2HCF3). Refrigerante (Refrigerante) R134a - 1,1,1,2-Tetrafluoroetano (CF3CFH2). Refrigerante (Refrigerante) R22 - Difluoroclorometano (CF2ClH) Refrigerante (Refrigerante) R32 - Difluorometano (CH2F2). Refrigerante (Refrigerante) R407C - R-32 (23%) / R-125 (25%) / R-134a (52%) / Percentagem em massa. outros Materiais - propriedades térmicas Abrasivos - grão, finura, equipamento de moagem. Solo, terra, areia e outras rochas. Indicadores de afrouxamento, retração e densidade de solos e rochas. Encolhimento e afrouxamento, cargas. Ângulos de inclinação. Alturas de bordas, lixões. Madeira. Madeira. Madeira. Histórico. Lenha… Cerâmica. Adesivos e juntas de cola Gelo e neve (água gelada) Metais Alumínio e ligas de alumínio Cobre, bronze e latão Bronze Latão Cobre (e classificação de ligas de cobre) Níquel e ligas Conformidade com graus de liga Aços e ligas Tabelas de referência de pesos de produtos laminados e tubos. +/-5% do peso do tubo. peso metálico. Propriedades mecânicas dos aços. Minerais de Ferro Fundido. Amianto. Produtos alimentares e matérias-primas alimentares. Propriedades, etc. Link para outra seção do projeto. Borrachas, plásticos, elastômeros, polímeros. Descrição detalhada dos Elastômeros PU, TPU, X-PU, H-PU, XH-PU, S-PU, XS-PU, T-PU, G-PU (CPU), NBR, H-NBR, FPM, EPDM, MVQ , TFE/P, POM, PA-6, TPFE-1, TPFE-2, TPFE-3, TPFE-4, TPFE-5 (PTFE modificado), Resistência dos materiais. Sopromat. Materiais de construção. Propriedades físicas, mecânicas e térmicas. Concreto. Solução concreta. Solução. Acessórios de construção. Aço e outros. Tabelas de aplicabilidade dos materiais. Resistência química. Aplicabilidade da temperatura. Resistência à corrosão. Materiais de vedação - selantes de juntas. PTFE (fluoroplast-4) e materiais derivados. Fita FUM. Adesivos anaeróbicos Selantes que não secam (não endurecem). Selantes de silicone (organossilício). Grafite, amianto, paronites e materiais derivados Paronite. Grafite termicamente expandida (TRG, TMG), composições. Propriedades. Inscrição. Produção. Linho sanitário Vedações de elastômeros de borracha Isolantes e materiais isolantes térmicos. (link para a seção do projeto) Técnicas e conceitos de engenharia Proteção contra explosão. Proteção Ambiental. Corrosão. Modificações climáticas (Tabelas de Compatibilidade de Materiais) Classes de pressão, temperatura, estanqueidade Queda (perda) de pressão. — Conceito de engenharia. Proteção contra fogo. Incêndios. Teoria do controle automático (regulação). Manual de Matemática TAU Aritmética, progressões geométricas e somas de algumas séries numéricas. Figuras geométricas. Propriedades, fórmulas: perímetros, áreas, volumes, comprimentos. Triângulos, retângulos, etc. Graus para radianos. figuras planas. Propriedades, lados, ângulos, sinais, perímetros, igualdades, semelhanças, cordas, setores, áreas, etc. Áreas de figuras irregulares, volumes de corpos irregulares. valor médio sinal. Fórmulas e métodos de cálculo da área. Gráficos. Construção de gráficos. Lendo gráficos. Cálculo integral e diferencial. Derivadas e integrais tabulares. Tabela derivada. Tabela de integrais. Tabela de primitivos. Encontrar derivada. Encontre a integral. Diffury. Números complexos. unidade imaginária. Álgebra Linear. (Vetores, matrizes) Matemática para os mais pequenos. Jardim de Infância - 7º ano. Lógica matemática. Solução de equações. Equações quadráticas e biquadráticas. Fórmulas. Métodos. Decisão equações diferenciais Exemplos de soluções para equações diferenciais ordinárias de ordem superior à primeira. Exemplos de soluções para as equações diferenciais ordinárias mais simples = analiticamente solúveis de primeira ordem. Sistemas coordenados. Retangular cartesiana, polar, cilíndrica e esférica. Bidimensional e tridimensional. Sistemas numéricos. Números e dígitos (reais, complexos, ....). Tabelas de sistemas numéricos. Série de potência Taylor, Maclaurin (=McLaren) e a série periódica de Fourier. Decomposição de funções em séries. Tabelas de logaritmos e fórmulas básicas Tabelas de valores numéricos Tabelas de Bradys. Teoria e estatística das probabilidades Funções trigonométricas, fórmulas e gráficos. sin, cos, tg, ctg….Valores de funções trigonométricas. Fórmulas para reduzir funções trigonométricas. Identidades trigonométricas. Métodos numéricos Equipamento - normas, dimensões Eletrodomésticos, equipamentos domésticos. Drenagem e sistemas de drenagem. 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Dimensões de conexão. tópicos. Designações, tamanhos, usos, tipos… (link de referência) Conexões ("higiênicas", "assépticas") de tubulações nas indústrias alimentícia, láctea e farmacêutica. Tubulações, tubulações. Diâmetros de tubos e outras características. Escolha do diâmetro da tubulação. Taxas de fluxo. Despesas. Força. Tabelas de seleção, queda de pressão. Tubos de cobre. Diâmetros de tubos e outras características. Tubos de policloreto de vinila (PVC). Diâmetros de tubos e outras características. Os tubos são de polietileno. Diâmetros de tubos e outras características. Tubos de polietileno PND. Diâmetros de tubos e outras características. Tubos de aço (incluindo aço inoxidável). Diâmetros de tubos e outras características. O tubo é de aço. O tubo é inoxidável. Tubos de aço inoxidável. Diâmetros de tubos e outras características. O tubo é inoxidável. Tubos de aço carbono. Diâmetros de tubos e outras características. O tubo é de aço. Apropriado. Flanges de acordo com GOST, DIN (EN 1092-1) e ANSI (ASME). Conexão de flange. Conexões de flange. Conexão de flange. Elementos de tubulações. lâmpadas elétricas Conectores e fios elétricos (cabos) Motores elétricos. Motores elétricos. Dispositivos elétricos de comutação. (Link para a seção) Normas para a vida pessoal dos engenheiros Geografia para engenheiros. Distâncias, rotas, mapas….. Engenheiros na vida cotidiana. Família, crianças, recreação, vestuário e habitação. Filhos de engenheiros. Engenheiros em escritórios. Engenheiros e outras pessoas. Socialização dos engenheiros. Curiosidades. Engenheiros de descanso. Isso nos chocou. Engenheiros e comida. Receitas, utilidade. Truques para restaurantes. Comércio internacional para engenheiros. Aprendemos a pensar de maneira mercenária. Transporte e viagens. Carros particulares, bicicletas…. Física e química do homem. Economia para engenheiros. financistas Bormotologiya - linguagem humana. Conceitos e desenhos tecnológicos Escrita em papel, desenho, escritório e envelopes. Tamanhos de fotos padrão. Ventilação e ar condicionado. Abastecimento de água e esgoto Abastecimento de água quente (DHW). Abastecimento de água potável Águas residuais. Abastecimento de água fria Indústria galvânica Refrigeração Linhas/sistemas de vapor. Linhas/sistemas de condensado. Linhas de vapor. Tubulações de condensado. Indústria alimentar Fornecimento de gás natural Soldadura de metais Símbolos e designações de equipamentos em desenhos e esquemas. Representações gráficas simbólicas em projetos de aquecimento, ventilação, ar condicionado e fornecimento de calor e frio, de acordo com a Norma ANSI/ASHRAE 134-2005. Esterilização de equipamentos e materiais Fornecimento de calor Indústria eletrônica Fornecimento de energia diretório físico Alfabetos. Designações aceitas. Constantes físicas básicas. A umidade é absoluta, relativa e específica. Umidade do ar. Tabelas psicrométricas. Diagramas de Ramzin. Viscosidade no tempo, número de Reynolds (Re). Unidades de viscosidade. Gases. Propriedades dos gases. Constantes de gás individuais. Pressão e Vácuo Vácuo Comprimento, distância, dimensão linear Som. Ultrassom. Coeficientes de absorção sonora (link para outra seção) Clima. dados climáticos. dados naturais. SNIP 23-01-99. Climatologia do edifício. (Estatísticas de dados climáticos) SNIP 23-01-99 Tabela 3 - Temperatura média mensal e anual do ar, ° С. Ex-URSS. SNIP 23-01-99 Tabela 1. Parâmetros climáticos do período frio do ano. RF. SNIP 23-01-99 Tabela 2. Parâmetros climáticos da estação quente. Ex-URSS. SNIP 23-01-99 Tabela 2. Parâmetros climáticos da estação quente. RF. SNIP 23-01-99 Tabela 3. Temperatura média mensal e anual do ar, °C. RF. SNIP 23-01-99. Tabela 5a* - Pressão parcial média mensal e anual de vapor d'água, hPa = 10^2 Pa. RF. SNIP 23-01-99. Tabela 1. Parâmetros climáticos da estação fria. Ex-URSS. Densidade. Peso. Gravidade Específica. Densidade aparente. Tensão superficial. Solubilidade. Solubilidade de gases e sólidos. Luz e cor. Coeficientes de reflexão, absorção e refração Alfabeto de cores:) - Designações (codificações) de cores (cores). Propriedades de materiais e meios criogênicos. Tabelas. Coeficientes de atrito para vários materiais. Quantidades térmicas incluindo ebulição, fusão, chama, etc…… informação adicional veja: Coeficientes (indicadores) do adiabat. Convecção e troca de calor total. Coeficientes de expansão linear térmica, expansão volumétrica térmica. Temperaturas, ebulição, fusão, outras… Conversão de unidades de temperatura. Inflamabilidade. temperatura de amolecimento. Pontos de ebulição Pontos de fusão Condutividade térmica. Coeficientes de condutividade térmica. Termodinâmica. Calor específico vaporização (condensação). Entalpia de vaporização. Calor específico de combustão ( valor calórico). A necessidade de oxigênio. Grandezas elétricas e magnéticas Momentos de dipolo elétrico. A constante dielétrica. Constante elétrica. Comprimentos de Onda Eletromagnéticos (Diretório de outra seção) Intensidades campo magnético Conceitos e fórmulas para eletricidade e magnetismo. Eletrostática. Módulos piezoelétricos. Resistência elétrica dos materiais Eletricidade Resistência elétrica e condutividade. Potenciais eletrônicos Livro de referência química "Alfabeto químico (dicionário)" - nomes, abreviaturas, prefixos, designações de substâncias e compostos. Soluções aquosas e misturas para processamento de metais. Soluções aquosas para aplicação e remoção de revestimentos metálicos Soluções aquosas para limpeza de depósitos de carvão (depósitos de alcatrão, depósitos de motor) combustão interna…) Soluções aquosas para passivação. Soluções aquosas para corrosão - remoção de óxidos da superfície Soluções aquosas para fosfatização Soluções aquosas e misturas para oxidação química e coloração de metais. Soluções aquosas e misturas para polimento químico Desengorduramento de soluções aquosas e solventes orgânicos pH. tabelas de pH. Queimaduras e explosões. Oxidação e redução. Classes, categorias, designações de perigo (toxicidade) de substâncias químicas Sistema periódico de elementos químicos de DI Mendeleev. Tabela periódica. Densidade de solventes orgânicos (g/cm3) dependendo da temperatura. 0-100 °C. Propriedades das soluções. Constantes de dissociação, acidez, basicidade. Solubilidade. Misturas. Constantes térmicas das substâncias. Entalpia. entropia. Gibbs energy… (link para o livro de referência química do projeto) Engenharia elétrica Reguladores Sistemas de alimentação ininterrupta. Sistemas de despacho e controle Sistemas de cabeamento estruturado Data centers

A fonte mais importante da qual a superfície da Terra e a atmosfera recebem energia térmica é o Sol. Ele envia uma quantidade colossal de energia radiante para o espaço do mundo: térmica, luz, ultravioleta. emitida pelo sol ondas eletromagnéticas propagam a uma velocidade de 300.000 km/s.

O aquecimento da superfície terrestre depende do ângulo de incidência dos raios solares. Todos os raios do sol atingem a superfície da Terra paralelamente uns aos outros, mas como a Terra tem uma forma esférica, os raios do sol incidem em diferentes partes de sua superfície em ângulos diferentes. Quando o Sol está em seu zênite, seus raios caem verticalmente e a Terra se aquece mais.

A totalidade da energia radiante enviada pelo Sol é chamada radiação solar,é geralmente expresso em calorias por área de superfície por ano.

A radiação solar determina o regime de temperatura da troposfera aérea da Terra.

Deve-se notar que a quantidade total de radiação solar é mais de dois bilhões de vezes a quantidade de energia recebida pela Terra.

A radiação que atinge a superfície da Terra consiste em direta e difusa.

A radiação que chega à Terra diretamente do Sol na forma de luz solar direta em um céu sem nuvens é chamada Em linha reta. Ela carrega o maior número calor e luz. Se nosso planeta não tivesse atmosfera, a superfície da Terra receberia apenas radiação direta.

No entanto, ao passar pela atmosfera, cerca de um quarto da radiação solar é espalhada por moléculas de gás e impurezas, desviando-se do caminho direto. Alguns deles atingem a superfície da Terra, formando radiação solar espalhada. Graças à radiação espalhada, a luz também penetra em locais onde a luz solar direta (radiação direta) não penetra. Essa radiação cria a luz do dia e dá cor ao céu.

Radiação solar total

Todos os raios do sol que atingem a terra são radiação solar total ou seja, a totalidade da radiação direta e difusa (Fig. 1).

Arroz. 1. Radiação solar total por ano

Distribuição da radiação solar sobre a superfície da Terra

A radiação solar é distribuída de forma desigual sobre a Terra. Depende:

1. na densidade e umidade do ar - quanto mais altas, menos radiação a superfície terrestre recebe;

2. de latitude geográfica terreno - a quantidade de radiação aumenta dos pólos para o equador. A quantidade de radiação solar direta depende do comprimento do caminho que os raios do sol percorrem na atmosfera. Quando o Sol está em seu zênite (o ângulo de incidência dos raios é de 90 °), seus raios incidem sobre a Terra o caminho mais curto e dão intensivamente sua energia a uma pequena área. Na Terra, isso ocorre na faixa entre 23° N. sh. e 23°S sh., ou seja, entre os trópicos. À medida que você se afasta desta zona para o sul ou norte, o comprimento do caminho dos raios do sol aumenta, ou seja, o ângulo de sua incidência na superfície da Terra diminui. Os raios começam a cair sobre a Terra em um ângulo menor, como se estivessem deslizando, aproximando-se da linha tangente na região dos polos. Como resultado, o mesmo fluxo de energia é distribuído por uma área maior, de modo que a quantidade de energia refletida aumenta. Assim, na região do equador, onde os raios do sol incidem sobre a superfície da terra em um ângulo de 90°, a quantidade de radiação solar direta recebida pela superfície da terra é maior e, à medida que você se move em direção aos pólos, essa quantidade é acentuadamente reduzido. Além disso, a duração do dia em diferentes épocas do ano também depende da latitude da área, que também determina a quantidade de radiação solar que entra na superfície da Terra;

3. do movimento anual e diário da Terra - nas latitudes médias e altas, o influxo de radiação solar varia muito de acordo com as estações do ano, o que está associado a uma mudança na altitude do meio-dia do Sol e na duração do dia ;

4. sobre a natureza da superfície da Terra - quanto mais brilhante a superfície, mais luz solar ela reflete. A capacidade de uma superfície de refletir a radiação é chamada de albedo(de lat. brancura). A neve reflete a radiação especialmente fortemente (90%), a areia é mais fraca (35%), o chernozem é ainda mais fraco (4%).

Superfície da Terra, absorvendo a radiação solar (radiação absorvida), aquece e irradia calor para a atmosfera (radiação refletida). As camadas inferiores da atmosfera retardam em grande parte a radiação terrestre. A radiação absorvida pela superfície da Terra é gasta no aquecimento do solo, do ar e da água.

A parte da radiação total que permanece após reflexão e radiação térmica a superfície da Terra é chamada balanço de radiação. O balanço de radiação da superfície da Terra varia durante o dia e as estações do ano, mas na média do ano tem um valor positivo em todos os lugares, com exceção dos desertos gelados da Groenlândia e da Antártida. O balanço de radiação atinge seus valores máximos em baixas latitudes (entre 20°N e 20°S) - acima de 42*10 2 J/m 2 , em uma latitude de cerca de 60° em ambos os hemisférios diminui para 8*10 2 - 13 * 10 2 J/m 2.

Os raios do sol cedem até 20% de sua energia para a atmosfera, que é distribuída por toda a espessura do ar e, portanto, o aquecimento do ar causado por eles é relativamente pequeno. O sol aquece a superfície da Terra, que transfere calor para o ar atmosférico devido à convecção(de lat. convecção- entrega), ou seja, o movimento vertical do ar aquecido na superfície da terra, no lugar do qual o ar mais frio desce. É assim que a atmosfera recebe a maior parte de seu calor - em média, três vezes mais do que diretamente do Sol.

A presença de dióxido de carbono e vapor de água não permite que o calor refletido da superfície da Terra escape livremente para espaço. Eles criam o efeito estufa, devido ao qual a queda de temperatura na Terra durante o dia não excede 15 ° C. Na ausência de dióxido de carbono na atmosfera, a superfície da Terra esfriaria 40-50°C durante a noite.

Como resultado do crescimento da escala da atividade econômica humana - a queima de carvão e petróleo em usinas termelétricas, as emissões empresas industriais, um aumento nas emissões de automóveis - o teor de dióxido de carbono na atmosfera está aumentando, o que leva a um aumento do efeito estufa e ameaça as mudanças climáticas globais.

Os raios do sol, tendo passado pela atmosfera, caem na superfície da Terra e a aquecem, e isso, por sua vez, emite calor para a atmosfera. Isso explica a característica da troposfera: uma diminuição da temperatura do ar com a altura. Mas há momentos em que as camadas superiores da atmosfera são mais quentes que as inferiores. Tal fenômeno é chamado inversão de temperatura(de lat. inversio - virar).

A Terra recebe do Sol 1,36 * 10v24 cal de calor por ano. Comparada a essa quantidade de energia, a quantidade restante de energia radiante que atinge a superfície da Terra é insignificante. Assim, a energia radiante das estrelas é um centésimo milionésimo da energia solar, radiação cósmica- dois bilionésimos, o calor interno da Terra em sua superfície é igual a um quinto milésimo do calor solar.
Radiação do Sol - radiação solar- é a principal fonte de energia para quase todos os processos que ocorrem na atmosfera, hidrosfera e nas camadas superiores da litosfera.
A unidade de medida da intensidade da radiação solar é o número de calorias de calor absorvidas por 1 cm2 de uma superfície absolutamente preta perpendicular à direção dos raios solares em 1 minuto (cal/cm2*min).

O fluxo de energia radiante do Sol, atingindo a atmosfera terrestre, é muito constante. Sua intensidade é chamada de constante solar (Io) e é considerada em média como 1,88 kcal/cm2 min.
O valor da constante solar flutua dependendo da distância da Terra ao Sol e da atividade solar. Suas flutuações durante o ano são de 3,4-3,5%.
Se os raios do sol caíssem verticalmente sobre a superfície da Terra, então, na ausência de uma atmosfera e a uma constante solar de 1,88 cal/cm2*min, cada centímetro quadrado receberia 1000 kcal por ano. Devido ao fato de a Terra ser esférica, essa quantidade é reduzida em 4 vezes e 1 sq. cm recebe uma média de 250 kcal por ano.
A quantidade de radiação solar recebida pela superfície depende do ângulo de incidência dos raios.
A quantidade máxima de radiação é recebida pela superfície perpendicular à direção dos raios do sol, pois neste caso toda a energia é distribuída para a área com seção transversal igual à seção transversal do feixe de raios - a. Com incidência oblíqua do mesmo feixe de raios, a energia é distribuída por uma grande área (seção c) e uma superfície unitária recebe uma quantidade menor dela. Quanto menor o ângulo de incidência dos raios, menor a intensidade da radiação solar.
A dependência da intensidade da radiação solar no ângulo de incidência dos raios é expressa pela fórmula:

I1 = I0 * sinh,

onde I0 é a intensidade da radiação solar em uma simples incidência de raios. Fora da atmosfera, a constante solar;
I1 - a intensidade da radiação solar quando os raios do sol incidem em um ângulo h.
I1 é tantas vezes menor que I0, quantas vezes a seção a é menor que a seção b.
A Figura 27 mostra que a / b \u003d sin A.
O ângulo de incidência dos raios do sol (a altura do Sol) é igual a 90 ° apenas nas latitudes de 23 ° 27 "N a 23 ° 27" S. (ou seja, entre os trópicos). Em outras latitudes, é sempre inferior a 90° (Tabela 8). De acordo com a diminuição do ângulo de incidência dos raios, a intensidade da radiação solar que chega à superfície em diferentes latitudes também deve diminuir. Como a altura do Sol não permanece constante ao longo do ano e durante o dia, a quantidade de calor solar recebida pela superfície muda continuamente.

A quantidade de radiação solar recebida pela superfície está diretamente relacionada desde a duração da sua exposição à luz solar.

Na zona equatorial fora da atmosfera, a quantidade de calor solar durante o ano não sofre grandes flutuações, enquanto em altas latitudes essas flutuações são muito grandes (ver Tabela 9). No inverno, as diferenças na chegada do calor solar entre latitudes altas e baixas são especialmente significativas. No verão, sob condições de iluminação contínua, as regiões polares recebem a quantidade máxima de calor solar por dia na Terra. No dia do solstício de verão no hemisfério norte, é 36% maior do que a quantidade diária de calor no equador. Mas como a duração do dia no equador não é de 24 horas (como neste momento no pólo), mas de 12 horas, a quantidade de radiação solar por unidade de tempo no equador continua sendo a maior. O máximo de verão da soma diária do calor solar, observado em cerca de 40-50° de latitude, está associado a um dia relativamente longo (maior do que neste momento em 10-20° de latitude) a uma altura significativa do Sol. As diferenças na quantidade de calor recebida pelas regiões equatorial e polar são menores no verão do que no inverno.
O hemisfério sul recebe mais calor no verão do que o norte e vice-versa no inverno (é afetado pela mudança na distância da Terra ao Sol). E se a superfície de ambos os hemisférios fosse completamente homogênea, as amplitudes anuais das flutuações de temperatura no hemisfério sul seriam maiores do que no norte.
A radiação solar na atmosfera sofre mudanças quantitativas e qualitativas.
Mesmo uma atmosfera ideal, seca e limpa absorve e dispersa os raios, reduzindo a intensidade da radiação solar. O efeito de enfraquecimento da atmosfera real, contendo vapor d'água e impurezas sólidas, sobre a radiação solar é muito maior do que o ideal. A atmosfera (oxigênio, ozônio, dióxido de carbono, poeira e vapor d'água) absorve principalmente os raios ultravioleta e infravermelho. A energia radiante do Sol absorvida pela atmosfera é convertida em outros tipos de energia: térmica, química, etc. Em geral, a absorção enfraquece a radiação solar em 17-25%.
Moléculas de gases atmosféricos espalham raios com ondas relativamente curtas - violeta, azul. Isso é o que explica a cor azul do céu. As impurezas espalham igualmente raios com ondas vários comprimentos. Portanto, com um conteúdo significativo deles, o céu adquire uma tonalidade esbranquiçada.
Devido à dispersão e reflexão dos raios do sol pela atmosfera, a luz do dia é observada em dias nublados, os objetos à sombra são visíveis e ocorre o fenômeno do crepúsculo.
Quanto mais longo o caminho do feixe na atmosfera, maior sua espessura deve passar e mais significativamente a radiação solar é atenuada. Portanto, com a elevação, a influência da atmosfera na radiação diminui. O comprimento do caminho da luz solar na atmosfera depende da altura do Sol. Se tomarmos como unidade o comprimento do caminho do feixe solar na atmosfera à altura do Sol 90 ° (m), a razão entre a altura do Sol e o comprimento do caminho do feixe na atmosfera será como mostrado na Tabela. dez.

A atenuação total da radiação na atmosfera a qualquer altura do Sol pode ser expressa pela fórmula de Bouguer: Im = I0 * pm, onde Im é a intensidade da radiação solar próxima à superfície terrestre alterada na atmosfera; I0 - constante solar; m é a trajetória do feixe na atmosfera; a uma altura solar de 90 ° é igual a 1 (a massa da atmosfera), p é o coeficiente de transparência (um número fracionário que mostra qual fração de radiação atinge a superfície em m = 1).
A uma altura do Sol de 90°, em m=1, a intensidade da radiação solar perto da superfície da Terra I1 é p vezes menor que Io, ou seja, I1=Io*p.
Se a altura do Sol for menor que 90°, então m é sempre maior que 1. O caminho de um raio solar pode consistir em vários segmentos, cada um dos quais é igual a 1. A intensidade da radiação solar na fronteira entre os primeiro (aa1) e segundo (a1a2) segmentos I1 é obviamente igual a Io *p, intensidade de radiação após passar o segundo segmento I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 etc.

A transparência da atmosfera não é constante e não é a mesma em várias condições. A razão entre a transparência da atmosfera real e a transparência da atmosfera ideal - o fator de turbidez - é sempre maior que um. Depende do conteúdo de vapor de água e poeira no ar. Com o aumento da latitude geográfica, o fator de turbidez diminui: nas latitudes de 0 a 20 ° N. sh. é igual a 4,6 em média, nas latitudes de 40 a 50 ° N. sh. - 3,5, nas latitudes de 50 a 60 ° N. sh. - 2,8 e nas latitudes de 60 a 80 ° N. sh. - 2,0. Em latitudes temperadas, o fator de turbidez é menor no inverno do que no verão, e menor de manhã do que à tarde. Ela diminui com a altura. Quanto maior o fator de turbidez, maior a atenuação da radiação solar.
Distinguir radiação solar direta, difusa e total.
Parte da radiação solar que penetra através da atmosfera até a superfície terrestre é radiação direta. Parte da radiação espalhada pela atmosfera é convertida em radiação difusa. Toda radiação solar que entra na superfície da Terra, direta e difusa, é chamada de radiação total.
A relação entre radiação direta e espalhada varia consideravelmente dependendo da nebulosidade, poeira da atmosfera e também da altura do Sol. Em céu claro, a fração de radiação espalhada não excede 0,1%; em céu nublado, a radiação difusa pode ser maior que a radiação direta.
A uma baixa altitude do Sol, a radiação total consiste quase inteiramente de radiação espalhada. A uma altitude solar de 50° e céu claro, a fração de radiação espalhada não excede 10-20%.
Mapas de valores médios anuais e mensais de radiação total permitem perceber os principais padrões em sua distribuição geográfica. Os valores anuais de radiação total são distribuídos principalmente zonal. A maior quantidade anual de radiação total na Terra é recebida pela superfície em desertos tropicais do interior (Saara Oriental e parte central da Arábia). Uma diminuição notável na radiação total no equador é causada pela alta umidade do ar e alta nebulosidade. No Ártico, a radiação total é de 60-70 kcal/cm2 por ano; na Antártida, devido à frequente recorrência de dias claros e à maior transparência da atmosfera, é um pouco maior.

Em junho, o hemisfério norte recebe as maiores quantidades de radiação, especialmente as regiões tropicais e subtropicais do interior. As quantidades de radiação solar recebidas pela superfície nas latitudes temperadas e polares do hemisfério norte diferem pouco, devido principalmente à longa duração do dia nas regiões polares. Zoneamento na distribuição da radiação total acima. continentes no hemisfério norte e nas latitudes tropicais do hemisfério sul quase não é expresso. É melhor manifestado no hemisfério norte sobre o oceano e é claramente expresso nas latitudes extratropicais do hemisfério sul. Sul círculo polar o valor da radiação solar total se aproxima de 0.
Em dezembro, as maiores quantidades de radiação entram no hemisfério sul. A superfície de gelo da Antártida, com alta transparência do ar, recebe significativamente mais radiação total do que a superfície do Ártico em junho. Há muito calor nos desertos (Kalahari, Great Australian), mas devido à maior oceanicidade do hemisfério sul (influência da alta umidade e nebulosidade), suas quantidades aqui são um pouco menores do que em junho nas mesmas latitudes de o hemisfério norte. Nas latitudes equatoriais e tropicais do hemisfério norte, a radiação total varia relativamente pouco, e o zoneamento em sua distribuição é claramente expresso apenas ao norte do trópico norte. Com o aumento da latitude, a radiação total diminui rapidamente; sua isolinha zero passa um pouco ao norte do Círculo Polar Ártico.
A radiação solar total, caindo na superfície da Terra, é parcialmente refletida de volta para a atmosfera. A razão entre a quantidade de radiação refletida de uma superfície e a quantidade de radiação incidente nessa superfície é chamada de albedo. Albedo caracteriza a refletividade de uma superfície.
O albedo da superfície da Terra depende de sua condição e propriedades: cor, umidade, rugosidade, etc. A neve recém-caída tem a maior refletividade (85-95%). Calmo superfície da água quando os raios do sol incidem sobre ele verticalmente, ele reflete apenas 2-5%, e quando o sol está baixo, quase todos os raios incidem sobre ele (90%). Albedo de chernozem seco - 14%, molhado - 8, floresta - 10-20, vegetação de prado - 18-30, superfícies arenosas do deserto - 29-35, superfícies gelo marinho - 30-40%.
O grande albedo da superfície do gelo, especialmente coberto de neve fresca (até 95%), é a razão Baixas temperaturas nas regiões polares no verão, quando a chegada da radiação solar é significativa.
Radiação da superfície e atmosfera da Terra. Qualquer corpo com temperatura acima do zero absoluto (maior que menos 273°) emite energia radiante. A emissividade total de um corpo negro é proporcional à quarta potência de sua temperatura absoluta (T):
E \u003d σ * T4 kcal / cm2 por minuto (lei de Stefan-Boltzmann), onde σ é um coeficiente constante.
Quanto maior a temperatura do corpo radiante, menor o comprimento de onda dos raios nm emitidos. O Sol incandescente envia para o espaço radiação de ondas curtas. A superfície da Terra, absorvendo a radiação solar de ondas curtas, aquece e também se torna uma fonte de radiação (radiação terrestre). Ho, uma vez que a temperatura da superfície da Terra não excede várias dezenas de graus, sua radiação de onda longa, invisível.
A radiação terrestre é em grande parte retida pela atmosfera (vapor de água, dióxido de carbono, ozônio), mas os raios com comprimento de onda de 9-12 mícrons ultrapassam livremente a atmosfera e, portanto, a Terra perde parte de seu calor.
A atmosfera, absorvendo parte da radiação solar que passa por ela e mais da metade da da Terra, ela mesma irradia energia tanto para o espaço do mundo quanto para a superfície da Terra. A radiação atmosférica direcionada para a superfície da Terra em direção à superfície da Terra é chamada radiação oposta. Esta radiação, como a terrestre, de onda longa, invisível.
Dois fluxos de radiação de ondas longas se encontram na atmosfera - a radiação da superfície da Terra e a radiação da atmosfera. A diferença entre eles, que determina a perda real de calor pela superfície da Terra, é chamada de radiação eficiente. A radiação efetiva é tanto maior quanto maior for a temperatura da superfície radiante. A umidade do ar reduz a radiação efetiva, suas nuvens a reduzem bastante.
O maior valor das somas anuais de radiação efetiva é observado em desertos tropicais - 80 kcal/cm2 por ano - devido à alta temperatura superficial, ar seco e céu claro. No equador, com alta umidade do ar, a radiação efetiva é apenas cerca de 30 kcal/cm2 por ano, e seu valor para a terra e para o oceano difere muito pouco. A radiação efetiva mais baixa nas regiões polares. Em latitudes temperadas, a superfície da Terra perde cerca de metade da quantidade de calor que recebe da absorção da radiação total.
A capacidade da atmosfera de passar a radiação de ondas curtas do Sol (radiação direta e difusa) e retardar a radiação de ondas longas da Terra é chamada de efeito estufa. Devido ao efeito estufa, a temperatura média da superfície da Terra é de +16°, na ausência de atmosfera seria de -22° (38° mais baixa).
Balanço de radiação (radiação residual). A superfície da Terra simultaneamente recebe radiação e a distribui. A chegada da radiação é a radiação solar total e a radiação contrária da atmosfera. Consumo - o reflexo da luz solar da superfície (albedo) e a própria radiação da superfície da Terra. A diferença entre a radiação de entrada e de saída é balanço de radiação, ou radiação residual. O valor do balanço de radiação é determinado pela equação

R \u003d Q * (1-α) - I,

onde Q é a radiação solar total por unidade de superfície; α - albedo (fração); I - radiação efetiva.
Se a entrada for maior que a saída, o balanço de radiação é positivo; se a entrada for menor que a saída, o balanço é negativo. À noite, em todas as latitudes, o balanço de radiação é negativo; durante o dia, até o meio-dia, é positivo em todos os lugares, exceto nas altas latitudes no inverno; à tarde - novamente negativo. Em média por dia, o balanço de radiação pode ser positivo e negativo (Tabela 11).

No mapa das somas anuais do balanço de radiação da superfície terrestre, pode-se ver mudança abrupta posições das isolinhas durante sua transição da terra para o oceano. Como regra, o balanço de radiação da superfície do oceano excede o balanço de radiação da terra (o efeito do albedo e da radiação efetiva). A distribuição do balanço de radiação é geralmente zonal. No Oceano em latitudes tropicais, os valores anuais do balanço de radiação atingem 140 kcal/cm2 (Mar da Arábia) e não excedem 30 kcal/cm2 no limite do gelo flutuante. Os desvios da distribuição zonal do balanço de radiação no Oceano são insignificantes e são causados pela distribuição das nuvens.
Em terra nas latitudes equatoriais e tropicais, os valores anuais do balanço de radiação variam de 60 a 90 kcal/cm2, dependendo das condições de umidade. As maiores somas anuais do balanço de radiação são observadas nas regiões onde o albedo e a radiação efetiva são relativamente pequenos ( florestas tropicais, savanas). Seu valor mais baixo está em áreas muito úmidas (grande nebulosidade) e muito secas (grande radiação efetiva). Em latitudes temperadas e altas, o valor anual do balanço de radiação diminui com o aumento da latitude (o efeito de uma diminuição na radiação total).
As somas anuais do balanço de radiação sobre as regiões centrais da Antártida são negativas (várias calorias por 1 cm2). No Ártico, esses valores são próximos de zero.
Em julho, o balanço de radiação da superfície terrestre em uma parte significativa do hemisfério sul é negativo. A linha de equilíbrio zero corre entre 40 e 50°S. sh. O valor mais alto do balanço de radiação é alcançado na superfície do oceano nas latitudes tropicais do hemisfério norte e na superfície de alguns mares interiores, por exemplo Preto (14-16 kcal/cm2 por mês).
Em janeiro, a linha de equilíbrio zero está localizada entre 40 e 50°N. sh. (sobre os oceanos sobe um pouco para o norte, sobre os continentes desce para o sul). Uma parte significativa do hemisfério norte tem um balanço de radiação negativo. Os maiores valores do balanço de radiação estão confinados às latitudes tropicais do hemisfério sul.
Em média para o ano, o balanço de radiação da superfície da Terra é positivo. Nesse caso, a temperatura da superfície não aumenta, mas permanece aproximadamente constante, o que só pode ser explicado pelo consumo contínuo do excesso de calor.
O balanço de radiação da atmosfera consiste na radiação solar e terrestre absorvida por ela, por um lado, e pela radiação atmosférica, por outro. É sempre negativo, pois a atmosfera absorve apenas uma pequena parte da radiação solar e irradia quase tanto quanto a superfície.
O balanço de radiação da superfície e da atmosfera juntos, como um todo, para toda a Terra por um ano é igual a zero em média, mas nas latitudes pode ser positivo e negativo.
A consequência de tal distribuição do balanço de radiação deve ser a transferência de calor na direção do equador para os pólos.
Equilíbrio térmico. O balanço de radiação é o componente mais importante do balanço de calor. A equação do balanço de calor da superfície mostra como a energia da radiação solar recebida é convertida na superfície da Terra:

onde R é o balanço de radiação; LE - consumo de calor por evaporação (L - calor latente de vaporização, E - evaporação);
P - troca de calor turbulenta entre a superfície e a atmosfera;
A - troca de calor entre a superfície e as camadas subjacentes de solo ou água.
O balanço de radiação de uma superfície é considerado positivo se a radiação absorvida pela superfície exceder a perda de calor, e negativo se não repor os mesmos. Todos os outros termos do balanço térmico são considerados positivos se causarem perda de calor pela superfície (se corresponderem ao consumo de calor). Como. todos os termos da equação podem mudar, o equilíbrio térmico é constantemente perturbado e restaurado novamente.
A equação do balanço térmico superficial considerado acima é aproximada, pois não leva em consideração algumas condições secundárias, mas em condições específicas, adquirindo importância fatores, como a liberação de calor durante o congelamento, seu consumo para descongelamento, etc.
O balanço de calor da atmosfera consiste no balanço de radiação da atmosfera Ra, o calor vindo da superfície, Pa, o calor liberado na atmosfera durante a condensação, LE, e a transferência de calor horizontal (advecção) Aa. O balanço de radiação da atmosfera é sempre negativo. O influxo de calor como resultado da condensação de umidade e a magnitude da transferência turbulenta de calor são positivos. A advecção de calor leva, em média por ano, à sua transferência de baixas latitudes para altas latitudes: portanto, significa consumo de calor em baixas latitudes e chegada em altas latitudes. Em uma derivação plurianual, o balanço térmico da atmosfera pode ser expresso pela equação Ra=Pa+LE.
O balanço de calor da superfície e da atmosfera juntos é igual a 0 em uma média de longo prazo (Fig. 35).

A quantidade de radiação solar que entra na atmosfera por ano (250 kcal/cm2) é considerada como 100%. A radiação solar, penetrando na atmosfera, é parcialmente refletida pelas nuvens e volta para além da atmosfera - 38%, parcialmente absorvida pela atmosfera - 14%, e parcialmente na forma de radiação solar direta atinge a superfície da terra - 48%. Dos 48% que chegam à superfície, 44% são absorvidos por ela e 4% são refletidos. Assim, o albedo da Terra é de 42% (38+4).
A radiação absorvida pela superfície terrestre é gasta da seguinte forma: 20% são perdidos por radiação efetiva, 18% são gastos na evaporação da superfície, 6% são gastos no aquecimento do ar durante a transferência turbulenta de calor (total 24%). A perda de calor pela superfície equilibra sua chegada. O calor recebido pela atmosfera (14% diretamente do Sol, 24% da superfície da Terra), juntamente com a radiação efetiva da Terra, é direcionado para o espaço mundial. O albedo da Terra (42%) e a radiação (58%) equilibram o influxo de radiação solar para a atmosfera.

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