Pământul primește de la Soare 1,36 * 10v24 cal de căldură pe an. În comparație cu această cantitate de energie, cantitatea rămasă de energie radiantă care ajunge la suprafața Pământului este neglijabilă. Astfel, energia radiantă a stelelor este de o sută de milioane energie solara, radiația cosmică - două miliarde, căldură interioară Pământul la suprafața sa este egal cu o cinci miimi din căldura solară.
Radiația Soarelui - radiatie solara- este principala sursă de energie pentru aproape toate procesele care au loc în atmosferă, hidrosferă și în straturile superioare ale litosferei.
Unitatea de măsură a intensității radiației solare este numărul de calorii de căldură absorbite de 1 cm2 dintr-o suprafață absolut neagră perpendiculară pe direcția razelor solare în 1 minut (cal/cm2*min).

Fluxul de energie radiantă de la Soare, ajungând în atmosfera pământului, este foarte constant. Intensitatea sa se numește constantă solară (Io) și se consideră în medie 1,88 kcal/cm2 min.
Valoarea constantei solare fluctuează în funcție de distanța Pământului față de Soare și de activitatea solară. Fluctuațiile sale pe parcursul anului sunt de 3,4-3,5%.
Dacă peste tot razele solare cădeau vertical pe suprafața pământului, atunci în absența unei atmosfere și la o constantă solară de 1,88 cal/cm2*min, fiecare centimetru pătrat ar primi 1000 kcal pe an. Datorită faptului că Pământul este sferic, această cantitate este redusă de 4 ori și 1 sq. cm primește în medie 250 kcal pe an.
Cantitatea de radiație solară primită de suprafață depinde de unghiul de incidență al razelor.
Suma maximă radiația primește o suprafață perpendiculară pe direcția razelor solare, deoarece în acest caz toată energia este distribuită într-un loc cu o secțiune transversală, egală cu secțiunea transversală fascicul de raze - a. Cu incidența oblică a aceluiași fascicul de raze, energia este distribuită pe o suprafață mare (secțiunea c) și o suprafață unitară primește o cantitate mai mică din ea. Cu cât unghiul de incidență al razelor este mai mic, cu atât intensitatea radiației solare este mai mică.
Dependența intensității radiației solare de unghiul de incidență al razelor este exprimată prin formula:

I1 = I0 * sinh,

unde I0 este intensitatea radiației solare la o incidență absolută a razelor. În afara atmosferei, constanta solară;
I1 - intensitatea radiației solare când razele solare cad sub un unghi h.
I1 este de câte ori mai mic decât I0, de câte ori secțiunea a este mai mică decât secțiunea b.
Figura 27 arată că a / b \u003d sin A.
Unghiul de incidență al razelor solare (înălțimea Soarelui) este egal cu 90 ° numai la latitudini de la 23 ° 27 "N până la 23 ° 27" S. (adică între tropice). La alte latitudini, este întotdeauna mai mică de 90° (Tabelul 8). În funcție de scăderea unghiului de incidență a razelor, ar trebui să scadă și intensitatea radiației solare care ajunge la suprafață la diferite latitudini. Deoarece înălțimea Soarelui nu rămâne constantă pe tot parcursul anului și în timpul zilei, cantitatea de căldură solară primită de suprafață se modifică continuu.

Cantitatea de radiație solară primită de suprafață este direct legată de din durata expunerii sale la lumina soarelui.

În zona ecuatorială din afara atmosferei, cantitatea de căldură solară în timpul anului nu se simte fluctuatii mari, în timp ce în latitudini mari aceste fluctuații sunt foarte mari (vezi Tabelul 9). ÎN perioada de iarna diferențele de câștig de căldură solară între latitudinile înalte și cele joase sunt deosebit de semnificative. ÎN perioada de vara, în condiții de iluminare continuă, regiunile polare primesc cantitatea maximă de căldură solară pe zi pe Pământ. În ziua solstițiului de vară în emisfera nordică, este cu 36% mai mare decât cantitatea zilnică de căldură la ecuator. Dar din moment ce durata zilei la ecuator nu este de 24 de ore (ca în acest moment la pol), ci de 12 ore, cantitatea de radiație solară pe unitatea de timp la ecuator rămâne cea mai mare. Maximul de vară al sumei zilnice de căldură solară, observat la aproximativ 40-50° latitudine, este asociat cu o zi relativ lungă (mai mare decât în ​​acest moment cu 10-20° latitudine) la o înălțime semnificativă a Soarelui. Diferențele în cantitatea de căldură primită de regiunile ecuatoriale și polare sunt mai mici vara decât iarna.
Emisfera sudică primește mai multă căldură vara decât cea nordică și invers iarna (este afectată de modificarea distanței Pământului față de Soare). Și dacă suprafața ambelor emisfere ar fi complet omogenă, amplitudinile anuale ale fluctuațiilor de temperatură în emisfera sudică ar fi mai mari decât în ​​cea nordică.
Radiația solară din atmosferă este supusă modificări cantitative și calitative.
Chiar și o atmosferă ideală, uscată și curată absoarbe și împrăștie razele, reducând intensitatea radiației solare. Efectul de slăbire al atmosferei reale, care conține vapori de apă și impurități solide, asupra radiației solare este mult mai mare decât cel ideal. Atmosfera (oxigen, ozon, dioxid de carbon, praf și vapori de apă) absoarbe în principal razele ultraviolete și infraroșii. Energia radiantă a Soarelui absorbită de atmosferă este transformată în alte tipuri de energie: termică, chimică etc. În general, absorbția slăbește radiația solară cu 17-25%.
Moleculele gazelor atmosferice împrăștie razele cu unde relativ scurte - violet, albastru. Acesta este ceea ce explică culoarea albastră a cerului. Impuritățile împrăștie în mod egal razele cu unde de diferite lungimi de undă. Prin urmare, cu un conținut semnificativ al acestora, cerul capătă o tentă albicioasă.
Datorită împrăștierii și reflectării razelor solare de către atmosferă, se observă lumina zilei în zilele înnorate, obiectele aflate la umbră sunt vizibile și apare fenomenul amurgului.
Cu cât este mai lungă calea fasciculului în atmosferă, cu atât trebuie să treacă grosimea acestuia și cu atât radiația solară este mai semnificativ atenuată. Prin urmare, odată cu înălțimea, influența atmosferei asupra radiațiilor scade. Lungimea traseului luminii solare în atmosferă depinde de înălțimea Soarelui. Dacă luăm ca unitate lungimea traseului fasciculului solar în atmosferă la înălțimea Soarelui 90° (m), raportul dintre înălțimea Soarelui și lungimea traiectoriei fasciculului în atmosferă va fi așa cum se arată în tabel. 10.

Atenuarea totală a radiației din atmosferă la orice înălțime a Soarelui poate fi exprimată prin formula Bouguer: Im = I0 * pm, unde Im este intensitatea radiației solare modificată în atmosferă y suprafața pământului; I0 - constanta solara; m este calea fasciculului în atmosferă; la o altitudine solară de 90 ° este egal cu 1 (masa atmosferei), p este coeficientul de transparență ( un număr fracționar, arătând ce fracție de radiație ajunge la suprafață la m=1).
La o înălțime a Soarelui de 90°, la m=1, intensitatea radiației solare lângă suprafața pământului I1 este de p ori mai mică decât Io, adică I1=Io*p.
Dacă înălțimea Soarelui este mai mică de 90°, atunci m este întotdeauna mai mare decât 1. Calea unei raze solare poate consta din mai multe segmente, fiecare dintre ele egal cu 1. Intensitatea radiației solare la granița dintre primul (aa1) și al doilea (a1a2) segmentul I1 este evident egal cu Io *p, intensitatea radiației după trecerea celui de-al doilea segment I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 etc.

Transparența atmosferei nu este constantă și nu este aceeași în diverse conditii. Raportul dintre transparența atmosferei reale și transparența atmosferei ideale - factorul de turbiditate - este întotdeauna mai mare decât unu. Depinde de conținutul de vapori de apă și praf din aer. Odată cu creșterea latitudinii geografice, factorul de turbiditate scade: la latitudini de la 0 la 20 ° N. SH. este egală cu 4,6 în medie, la latitudini de la 40 la 50 ° N. SH. - 3,5, la latitudini de la 50 la 60 ° N. SH. - 2,8 și la latitudini de la 60 la 80 ° N. SH. - 2.0. În latitudinile temperate, factorul de turbiditate este mai mic iarna decât vara, și mai puțin dimineața decât după-amiaza. Descrește odată cu înălțimea. Cu cât factorul de turbiditate este mai mare, cu atât este mai mare atenuarea radiației solare.
Distinge radiația solară directă, difuză și totală.
O parte din radiația solară care pătrunde prin atmosferă până la suprafața pământului este radiația directă. O parte din radiația împrăștiată de atmosferă este transformată în radiație difuză. Toată radiația solară care intră pe suprafața pământului, directă și difuză, se numește radiație totală.
Raportul dintre radiația directă și cea împrăștiată variază considerabil în funcție de înnorirea, praful atmosferei și, de asemenea, de înălțimea Soarelui. În cer senin, fracția de radiație împrăștiată nu depășește 0,1%; în cerul noros, radiația difuză poate fi mai mare decât radiația directă.
La o altitudine joasă a Soarelui, radiația totală constă aproape în întregime din radiații împrăștiate. La o altitudine solară de 50° și un cer senin, fracția de radiație împrăștiată nu depășește 10-20%.
Hărți ale valorilor medii anuale și lunare radiatia totala ne permit să remarcăm principalele modele în distribuţia sa geografică. Valorile anuale ale radiației totale sunt distribuite în principal zonal. Cea mai mare cantitate anuală de radiație totală de pe Pământ este primită de suprafață în deșerturile tropicale interioare (Sahara de Est și Partea centrală Arabia). O scădere vizibilă a radiației totale la ecuator este cauzată de umiditatea ridicată a aerului și de înnorința mare. În Arctica, radiația totală este de 60-70 kcal/cm2 pe an; în Antarctica, datorită reapariției frecvente a zilelor senine și a transparenței mai mari a atmosferei, este ceva mai mare.

În iunie, emisfera nordică primește cele mai mari cantități de radiații, și în special regiunile tropicale și subtropicale interioare. Cantitățile de radiație solară primită de suprafață în latitudinile temperate și polare ale emisferei nordice diferă puțin, în principal datorită duratei lungi a zilei în regiunile polare. Zonarea în distribuția radiației totale de mai sus. continente din emisfera nordică și latitudini tropicale emisfera sudica aproape neexprimat. Se manifestă mai bine în emisfera nordică peste Ocean și se exprimă clar în latitudinile extratropicale ale emisferei sudice. La cercul polar sudic, valoarea radiației solare totale se apropie de 0.
În decembrie, cele mai mari cantități de radiații intră în emisfera sudică. Suprafața de gheață înaltă a Antarcticii, cu o transparență ridicată a aerului, primește semnificativ mai multă radiație totală decât suprafața Arcticii în iunie. Este foarte multă căldură în deșerturi (Kalahari, Great Australian), dar datorită oceanicității mai mari a emisferei sudice (influența umidității ridicate a aerului și a înnorarii), cantitățile sale aici sunt ceva mai mici decât în ​​iunie la aceleași latitudini. a emisferei nordice. În latitudinile ecuatoriale și tropicale ale emisferei nordice, radiația totală variază relativ puțin, iar zonarea în distribuția sa este exprimată clar doar la nordul tropicului nordic. Odată cu creșterea latitudinii, radiația totală scade destul de rapid; izolina sa zero trece oarecum la nord de Cercul polar.
Radiația solară totală, care cade pe suprafața Pământului, este parțial reflectată înapoi în atmosferă. Se numește raportul dintre cantitatea de radiație reflectată de o suprafață și cantitatea de radiație incidentă pe acea suprafață albedo. Albedo caracterizează reflectivitatea unei suprafețe.
Albedo-ul suprafeței pământului depinde de starea și proprietățile acestuia: culoare, umiditate, rugozitate etc. Zăpada proaspăt căzută are cea mai mare reflectivitate (85-95%). O suprafata de apa linistita reflecta doar 2-5% din razele soarelui cand cade pe verticala, si aproape toate razele care cad pe ea (90%) cand soarele este jos. Albedo de cernoziom uscat - 14%, umed - 8, pădure - 10-20, vegetație de luncă - 18-30, suprafața deșertului nisipos - 29-35, suprafața de gheață de mare - 30-40%.
Albedo-ul mare al suprafeței de gheață, mai ales atunci când este acoperit cu zăpadă proaspătă (până la 95%), este motivul temperaturilor scăzute în regiunile polare vara, când sosirea radiației solare este semnificativă acolo.
Radiația suprafeței pământului și a atmosferei. Orice corp cu o temperatură peste zero absolut(mai mare de minus 273°), emite energie radiantă. Emisivitatea totală a unui corp negru este proporțională cu a patra putere a temperaturii sale absolute (T):
E \u003d σ * T4 kcal / cm2 pe minut (legea Stefan-Boltzmann), unde σ este un coeficient constant.
Cu cât temperatura este mai mare corp radiant, cu atât lungimea de undă a razelor nm emise este mai mică. Soarele incandescent trimite în spațiu radiații cu unde scurte. Suprafața pământului, absorbind radiația solară cu unde scurte, se încălzește și devine, de asemenea, o sursă de radiații (radiația terestră). Ho, deoarece temperatura suprafeței pământului nu depășește câteva zeci de grade, ea radiații cu undă lungă, invizibile.
Radiația Pământului este reținută în mare măsură de atmosferă (vapori de apă, dioxid de carbon, ozon), dar razele cu o lungime de undă de 9-12 microni trec liber dincolo de atmosferă și, prin urmare, Pământul își pierde o parte din căldură.
Atmosfera, absorbind o parte din radiația solară care trece prin ea și mai mult de jumătate din cea a pământului, ea însăși radiază energie atât în ​​spațiul mondial, cât și către suprafața pământului. Radiația atmosferică îndreptată spre suprafața pământului spre suprafața pământului se numește radiații opuse. Această radiație, ca și cea terestră, cu undă lungă, invizibilă.
Două fluxuri de radiații cu undă lungă se întâlnesc în atmosferă - radiația suprafeței Pământului și radiația atmosferei. Se numește diferența dintre ele, care determină pierderea efectivă de căldură de către suprafața pământului radiații eficiente. Radiația eficientă este cu atât mai mare, cu atât temperatura suprafeței radiante este mai mare. Umiditatea aerului reduce radiația efectivă, norii săi o reduc foarte mult.
Cea mai mare valoare a sumelor anuale de radiație efectivă se observă în deserturi tropicale- 80 kcal/cm2 pe an - datorită temperatura ridicata suprafața, uscăciunea aerului și claritatea cerului. La ecuator, cu umiditate ridicată a aerului, radiația efectivă este de doar aproximativ 30 kcal/cm2 pe an, iar valoarea ei pentru uscat și pentru ocean diferă foarte puțin. Cea mai scăzută radiație efectivă în regiunile polare. În latitudinile temperate, suprafața pământului pierde aproximativ jumătate din cantitatea de căldură pe care o primește din absorbția radiației totale.
Capacitatea atmosferei de a trece radiația cu undă scurtă a Soarelui (radiația directă și difuză) și de a întârzia radiația cu undă lungă a Pământului se numește efect de seră (seră). Datorită efectului de seră, temperatura medie a suprafeței terestre este de +16°, în absența unei atmosfere ar fi -22° (cu 38° mai mică).
Bilanțul radiațiilor (radiația reziduală). Suprafața pământului primește simultan radiații și o eliberează. Sosirea radiațiilor este radiația solară totală și contraradiația atmosferei. Consum - reflectarea luminii solare de la suprafata (albedo) si radiatia proprie a suprafetei terestre. Diferența dintre radiațiile de intrare și de ieșire este balanța radiațiilor, sau radiatii reziduale. Valoarea balanței radiațiilor este determinată de ecuație

R \u003d Q * (1-α) - I,

unde Q este radiația solară totală pe unitate de suprafață; α - albedo (fracție); I - radiație eficientă.
Dacă intrarea este mai mare decât ieșirea, balanța radiațiilor este pozitivă; dacă intrarea este mai mică decât ieșirea, balanța este negativă. Noaptea, la toate latitudinile, bilanţul radiaţiilor este negativ, ziua, până la prânz, este pozitiv peste tot, cu excepţia latitudinilor mari iarna; după-amiaza - din nou negativ. În medie pe zi, bilanţul radiaţiilor poate fi atât pozitiv, cât şi negativ (Tabelul 11).


Pe harta sumelor anuale ale bilanţului radiaţiilor de pe suprafaţa pământului se poate vedea schimbare bruscă pozițiile izoliniilor în timpul tranziției lor de la uscat la ocean. De regulă, balanța de radiații a suprafeței Oceanului depășește balanța de radiații a pământului (efectul albedo și radiația efectivă). Distribuția balanței radiațiilor este în general zonală. Pe Ocean în latitudini tropicale, valorile anuale ale balanței radiațiilor ajung la 140 kcal/cm2 (Marea Arabiei) și nu depășesc 30 kcal/cm2 în apropierea graniței gheață plutitoare. Abaterile de la distribuția zonală a balanței radiațiilor în Ocean sunt nesemnificative și sunt cauzate de distribuția norilor.
Pe uscat la latitudinile ecuatoriale și tropicale, valorile anuale ale balanței radiațiilor variază de la 60 la 90 kcal/cm2, în funcție de condițiile de umiditate. Cele mai mari sume anuale ale bilanțului radiațiilor se notează în acele zone în care albedo și radiația efectivă sunt relativ mici (păduri tropicale umede, savane). Valoarea lor cea mai scăzută este în regiunile foarte umede (înnorazare mare) și în regiunile foarte uscate (radiație eficientă mare). În latitudinile temperate și înalte, valoarea anuală a balanței radiațiilor scade odată cu creșterea latitudinii (efectul scăderii radiației totale).
Sumele anuale ale bilanţului radiaţiilor peste regiunile centrale Antarctica sunt negative (câteva calorii la 1 cm2). În Arctica, aceste valori sunt aproape de zero.
În iulie, balanța radiațiilor de pe suprafața pământului într-o parte semnificativă a emisferei sudice este negativă. Linia de echilibru zero rulează între 40 și 50°S. SH. Cea mai mare valoare a bilanţului radiaţiilor se atinge la suprafaţa Oceanului în latitudinile tropicale ale emisferei nordice şi la suprafaţa unor mări interioare, precum Marea Neagră (14-16 kcal/cm2 pe lună).
În ianuarie, linia de echilibru zero este situată între 40 și 50°N. SH. (peste oceane se ridică oarecum spre nord, peste continente coboară spre sud). O parte semnificativă a emisferei nordice are un bilanț negativ al radiațiilor. Cele mai mari valori ale balanței radiațiilor sunt limitate la latitudinile tropicale ale emisferei sudice.
În medie pe an, bilanţul de radiaţii al suprafeţei pământului este pozitiv. În acest caz, temperatura suprafeței nu crește, ci rămâne aproximativ constantă, ceea ce poate fi explicat doar prin consumul continuu de căldură în exces.
Bilanțul de radiații al atmosferei este format din radiațiile solare și terestre absorbite de aceasta, pe de o parte, și radiațiile atmosferice, pe de altă parte. Este întotdeauna negativ, deoarece atmosfera absoarbe doar o mică parte din radiația solară și radiază aproape la fel de mult ca suprafața.
Bilanțul de radiații al suprafeței și al atmosferei împreună, în ansamblu, pentru întregul Pământ timp de un an este în medie egal cu zero, dar la latitudini poate fi atât pozitiv, cât și negativ.
Consecința unei astfel de distribuții a balanței radiațiilor ar trebui să fie transferul de căldură în direcția de la ecuator la poli.
Echilibrul termic. Bilanțul de radiații este cea mai importantă componentă a bilanţului termic. Ecuația de echilibru termic de suprafață arată modul în care energia radiației solare primite este convertită pe suprafața pământului:

unde R este bilanţul radiaţiilor; LE - consumul de căldură pentru evaporare (L - căldură latentă de vaporizare, E - evaporare);
P - schimbul de căldură turbulent între suprafață și atmosferă;
A - schimbul de căldură între suprafața și straturile subiacente de sol sau apă.
Bilanțul de radiații al unei suprafețe este considerat pozitiv dacă radiația absorbită de suprafață depășește pierderile de căldură și negativ dacă nu le reînnoiește. Toți ceilalți termeni ai bilanțului termic sunt considerați pozitivi dacă provoacă pierderi de căldură de către suprafață (dacă corespund consumului de căldură). Pentru că. toți termenii ecuației se pot schimba, echilibrul termic este perturbat în mod constant și restabilit.
Ecuația bilanțului termic al suprafeței luate în considerare mai sus este aproximativă, deoarece nu ia în considerare unii factori secundari, ci în condiții specifice, care devin importanți, de exemplu, degajarea de căldură în timpul înghețului, consumul acesteia pentru dezghețare etc. .
Bilanțul de căldură al atmosferei constă din balanța de radiații a atmosferei Ra, căldura provenită de la suprafață, Pa, căldura degajată în atmosferă în timpul condensării, LE și transferul de căldură orizontal (advecția) Aa. Bilanțul de radiații al atmosferei este întotdeauna negativ. Afluxul de căldură ca rezultat al condensului umidității și mărimea transferului de căldură turbulent sunt pozitive. Advecția de căldură duce, în medie pe an, la transferul acesteia de la latitudini joase la latitudini mari: astfel, înseamnă consum de căldură la latitudini joase și sosire la latitudini mari. Într-o derivație multianuală, bilanțul termic al atmosferei poate fi exprimat prin ecuația Ra=Pa+LE.
Bilanțul termic al suprafeței și al atmosferei împreună în ansamblu este egal cu 0 pe o medie pe termen lung (Fig. 35).

Cantitatea de radiație solară care intră în atmosferă pe an (250 kcal/cm2) este considerată 100%. Radiația solară, care pătrunde în atmosferă, este parțial reflectată de nori și merge înapoi dincolo de atmosferă - 38%, parțial absorbită de atmosferă - 14%, iar parțial sub formă de radiație solară directă ajunge la suprafața pământului - 48%. Din cele 48% care ajung la suprafata, 44% sunt absorbite de aceasta, iar 4% sunt reflectate. Astfel, albedo-ul Pământului este de 42% (38+4).
Radiația absorbită de suprafața pământului este cheltuită astfel: 20% se pierde prin radiația efectivă, 18% este cheltuită pentru evaporarea de la suprafață, 6% este cheltuită pentru încălzirea aerului în timpul transferului de căldură turbulent (total 24%). Pierderea de căldură de către suprafață echilibrează sosirea acesteia. Căldura primită de atmosferă (14% direct de la Soare, 24% de la suprafața pământului), împreună cu radiația efectivă a Pământului, este direcționată în spațiul mondial. Albedo-ul Pământului (42%) și radiația (58%) echilibrează afluxul radiației solare în atmosferă.

Radiația solară este principalul factor de formare a climei și practic singura sursă de energie pentru toate procesele fizice care au loc pe suprafața pământului și în atmosfera acestuia. Determină activitatea vitală a organismelor, creând unul sau altul regim de temperatură; duce la formarea de nori și precipitații; este cauza fundamentală a circulației generale a atmosferei, prin urmare un impact uriaș asupra vieţii umane în toate manifestările ei. În construcții și arhitectură, radiația solară este cel mai important factor de mediu - de ea depind orientarea clădirilor, soluțiile constructive, de amenajare a spațiului, coloristice, plastice și multe alte caracteristici ale acestora.

Conform GOST R 55912-2013 „Climatologia construcțiilor”, sunt adoptate următoarele definiții și concepte legate de radiația solară:

• radiatii directe - o parte din radiația solară totală care intră în suprafață sub forma unui fascicul de raze paralele care vine direct de pe discul vizibil al soarelui;
• radiația solară împrăștiată- o parte din radiația solară totală care iese la suprafață de pe întreg cerul după împrăștiere în atmosferă;
• radiatii reflectate- o parte din radiația solară totală reflectată de suprafața subiacentă (inclusiv de pe fațade, acoperișuri ale clădirilor);
• intensitatea radiației solare- cantitatea de radiație solară care trece pe unitatea de timp printr-o singură zonă situată perpendicular pe razele.

Toate valorile radiației solare în GOST-urile interne moderne, SP (SNiPs) și alte documente de reglementare legate de construcție și arhitectură sunt măsurate în kilowați pe oră pe 1 m 2 (kWh h / m 2). De regulă, o lună este luată ca unitate de timp. Pentru a obține valoarea instantanee (secunda) a puterii fluxului de radiație solară (kW / m 2), valoarea dată pentru lună trebuie împărțită la numărul de zile dintr-o lună, numărul de ore dintr-o zi și secunde. in ore.

În multe ediții timpurii ale regulamentelor de construcție și în multe cărți moderne de referință despre climatologie, valorile radiației solare sunt date în megajouli sau kilocalorii pe m 2 (MJ / m 2, Kcal / m 2). Coeficienții de conversie a acestor cantități de la una la alta sunt prezentați în apendicele 1.

entitate fizică. Radiația solară vine pe Pământ de la Soare. Soarele este cea mai apropiată stea de noi, care se află în medie la 149.450.000 km distanță de Pământ. La începutul lunii iulie, când Pământul este cel mai îndepărtat de Soare („afeliu”), această distanță crește la 152 milioane km, iar la începutul lunii ianuarie scade la 147 milioane km („periheliu”).

În interiorul nucleului solar, temperatura depășește 5 milioane K, iar presiunea este de câteva miliarde de ori mai mare decât cea a pământului, drept urmare hidrogenul se transformă în heliu. În cursul acestei reacții termonucleare se naște energia radiantă, care se propagă de la Soare în toate direcțiile sub formă de unde electromagnetice. În același timp, pe Pământ ajunge un întreg spectru de lungimi de undă, care în meteorologie este de obicei împărțit în secțiuni cu unde scurte și unde lungi. unde scurte radiația de apel în intervalul de lungimi de undă de la 0,1 la 4 microni (1 micron \u003d 10 ~ 6 m). Radiația cu lungimi mari (de la 4 la 120 microni) este denumită undă lungă. Radiația solară este predominant unde scurte - intervalul de lungimi de undă indicat reprezintă 99% din toată energia radiatie solara, în timp ce suprafața și atmosfera pământului emit radiații cu undă lungă și pot reflecta doar radiații cu unde scurte.

Soarele este o sursă nu numai de energie, ci și de lumină. Lumina vizibilă ocupă o gamă restrânsă de lungimi de undă, doar de la 0,40 la 0,76 microni, dar 47% din toată energia radiantă solară este conținută în acest interval. Lumina cu o lungime de undă de aproximativ 0,40 µm este percepută ca violet, cu o lungime de undă de aproximativ 0,76 µm ca roșu. Toate celelalte lungimi de undă nu sunt percepute de ochiul uman; sunt invizibile pentru noi 1 . Radiația infraroșie (de la 0,76 la 4 microni) reprezintă 44%, iar ultravioleta (de la 0,01 la 0,39 microni) - 9% din toată energia. Energia maximă din spectrul radiației solare la limita superioară a atmosferei se află în regiunea albastru-albastru a spectrului și aproape de suprafața pământului - în galben-verde.

O măsură cantitativă a radiației solare care intră pe o anumită suprafață este iluminare energetică, sau flux de radiație solară, - cantitatea de energie radiantă incidentă pe o unitate de suprafață pe unitatea de timp. Cantitatea maximă de radiație solară intră în limita superioară a atmosferei și se caracterizează prin valoarea constantei solare. constanta solara - este fluxul de radiație solară la limita superioară a atmosferei terestre printr-o zonă perpendiculară pe razele solare, la o distanță medie a Pământului de Soare. Conform celor mai recente date aprobate de Organizația Meteorologică Mondială (OMM) în 2007, această valoare este de 1,366 kW/m2 (1366 W/m2).

Mult mai puțină radiație solară ajunge la suprafața pământului, deoarece pe măsură ce razele soarelui se deplasează prin atmosferă, radiația suferă o serie schimbări semnificative. O parte din ea este absorbită de gazele atmosferice și aerosoli și trece în căldură, de exemplu. merge pentru a încălzi atmosfera, iar o parte este împrăștiată și intră într-o formă specială de radiație difuză.

Proces preluări radiația din atmosferă este selectivă în natură - diferite gaze o absorb în diferite părți ale spectrului și în grade diferite. Principalele gaze care absorb radiația solară sunt vaporii de apă (H 2 0), ozonul (0 3) și dioxidul de carbon (CO 2). De exemplu, așa cum am menționat mai sus, ozonul stratosferic absoarbe complet radiațiile dăunătoare organismelor vii cu lungimi de undă mai mici de 0,29 microni, motiv pentru care stratul de ozon este un scut natural pentru existența vieții pe Pământ. În medie, ozonul absoarbe aproximativ 3% din radiația solară. În regiunile roșii și infraroșii ale spectrului, vaporii de apă absoarbe radiația solară cel mai semnificativ. Totuși, în aceeași regiune a spectrului se află benzile de absorbție ale dioxidului de carbon

Mai multe detalii despre lumină și culoare sunt discutate în alte secțiuni ale disciplinei „Fizica arhitecturală”.

în general, absorbția sa de radiație directă este mică. Absorbția radiației solare are loc atât de către aerosoli de origine naturală, cât și de origine antropică, mai ales puternic de particulele de funingine. În total, aproximativ 15% din radiația solară este absorbită de vaporii de apă și aerosoli și aproximativ 5% de nori.

Risipirea radiatia este proces fizic interacțiuni radiatie electromagneticași substanțe, timp în care moleculele și atomii absorb o parte din radiație și apoi o reemit în toate direcțiile. Aceasta este foarte proces important, care depinde de raportul dintre dimensiunea particulelor de împrăștiere și lungimea de undă a radiației incidente. In absolut aer curat, unde împrăștierea este produsă numai de molecule de gaz, se supune legea Rayleigh, adică invers proporțional cu puterea a patra a lungimii de undă a razelor împrăștiate. Astfel, culoarea albastră a cerului este culoarea aerului însuși, datorită împrăștierii luminii solare în acesta, deoarece razele violete și albastre sunt împrăștiate de aer mult mai bine decât cele portocalii și roșii.

Dacă în aer există particule ale căror dimensiuni sunt comparabile cu lungimea de undă a radiației - aerosoli, picături de apă, cristale de gheață - atunci împrăștierea nu se va supune legii Rayleigh, iar radiația împrăștiată nu va fi atât de bogată în raze cu lungime de undă scurtă. Pe particulele cu un diametru mai mare de 1-2 microni, nu va exista împrăștiere, ci reflexie difuză, care determină culoarea albicioasă a cerului.

Jocuri de împrăștiere rol uriașîn formarea iluminării naturale: în absența Soarelui în timpul zilei, creează lumină difuză (difuză). Dacă nu ar exista împrăștiere, ar fi lumină doar acolo unde ar cădea lumina directă a soarelui. Amurgul și zorii, culoarea norilor la răsărit și la apus sunt, de asemenea, asociate cu acest fenomen.

Deci, radiația solară ajunge la suprafața pământului sub forma a două fluxuri: radiație directă și radiație difuză.

radiatii directe(5) vine la suprafața pământului direct de pe discul solar. În acest caz, cantitatea maximă posibilă de radiație va fi primită de un singur loc situat perpendicular pe razele solare (5). pe unitate orizontală suprafața va avea o cantitate mai mică de energie radiantă Y, numită și expunere la soare:

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

Unde si 0-Înălțimea soarelui deasupra orizontului, care determină unghiul de incidență a razelor solare pe o suprafață orizontală.

radiații împrăștiate(/)) vine la suprafața pământului din toate punctele firmamentului, cu excepția discului solar.

Toată radiația solară care ajunge la suprafața pământului se numește radiatia solara totala (0:

• (1.2)
• 0 = + /) = Și 0+ /).

Apariția acestor tipuri de radiații depinde în mod semnificativ nu numai de cauze astronomice, ci și de înnorare. Prin urmare, în meteorologie se obișnuiește să se facă distincție cantități posibile de radiații observat în condiții fără nori și cantități reale de radiații, care au loc la conditii reale tulbureala.

Nu toată radiația solară care cade pe suprafața pământului este absorbită de aceasta și transformată în căldură. O parte din ea este reflectată și, prin urmare, pierdută de suprafața subiacentă. Această parte se numește radiatii reflectate(/? k), iar valoarea sa depinde de albedo suprafața solului (L până la):

A k = - 100%.

Valoarea albedo este măsurată în fracții de unitate sau ca procent. În construcții și arhitectură, fracțiunile unei unități sunt mai des folosite. De asemenea, măsoară reflectivitatea materialelor de construcție și finisare, ușurința fațadelor etc. În climatologie, albedo este măsurat ca procent.

Albedo are un impact semnificativ asupra formării climei Pământului, deoarece este un indicator integral al reflectivității suprafeței subiacente. Depinde de starea acestei suprafețe (rugozitate, culoare, umiditate) și variază într-o gamă foarte largă. Cele mai mari valori albedo (până la 75%) sunt caracteristice zăpezii proaspăt căzute, în timp ce cele mai scăzute valori sunt caracteristice suprafeței apei în timpul razelor solare (3%). Albedo-ul solului și al suprafeței vegetației variază în medie de la 10 la 30%.

Dacă luăm în considerare întregul Pământ ca un întreg, atunci albedo-ul său este de 30%. Această valoare este numită Albedo planetar al Pământuluiși reprezintă raportul dintre radiația solară reflectată și împrăștiată care iese în spațiu și cantitatea totală de radiație care intră în atmosferă.

Pe teritoriul orașelor, albedo-ul este, de regulă, mai scăzut decât în ​​peisajele naturale, netulburate. Valoarea caracteristică a albedo-ului pentru teritoriul marilor orașe cu climă temperată este de 15-18%. În orașele din sud, albedo-ul este de obicei mai mare datorită utilizării de tonuri mai deschise în culoarea fațadelor și a acoperișurilor, în orase din nord cu clădiri dense și soluții de culoare închisă ale clădirilor albedo de dedesubt. Acest lucru permite în țările calde din sud să se reducă cantitatea de radiație solară absorbită, reducând astfel fondul termic al clădirilor, iar în regiunile reci din nord, dimpotrivă, să se mărească ponderea radiației solare absorbite, crescând fondul termic general.

Radiații absorbite(* U P0GL) se mai numește echilibrul radiațiilor cu unde scurte (VC)și este diferența dintre radiația totală și cea reflectată (două fluxuri de unde scurte):

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

Încălzește straturile superioare ale suprafeței pământului și tot ceea ce se află pe acesta (acoperire de vegetație, drumuri, clădiri, structuri etc.), drept urmare emit radiații cu unde lungi invizibile pentru ochiul uman. Această radiație este adesea numită radiatia proprie a suprafetei terestre(? 3). Valoarea sa, conform legii Stefan-Boltzmann, este proporțională cu puterea a patra a temperaturii absolute.

Atmosfera emite, de asemenea, radiații cu unde lungi, dintre care majoritatea ajung la suprafața pământului și sunt aproape complet absorbite de aceasta. Această radiație se numește contraradiația atmosferei (E a). Contraradiația atmosferei crește odată cu creșterea înnoririi și umidității aerului și este o sursă foarte importantă de căldură pentru suprafața pământului. Cu toate acestea, radiația cu undă lungă a atmosferei este întotdeauna puțin mai mică decât cea a pământului, din cauza căreia suprafața pământului pierde căldură, iar diferența dintre aceste valori se numește radiația efectivă a Pământului (E ef).

În medie, la latitudinile temperate, suprafața pământului prin radiația efectivă pierde aproximativ jumătate din cantitatea de căldură pe care o primește din radiația solară absorbită. Prin absorbția radiațiilor terestre și trimiterea de contraradiații pe suprafața pământului, atmosfera reduce răcirea acestei suprafețe pe timp de noapte. În timpul zilei, face puțin pentru a preveni încălzirea suprafeței Pământului. Această influență a atmosferei pământului asupra regimului termic al suprafeței pământului se numește efect de sera. Astfel, fenomenul efectului de seră constă în reținerea căldurii în apropierea suprafeței Pământului. Rol mare acest proces este jucat de gaze de origine tehnogenă, în primul rând dioxid de carbon, a căror concentrație în zonele urbane este deosebit de mare. Dar rolul principal revine încă gazelor de origine naturală.

Principala substanță din atmosferă care absoarbe radiația cu unde lungi de pe Pământ și trimite radiația înapoi este vapor de apă. Absoarbe aproape toate radiațiile cu undă lungă, cu excepția intervalului de lungimi de undă de la 8,5 la 12 microni, care se numește "fereastră de transparență" vapor de apă. Numai în acest interval radiația terestră trece în spațiul mondial prin atmosferă. Pe lângă vaporii de apă, dioxidul de carbon absoarbe puternic radiația cu unde lungi și ozonul este mult mai slab în fereastra de transparență a vaporilor de apă, precum și metanul, oxidul de azot, clorofluorocarburile (freoni) și alte impurități de gaz.

Menținerea căldurii aproape de suprafața pământului este un proces foarte important pentru susținerea vieții. Fără ea, temperatura medie a Pământului ar fi cu 33 ° C mai mică decât cea actuală, iar organismele vii cu greu ar putea trăi pe Pământ. Prin urmare, punctul nu este în efectul de seră ca atare (la urma urmei, acesta a apărut din momentul în care s-a format atmosfera), ci în faptul că sub influența activități antropice merge mai departe câştig acest efect. Motivul este creșterea rapidă a concentrației de gaze cu efect de seră de origine tehnogenă, în principal CO 2 emis în timpul arderii combustibililor fosili. Acest lucru poate duce la faptul că, cu aceeași radiație primită, proporția de căldură rămasă pe planetă va crește și, în consecință, va crește și temperatura suprafeței pământului și a atmosferei. În ultimii 100 de ani, temperatura aerului planetei noastre a crescut cu o medie de 0,6 ° C.

Se crede că atunci când concentrația de CO 2 se dublează față de valoarea sa preindustrială încălzire globală va fi de aproximativ 3°C (conform diferitelor estimări - de la 1,5 la 5,5°C). în care cele mai mari schimbari ar trebui să apară în troposfera de latitudini mari în perioada toamnă-iarnă. Ca urmare, gheața din Arctica și Antarctica va începe să se topească, iar nivelul Oceanului Mondial va începe să crească. Această creștere poate varia de la 25 la 165 cm, ceea ce înseamnă că multe orașe situate în zonele de coastă ale mărilor și oceanelor vor fi inundate.

Astfel, aceasta este o problemă foarte importantă care afectează viețile a milioane de oameni. Având în vedere acest lucru, în 1988 a avut loc prima Conferință Internațională privind problema schimbarea antropică climat. Oamenii de știință au ajuns la concluzia că consecințele unei creșteri a efectului de seră din cauza creșterii conținutului de dioxid de carbon din atmosferă sunt pe locul doi după consecințele unui război nuclear global. În același timp, la Organizația Națiunilor Unite (ONU) a fost format Grupul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice (IPCC). IPCC - Panelul Interguvernamental pentru Schimbări Climatice), care studiază impactul creșterii temperaturii de suprafață asupra climei, asupra ecosistemului Oceanului Mondial, asupra biosferei în ansamblu, inclusiv asupra vieții și sănătății populației planetei.

În 1992, la New York a fost adoptată Convenția-cadru privind schimbările climatice (FCCC), al cărei scop principal a fost proclamat să asigure stabilizarea concentrațiilor de gaze cu efect de seră din atmosferă la niveluri care să împiedice consecințe periculoase intervenția omului în sistemul climatic. Pentru implementarea practică a convenției în decembrie 1997 la Kyoto (Japonia) în cadrul unei conferințe internaționale, a fost adoptat Protocolul de la Kyoto. Acesta definește cote specifice pentru emisiile de gaze cu efect de seră de către țările membre, inclusiv Rusia, care au ratificat acest protocol în 2005.

La momentul scrierii acestui articol, una dintre ultimele conferințe dedicate schimbarea climei, este Conferința Climatică de la Paris, desfășurată în perioada 30 noiembrie - 12 decembrie 2015. Scopul acestei conferințe este semnarea unui acord internațional pentru a reduce creșterea temperaturii medii a planetei până în 2100 nu mai mare de 2 ° С.

Deci, ca urmare a interacțiunii diferitelor fluxuri de radiații cu unde scurte și unde lungi, suprafața pământului primește și pierde în mod continuu căldură. Valoarea rezultată a radiației de intrare și de ieșire este balanța radiațiilor (ÎN), care determină starea termică a suprafeței pământului și a stratului superficial de aer și anume încălzirea sau răcirea acestora:

ÎN = Q- «k - ?ef \u003d 60 - DAR)-? ef =

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

Datele privind balanța radiațiilor sunt necesare pentru a evalua gradul de încălzire și răcire a diferitelor suprafețe atât în ​​condiții naturale, cât și în mediul arhitectural, pentru a calcula regim termic clădiri și structuri, determinarea evaporării, rezervelor de căldură în sol, reglementarea irigațiilor câmpurilor agricole și alte scopuri economice naționale.

Metode de măsurare. Importanța cheie a studiilor privind balanța radiațiilor Pământului pentru înțelegerea tiparelor climei și a formării condițiilor microclimatice determină rolul fundamental al datelor de observație asupra componentelor sale - observatii actinometrice.

La stațiile meteorologice din Rusia, metoda termoelectrica măsurători ale fluxurilor de radiații. Radiația măsurată este absorbită de suprafața neagră de recepție a dispozitivelor, se transformă în căldură și încălzește joncțiunile active ale termopilei, în timp ce joncțiunile pasive nu sunt încălzite prin radiație și au mai mult temperatura scazuta. Datorită diferenței de temperatură a joncțiunilor active și pasive, la ieșirea termopilului ia naștere o forță termoelectromotoare, care este proporțională cu intensitatea radiației măsurate. Astfel, majoritatea instrumentelor actinometrice sunt relativ- nu măsoară fluxurile de radiații în sine, ci cantități proporționale cu acestea - puterea curentului sau tensiunea. Pentru a face acest lucru, dispozitivele sunt conectate, de exemplu, la multimetre digitale și mai devreme la galvanometre cu indicator. În același timp, în pașaportul fiecărui dispozitiv, așa-numitul "factor de conversie" - Prețul de divizare al unui instrument de măsurat electric (W / m 2). Acest multiplicator este calculat prin compararea citirilor unuia sau altui instrument relativ cu citirile absolut aparate - pirhelimetre.

Principiul de funcționare al dispozitivelor absolute este diferit. Deci, în pirheliometrul de compensare Angstrom, înnegrit placa metalica expus la soare, în timp ce o altă placă similară rămâne la umbră. Între ele apare o diferență de temperatură, care este transferată la joncțiunile termoelementului atașat plăcilor și astfel este excitat un curent termoelectric. În acest caz, curentul de la baterie este trecut prin placa umbrită până când se încălzește la aceeași temperatură cu placa din soare, după care curentul termoelectric dispare. Prin puterea curentului „compensator” trecut, puteți determina cantitatea de căldură primită de placa înnegrită, care, la rândul său, va fi egală cu cantitatea de căldură primită de la Soare de prima placă. Astfel, este posibil să se determine cantitatea de radiație solară.

La stațiile meteorologice din Rusia (și mai devreme - URSS), efectuând observații ale componentelor balanței radiațiilor, omogenitatea seriei de date actinometrice este asigurată prin utilizarea aceluiași tip de instrumente și calibrarea lor atentă, precum și ca aceleași metode de măsurare și prelucrare a datelor. Ca receptori ai radiației solare integrale (

În actinometrul termoelectric Savinov-Yanishevsky, aspect care este prezentat în Fig. 1.6, partea de primire este un disc subțire de metal înnegrit din folie de argint, de care sunt lipite prin izolație joncțiunile impare (active) ale termopilului. În timpul măsurătorilor, acest disc absoarbe radiația solară, ca urmare a creșterii temperaturii discului și a joncțiunilor active. Joncțiunile pare (pasive) sunt lipite prin izolație de inelul de cupru din carcasa dispozitivului și au o temperatură apropiată de temperatura exterioară. Această diferență de temperatură, când circuitul extern al termopilului este închis, creează un curent termoelectric, a cărui putere este proporțională cu intensitatea radiației solare.

Orez. 1.6.

Într-un piranometru (Fig. 1.7), partea de recepție este cel mai adesea o baterie de termoelemente, de exemplu, din manganin și constantan, cu joncțiuni înnegrite și albe, care sunt încălzite diferit sub acțiunea radiației primite. Partea de recepție a dispozitivului trebuie să aibă o poziție orizontală pentru a percepe radiația împrăștiată din întreg firmamentul. De radiația directă, piranometrul este umbrit de un ecran, iar de radiația care se apropie a atmosferei este protejat de un capac de sticlă. Când se măsoară radiația totală, piranometrul nu este umbrit de razele directe.

Orez. 1.7.

Un dispozitiv special (placă pliabilă) vă permite să dați capului piranometrului în două poziții: receptor în sus și receptor în jos. În acest din urmă caz, piranometrul măsoară radiația cu undă scurtă reflectată de la suprafața pământului. În observațiile de traseu, așa-numitele camping albe-metru, care este un cap de piranometru conectat la o suspensie a cardanului basculant cu un mâner.

Bilantul termoelectric este format dintr-un corp cu termopilă, două plăci de primire și un mâner (Fig. 1.8). Corpul în formă de disc (/) are o decupare pătrată unde se fixează termopilul (2). Mâner ( 3 ), lipit pe corp, servește la instalarea contorului de echilibru pe rack.

Orez. 1.8.

O placă receptoare înnegrită a contorului de echilibru este îndreptată în sus, cealaltă în jos, spre suprafața pământului. Principiul de funcționare al unui contor de echilibru neumbrit se bazează pe faptul că toate tipurile de radiații care vin pe suprafața activă (Y, /) și E a), sunt absorbite de suprafața de recepție înnegrită a dispozitivului, cu fața în sus, și toate tipurile de radiații care părăsesc suprafața activă (/? k, /? l și E 3), absorbit de placa orientată în jos. Fiecare placă receptoare în sine emite radiații cu undă lungă, în plus, există un schimb de căldură cu aerul din jur și corpul dispozitivului. Cu toate acestea, datorită conductivității termice ridicate a carcasei, are loc un transfer mare de căldură, care nu permite formarea unei diferențe semnificative de temperatură între plăcile receptoare. Din acest motiv, autoradierea ambelor plăci poate fi neglijată, iar diferența de încălzire a acestora poate fi folosită pentru a determina valoarea balanței de radiații a oricărei suprafețe în planul căreia se află contorul de echilibru.

Deoarece suprafețele receptoare ale contorului de echilibru nu sunt acoperite cu o cupolă de sticlă (altfel ar fi imposibil să se măsoare radiația cu undă lungă), citirile acestui dispozitiv depind de viteza vântului, ceea ce reduce diferența de temperatură dintre suprafețele receptoare. Din acest motiv, citirile contorului de echilibru conduc la conditii de calm, masurand in prealabil viteza vantului la nivelul aparatului.

Pentru înregistrare automată măsurători, curentul termoelectric care apare în dispozitivele descrise mai sus este alimentat la un potențiometru electronic cu auto-înregistrare. Modificările intensității curentului sunt înregistrate pe o bandă de hârtie în mișcare, în timp ce actinometrul trebuie să se rotească automat, astfel încât partea sa de primire să urmeze Soarele, iar piranometrul trebuie să fie întotdeauna umbrit de radiația directă printr-o protecție inelală specială.

Observațiile actinometrice, spre deosebire de principalele observații meteorologice, se efectuează de șase ori pe zi la următoarele ore: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30 și 18:30. Deoarece intensitatea tuturor tipurilor de radiații cu unde scurte depinde de înălțimea Soarelui deasupra orizontului, momentul observațiilor este stabilit în funcție de timpul solar mediu statii.

valori caracteristice. Valorile fluxurilor de radiații directe și totale joacă una dintre cele roluri criticeîn analiza arhitecturală şi climatică. În considerarea lor, sunt conectate orientarea clădirilor pe părțile laterale ale orizontului, soluția lor de planificare a spațiului și coloristică, aspectul intern, dimensiunile deschiderilor de lumină și o serie de alte caracteristici arhitecturale. Prin urmare, variația zilnică și anuală a valorilor caracteristice va fi luată în considerare pentru aceste valori ale radiației solare.

Iluminare energetică radiația solară directă pe un cer fără nori depinde de înălțimea soarelui, proprietățile atmosferei în calea razei solare, caracterizată prin factor de transparență(o valoare care arată ce fracțiune de radiație solară ajunge la suprafața pământului în timpul unei incidențe absolute a luminii solare) și lungimea acestei căi.

Radiația solară directă cu un cer fără nori are o variație zilnică destul de simplă, cu un maxim în jurul prânzului (Fig. 1.9). După cum reiese din figură, în timpul zilei, fluxul radiației solare mai întâi rapid, apoi crește mai încet de la răsărit până la amiază și la început lent, apoi scade rapid de la prânz până la apus. Diferențele de iradiere la amiază pe cer senin în ianuarie și iulie se datorează în primul rând diferențelor în înălțimea la amiază a Soarelui, care este mai mică iarna decât vara. Totodată, în regiunile continentale se observă adesea o asimetrie a variației diurne, datorită diferenței de transparență a atmosferei în orele dimineții și după-amiezii. Transparența atmosferei afectează și cursul anual al valorilor medii lunare ale radiației solare directe. Radiația maximă într-un cer fără nori se poate schimba luni de primavara, deoarece primăvara conținutul de praf și conținutul de umiditate din atmosferă sunt mai mici decât toamna.

5 1 , kW/m 2

b", kW / m2

Orez. 1.9.

și în condiții medii de tulburare (b):

7 - la suprafață perpendiculară pe raze în iulie; 2 - pe o suprafata orizontala in iulie; 3 - pe o suprafata perpendiculara in ianuarie; 4 - pe o suprafata orizontala in ianuarie

Înnorarea reduce sosirea radiației solare și îi poate schimba semnificativ cursul zilnic, care se manifestă prin raportul sumelor orare înainte și după amiază. Astfel, în majoritatea regiunilor continentale ale Rusiei în lunile de primăvară-vară, cantitățile orare de radiații directe în orele de dinainte de amiază sunt mai mari decât după-amiaza (Fig. 1.9, b). Aceasta este determinată în principal de cursul zilnic de înnorare, care începe să se dezvolte la orele 9-10 și atinge un maxim după-amiaza, reducând astfel radiațiile. Scăderea generală a afluxului de radiație solară directă în condiții reale de noros poate fi foarte semnificativă. De exemplu, în Vladivostok, cu clima sa musonică, aceste pierderi în timpul verii se ridică la 75%, iar în Sankt Petersburg, chiar și în medie pe an, norii nu transmit 65% din radiația directă la suprafața pământului, la Moscova - aproximativ jumătate.

Distributie sume anualeîn fig. 1.10. În mare măsură, acest factor, care reduce cantitatea de radiație solară, depinde de circulația atmosferei, ceea ce duce la o încălcare a distribuției latitudinale a radiației.

După cum se poate observa din figură, în ansamblu, cantitățile anuale de radiații directe care sosesc pe o suprafață orizontală cresc de la latitudinile înalte la cele inferioare de la 800 la aproape 3000 MJ/m 2 . Un număr mare de nori în partea europeană a Rusiei duce la o scădere a totalurilor anuale în comparație cu regiunile din Siberia de Est, unde, în principal datorită influenței anticiclonului asiatic, totalurile anuale cresc iarna. În același timp, musonul de vară duce la o scădere a afluxului anual de radiații în zonele de coastă din Orientul Îndepărtat. Gama de modificări ale intensității la amiază a radiației solare directe pe teritoriul Rusiei variază de la 0,54-0,91 kW / m 2 vara la 0,02-0,43 kW / m 2 iarna.

radiații împrăștiate, ajungerea la o suprafață orizontală se modifică și în timpul zilei, crescând înainte de prânz și scăzând după aceasta (Fig. 1.11).

Ca și în cazul radiației solare directe, sosirea radiațiilor împrăștiate este afectată nu numai de înălțimea soarelui și de lungimea zilei, ci și de transparența atmosferei. Cu toate acestea, o scădere a acestuia din urmă duce la o creștere a radiației împrăștiate (spre deosebire de radiația directă). În plus, radiațiile împrăștiate depind de înnorățire într-un interval foarte larg: în condiții de înnorare medie, sosirea sa este de peste două ori mai mult decât valorile observate pe un cer senin. În unele zile, tulbureala crește această cifră de 3-4 ori. Astfel, radiațiile împrăștiate pot suplimenta semnificativ linia directă, mai ales la o poziție joasă a Soarelui.

Orez. 1.10. Radiația solară directă care sosește pe o suprafață orizontală în condiții de înnorășare medie, MJ / m 2 pe an (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 ore

Orez. 1.11.

și în condiții medii de noros (b)

Valoarea radiației solare împrăștiate la tropice este de la 50 la 75% din cea directă; la 50-60° latitudine este aproape de o linie dreaptă, iar la latitudini mari depășește radiația solară directă aproape tot anul.

Un factor foarte important care influențează fluxul de radiații împrăștiate este albedo suprafata de baza. Dacă albedo-ul este suficient de mare, atunci radiația reflectată de suprafața subiacentă, împrăștiată de atmosferă în direcția opusă, poate provoca o creștere semnificativă a sosirii radiațiilor împrăștiate. Efectul este cel mai pronunțat în prezența stratului de zăpadă, care are cea mai mare reflectivitate.

Radiație totală pe un cer fără nori (radiație posibilă) depinde de latitudinea locului, de înălțimea soarelui, de proprietățile optice ale atmosferei și de natura suprafeței subiacente. In conditii cer senin are un curs simplu zilnic cu maxim la prânz. Asimetria variației diurne, caracteristică radiației directe, se manifestă puțin în radiația totală, întrucât scăderea radiației directe datorată creșterii turbidității atmosferice în a doua jumătate a zilei este compensată de o creștere a radiației dispersate datorită acelasi factor. În cursul anual, intensitatea maximă a radiației totale cu un cer fără nori pe cea mai mare parte a teritoriului

Teritoriul Rusiei este observat în iunie datorită înălțimii maxime a soarelui la amiază. Cu toate acestea, în unele regiuni, această influență este suprapusă de influența transparenței atmosferice, iar maximul este mutat în mai (de exemplu, în Transbaikalia, Primorye, Sakhalin și într-o serie de regiuni din Siberia de Est). Distribuția radiației solare totale lunare și anuale într-un cer fără nori este dată în tabel. 1.9 și în fig. 1,12 ca valori medii la latitudine.

Din tabelul și figura de mai sus, se poate observa că în toate anotimpurile anului, atât intensitatea, cât și cantitatea de radiații cresc de la nord la sud, în funcție de schimbarea înălțimii soarelui. Excepție este perioada din mai până în iulie, când combinația dintre o zi lungă și înălțimea soarelui oferă valori destul de ridicate ale radiației totale în nord și, în general, pe teritoriul Rusiei, câmpul de radiații este neclară, adică nu are gradiente pronunțate.

Tabelul 1.9

Radiația solară totală pe o suprafață orizontală

cu un cer fără nori (kW h / m 2)

	Latitudine geografică, ° N
Septembrie

Orez. 1.12. Radiația solară totală pe o suprafață orizontală cu un cer fără nori la diferite latitudini (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kWh / m 2)

În prezența norilor radiația solară totală este determinată nu numai de numărul și forma norilor, ci și de starea discului solar. Cu discul solar translucid prin nori, radiația totală, în comparație cu condițiile fără nori, poate chiar să crească din cauza creșterii radiațiilor împrăștiate.

Pentru condiții medii înnorate, se observă un curs zilnic complet regulat al radiației totale: o creștere treptată de la răsărit până la prânz și o scădere de la prânz până la apus. În același timp, cursul zilnic al înnorării încalcă simetria cursului față de amiază, care este caracteristică unui cer fără nori. Astfel, în majoritatea regiunilor Rusiei, în perioada caldă, valorile de dinainte de amiază ale radiației totale sunt cu 3-8% mai mari decât valorile după-amiezii, cu excepția regiunilor musonice din Orientul Îndepărtat, unde raportul este inversat. În cursul anual al sumelor medii multianuale lunare ale radiației totale, împreună cu factorul astronomic determinant, se manifestă un factor de circulație (prin influența înnobilității), astfel încât maximul se poate schimba din iunie până în iulie și chiar până în mai ( Fig. 1.13).

• 600 -
• 500 -
• 400 -
• 300 -
• 200 -

m. Chelyuskin

Salekhard

Arhanghelsk

St.Petersburg

Petropavlovsk

Kamchatsky

Habarovsk

Astrahan

Orez. 1.13. Radiația solară totală pe o suprafață orizontală în orașele individuale ale Rusiei în condiții reale de înnorare (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kW h / m 2)

5", MJ/m 2 700

Deci, sosirea reală lunară și anuală a radiației totale este doar o parte din posibil. Cele mai mari abateri ale cantităților reale de la cele posibile vara se remarcă în Orientul Îndepărtat, unde înnorabilitatea reduce radiația totală cu 40-60%. În general, venitul total anual al radiațiilor totale variază pe teritoriul Rusiei în direcția latitudinală, crescând de la 2800 MJ/m 2 pe coastele mărilor nordice la 4800-5000 MJ/m 2 în regiunile sudice Rusia - Caucazul de Nord, regiunea Volga de Jos, Transbaikalia și Primorsky Krai (Fig. 1.14).

Orez. 1.14. Radiația totală care intră pe o suprafață orizontală, MJ/m 2 pe an

Vara, diferențele de radiație solară totală în condiții reale de înnorare între orașele situate la diferite latitudini nu sunt atât de „dramatice” pe cât ar părea la prima vedere. Pentru partea europeană a Rusiei de la Astrakhan până la Capul Chelyuskin, aceste valori se află în intervalul 550-650 MJ/m 2 . Iarna, în majoritatea orașelor, cu excepția zonei arctice, unde noapte polară, radiația totală este de 50-150 MJ/m 2 pe lună.

Pentru comparație: valorile medii de căldură pentru ianuarie pentru 1 zonă urbană (calculate conform datelor reale pentru Moscova) variază de la 220 MJ/m2 pe lună în nodurile de dezvoltare urbană urbană la 120-150 MJ/m2 în zonele inter-principale cu dezvoltare rezidențială de joasă densitate. Pe teritoriile zonelor industriale și comunale de depozitare, indicele de căldură în ianuarie este de 140 MJ/m 2 . Radiația solară totală la Moscova în ianuarie este de 62 MJ/m 2 . Astfel, în timp de iarna datorită utilizării radiației solare, este posibil să se acopere nu mai mult de 10-15% (ținând cont de eficiența panourilor solare 40%) din puterea calorică estimată a clădirii densitate medie chiar și în Irkutsk și Yakutsk, renumite pentru vremea lor însorită de iarnă, chiar dacă teritoriul lor este complet acoperit cu panouri fotovoltaice.

Vara, radiatia solara totala creste de 6-9 ori, iar consumul de caldura se reduce de 5-7 ori fata de iarna. Valorile termice în iulie scad la 35 MJ/m 2 sau mai puțin în zonele rezidențiale și 15 MJ/m 2 sau mai puțin în zonele industriale, de exemplu. până la valori ce nu constituie mai mult de 3-5% din radiația solară totală. Prin urmare, vara, când cererea de încălzire și iluminat este minimă, există un exces din această resursă naturală regenerabilă în toată Rusia, care nu poate fi utilizată, ceea ce pune din nou îndoieli cu privire la fezabilitatea utilizării panourilor fotovoltaice, cel puțin în orașe și clădire de apartamente.

Consumul de energie electrică (fără încălzire și alimentare cu apă caldă), asociat și cu distribuția neuniformă a suprafeței totale a clădirii, densitatea populației și scopul funcțional al diferitelor teritorii, este în

Căldura - un indicator mediu al consumului de toate tipurile de energie (electricitate, încălzire, alimentare cu apă caldă) pe 1 m 2 din suprafața clădirii.

cazuri de la 37 MJ/m 2 pe lună (calculat ca 1/12 din suma anuală) în zonele dens construite și până la 10-15 MJ/m 2 pe lună în zonele cu densitate scăzută a clădirii. În timpul zilei și vara, consumul de energie electrică scade în mod natural. Densitatea consumului de energie electrică în luna iulie în majoritatea zonelor de dezvoltare rezidențială și mixtă este de 8-12 MJ/m 2 cu radiația solară totală în condiții reale de noros la Moscova aproximativ 600 MJ/m 2 . Astfel, pentru a acoperi nevoile de alimentare cu energie a zonelor urbane (de exemplu, Moscova), este necesar să se utilizeze doar aproximativ 1,5-2% din radiația solară. Restul radiațiilor, dacă sunt eliminate, vor fi redundante. Totodată, rămâne de rezolvat problema acumulării și conservării radiației solare în timpul zilei pentru iluminarea seara și noaptea, când sarcinile pe sistemele de alimentare sunt maxime, iar soarele aproape sau nu strălucește. Acest lucru va necesita transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi între zonele în care Soarele este încă suficient de înalt și cele în care Soarele a apus deja sub orizont. În același timp, pierderile de energie electrică în rețele vor fi comparabile cu economiile acesteia prin utilizarea panourilor fotovoltaice. Sau va necesita utilizarea bateriilor de mare capacitate, a căror producție, instalare și eliminarea ulterioară va necesita costuri cu energie care este puțin probabil să fie acoperite de economiile de energie acumulate pe toată perioada de funcționare a acestora.

Un alt factor, nu mai puțin important, care face dubioasă fezabilitatea trecerii la panouri solare Cum sursă alternativă alimentarea cu energie electrică la scară de oraș este că, în cele din urmă, funcționarea fotocelulelor va duce la o creștere semnificativă a radiației solare absorbite în oraș și, în consecință, la o creștere a temperaturii aerului în oraș în ora de vara. Astfel, concomitent cu racirea datorata fotopanourilor si aparatelor de aer conditionat alimentate de acestea, mediul intern o va face crestere generala temperatura din oraș, ceea ce va anula în cele din urmă toate beneficiile economice și de mediu ale economisirii energiei electrice prin utilizarea panourilor fotovoltaice încă foarte scumpe.

Rezultă că instalarea de echipamente pentru transformarea radiației solare în energie electrică se justifică într-o listă foarte limitată de cazuri: numai vara, numai în regiunile climatice cu vreme uscată, caldă, înnorată, doar în orașe mici sau individuale. aşezări de cabaneși numai dacă această energie electrică este utilizată pentru funcționarea instalațiilor de climatizare și ventilație pentru mediul interior al clădirilor. În alte cazuri - alte zone, alte condiții urbane și în alte perioade ale anului - utilizarea panourilor fotovoltaice și a colectoarelor solare pentru nevoile de alimentare cu energie electrică și termică a clădirilor obișnuite din orașele medii și mari situate într-un climat temperat este ineficientă.

Semnificația bioclimatică a radiației solare. Rolul decisiv al impactului radiației solare asupra organismelor vii se reduce la participarea la formarea balanțelor lor de radiație și căldură datorită energiei termice în părțile vizibile și infraroșii ale spectrului solar.

Raze vizibile sunt de o importanță deosebită pentru organisme. Majoritatea animalelor, ca și oamenii, sunt bune la distingerea compoziției spectrale a luminii, iar unele insecte pot vedea chiar și în intervalul ultraviolet. Prezența vederii luminoase și orientarea luminii este un factor important de supraviețuire. De exemplu, la om, prezența vederii culorilor este unul dintre cei mai psiho-emoționali și cei mai optimizatori factori ai vieții. Starea în întuneric are efectul opus.

După cum știți, plantele verzi sintetizează materia organică și, în consecință, produc hrană pentru toate celelalte organisme, inclusiv pentru oameni. Acest proces cel mai important pentru viață are loc în timpul asimilării radiației solare, iar plantele folosesc un anumit interval al spectrului în intervalul de lungimi de undă de 0,38-0,71 microni. Această radiație se numește radiații active fotosintetic(PAR) și este foarte important pentru productivitatea plantelor.

Partea vizibilă a luminii creează lumină naturală. În legătură cu aceasta, toate plantele sunt împărțite în iubitoare de lumină și tolerante la umbră. Iluminarea insuficientă provoacă slăbiciune a tulpinii, slăbește formarea spicelor și știuleților pe plante, reduce conținutul de zahăr și cantitatea de uleiuri din plantele cultivate și le îngreunează utilizarea nutriției minerale și a îngrășămintelor.

Acțiune biologică raze infrarosii consta in efectul termic atunci cand sunt absorbiti de tesuturile plantelor si animalelor. În același timp, se schimbă energie kinetică molecule, are loc o accelerare a proceselor electrice și chimice. Datorită radiațiilor infraroșii, se compensează lipsa căldurii (în special în regiunile muntoase înalte și la latitudini mari) primite de plante și animale din spațiul înconjurător.

Radiația ultravioletă pe proprietăți biologice iar impactul asupra oamenilor este de obicei împărțit în trei zone: zona A - cu lungimi de undă de la 0,32 la 0,39 microni; regiunea B, de la 0,28 la 0,32 μm și regiunea C, de la 0,01 la 0,28 μm. Zona A se caracterizează printr-un efect biologic exprimat relativ slab. Determină doar fluorescența unui număr de substanțe organice, la om contribuie la formarea pigmentului în piele și a eritemului ușor (înroșirea pielii).

Sunt mult mai active razele zonei B. Reacții diverse ale organismelor la radiațiile ultraviolete, modificări ale pielii, sângelui etc. mai ales datorită lor. Un efect bine-cunoscut de formare de vitamine al luminii ultraviolete este că ergosteronul nutrienților este transformat în vitamina O, care are un puternic efect de stimulare a creșterii și metabolismului.

Razele din regiunea C au cel mai puternic efect biologic asupra celulelor vii.Efectul bactericid al luminii solare se datorează în principal acestora. În doze mici raze ultraviolete necesare plantelor, animalelor și oamenilor, în special copiilor. Cu toate acestea, în în număr mare razele regiunii C sunt distructive pentru toate ființele vii, iar viața pe Pământ este posibilă doar pentru că această radiație cu unde scurte este aproape complet blocată de stratul de ozon al atmosferei. Soluția problemei impactului dozelor excesive de radiații ultraviolete asupra biosferei și a oamenilor a devenit deosebit de relevantă în ultimele decenii din cauza epuizării stratului de ozon din atmosfera Pământului.

Efectul radiațiilor ultraviolete (UVR), care ajunge la suprafața pământului, asupra unui organism viu este foarte divers. După cum am menționat mai sus, în doze moderate, are un efect benefic: crește vitalitatea, sporește rezistența organismului la boli infecțioase. Lipsa UVR duce la fenomene patologice, care se numesc deficiență UV sau foame UV și se manifestă printr-o lipsă de vitamina E, ceea ce duce la o încălcare a metabolismului fosfor-calciu în organism.

Excesul UVR poate duce la consecințe foarte grave: formarea cancerului de piele, dezvoltarea altor formațiuni oncologice, apariția fotokeratitei („orbirea zăpezii”), fotoconjunctivită și chiar cataractă; încălcarea sistemului imunitar al organismelor vii, precum și procesele mutagene din plante; modificarea proprietăților și distrugerea materialelor polimerice utilizate pe scară largă în construcții și arhitectură. De exemplu, UVR poate decolora vopselele de fațadă sau poate duce la distrugerea mecanică a finisajelor polimerice și a produselor structurale de construcție.

Semnificația arhitecturală și constructivă a radiației solare. Datele despre energia solară sunt utilizate în calculul bilanțului termic al clădirilor și al sistemelor de încălzire și aer condiționat, în analiza proceselor de îmbătrânire. diverse materiale, ținând cont de efectul radiațiilor asupra stării termice a unei persoane, alegerea compoziției optime de specii a spațiilor verzi pentru plantarea de verdeață într-o anumită zonă și multe alte scopuri. Radiația solară determină modul de iluminare naturală a suprafeței pământului, a cărui cunoaștere este necesară la planificarea consumului de energie electrică, proiectarea diferitelor structuri și organizarea operațiunii de transport. Astfel, regimul de radiații este unul dintre cei mai importanți factori de urbanism și arhitectură și construcție.

Izolarea clădirilor este una dintre cele conditii esentiale igienei clădirii, prin urmare, iradierii suprafețelor cu lumina directă a soarelui i se acordă o atenție deosebită ca un important factor de mediu. În același timp, Soarele nu numai că are un efect igienic asupra mediului intern, ucigând agenții patogeni, dar afectează și psihologic o persoană. Efectul unei astfel de iradieri depinde de durata procesului de expunere la lumina soarelui, astfel încât insolația este măsurată în ore, iar durata acesteia este normalizată de documentele relevante ale Ministerului Sănătății al Rusiei.

Radiația solară minimă necesară, furnizând conditii confortabile mediul intern al clădirilor, condițiile de muncă și odihnă ale unei persoane, constă în iluminarea necesară a spațiilor de locuit și de lucru, cantitatea de radiații ultraviolete necesară corpului uman, cantitatea de căldură absorbită de gardurile externe și transferată în clădiri, asigurarea confortului termic al mediului intern. Pe baza acestor cerinţe se iau decizii de arhitectură şi amenajare, se determină orientarea camerelor de zi, a bucătăriilor, a încăperilor de utilitate şi de lucru. Cu un exces de radiație solară, se asigură instalarea de loggii, jaluzele, obloane și alte dispozitive de protecție solară.

Se recomandă analizarea sumelor radiațiilor solare (directe și difuze) care ajung pe suprafețe orientate variat (vertical și orizontal) după următoarea scară:

• mai puțin de 50 kW h / m 2 pe lună - radiații nesemnificative;
• 50-100 kW h/m 2 pe lună - radiație medie;
• 100-200 kW h / m 2 pe lună - radiație mare;
• mai mult de 200 kW h / m 2 pe lună - exces de radiație.

Cu radiații nesemnificative, care se observă la latitudinile temperate în principal în lunile de iarnă, contribuția sa la echilibrul termic al clădirilor este atât de mică încât poate fi neglijată. Cu radiația medie în latitudinile temperate, există o tranziție către regiunea valorilor negative ale balanței de radiații ale suprafeței pământului și clădirilor, structurilor, acoperirilor artificiale etc. situate pe aceasta. În acest sens, încep să piardă mai multă energie termică în cursul zilnic decât primesc căldură de la soare în timpul zilei. Aceste pierderi în bilanțul termic al clădirilor nu sunt acoperite de sursele de căldură interne (aparate electrice, conducte de apă caldă, degajare metabolică de căldură a oamenilor etc.), și trebuie compensate prin funcționarea sistemelor de încălzire - începe sezonul de încălzire.

La radiații mari și în condiții reale de înnorat, fondul termic al zonei urbane și mediul intern al clădirilor se află în zona de confort fără utilizarea de sisteme artificiale incalzind si racind.

Cu excesul de radiații în orașele de latitudini temperate, în special cele situate într-un climat temperat continental și puternic continental, supraîncălzirea clădirilor, mediile lor interne și externe pot fi observate vara. În acest sens, arhitecții se confruntă cu sarcina de a proteja mediul arhitectural de insolația excesivă. Ei aplică soluții adecvate de amenajare a spațiului, aleg orientarea optimă a clădirilor pe părțile laterale ale orizontului, elemente arhitecturale de protecție solară ale fațadelor și deschiderilor luminoase. Dacă mijloacele arhitecturale de protecție împotriva supraîncălzirii nu sunt suficiente, atunci este nevoie de condiționarea artificială a mediului intern al clădirilor.

Regimul de radiație afectează și alegerea orientării și dimensiunilor deschiderilor de lumină. La radiații scăzute, dimensiunea deschiderilor de lumină poate fi mărită la orice dimensiune, cu condiția ca pierderile de căldură prin gardurile exterioare să fie menținute la un nivel care nu depășește standardul. În caz de radiație excesivă, deschiderile de lumină sunt realizate de dimensiuni minime, îndeplinind cerințele de izolație și iluminare naturală a spațiilor.

Luminozitatea fațadelor, care determină reflectivitate (albedo) a acestora, este selectată și pe baza cerințelor de protecție solară sau, dimpotrivă, ținând cont de posibilitatea de absorbție maximă a radiațiilor solare în zonele cu un climat rece și rece umed și cu un nivel mediu sau scăzut de radiație solară în lunile de vară. Pentru a selecta materialele de fațare în funcție de reflectivitate, este necesar să știm cât de multă radiație solară intră în pereții clădirilor de diferite orientări și care este capacitatea diferitelor materiale de a absorbi această radiație. Deoarece sosirea radiațiilor pe perete depinde de latitudinea locului și de modul în care peretele este orientat în raport cu laturile orizontului, încălzirea peretelui și temperatura din interiorul spațiilor adiacente acestuia vor depinde de aceasta.

Capacitatea de absorbție a diferitelor materiale de finisare a fațadelor depinde de culoarea și starea acestora (Tabelul 1.10). Dacă sunt cunoscute sumele lunare ale radiației solare care intră în pereții de diferite orientări 1 și albedo-ul acestor pereți, atunci se poate determina cantitatea de căldură absorbită de aceștia.

Tabelul 1.10

absorbanta materiale de construcții

Datele privind cantitatea de radiație solară primită (directă și difuză) într-un cer fără nori pe suprafețe verticale de diferite orientări sunt date în Joint Venture „Construction Climatology”.

Denumirea materialului și prelucrarea	Caracteristică suprafete	suprafete	Radiații absorbite, %
Beton	Stare brută
		albastru deschis
		Gri inchis
		Albăstrui
	cioplit
		Gălbui Maro
	lustruit
	Taiat curat	gri deschis
	cioplit
Acoperiş
Ruberoid		Maro
Oțel galvanizat		gri deschis
Tigla de acoperis

Alegerea materialelor și culorilor adecvate pentru construcția plicurilor, de ex. prin modificarea albedo-ului peretilor se poate modifica cantitatea de radiatie absorbita de perete si, astfel, se reduce sau se creste incalzirea peretilor prin caldura solara. Această tehnică este utilizată în mod activ în arhitectura tradițională. diverse tari. Toata lumea stie asta orase din sud diferă în culoarea generală a luminii (alb cu decor colorat) a majorității clădirilor rezidențiale, în timp ce, de exemplu, orașele scandinave sunt în principal orașe construite din cărămidă închisă la culoare sau care folosesc tesa de culoare închisă pentru acoperirea clădirilor.

Se calculează că 100 kWh/m 2 de radiație absorbită crește temperatura suprafeței exterioare cu aproximativ 4°C. Pereții clădirilor din majoritatea regiunilor Rusiei primesc o asemenea cantitate de radiații pe oră în medie dacă sunt orientați spre sud și est, precum și cei de vest, sud-vest și sud-est dacă sunt din cărămidă închisă la culoare și nu au tencuit sau au ipsos de culoare închisă.

Pentru a trece de la temperatura medie lunară a peretelui fără a lua în considerare radiația la caracteristica cea mai frecvent utilizată în calculele de inginerie termică - temperatura aerului exterior, se introduce un aditiv suplimentar de temperatură. La,în funcţie de cantitatea lunară de radiaţie solară absorbită de perete VC(Fig. 1.15). Astfel, cunoscând intensitatea radiației solare totale care vine pe perete și albedo-ul suprafeței acestui perete, se poate calcula temperatura acestuia introducând o corecție corespunzătoare a temperaturii aerului.

VC, kWh/m2

Orez. 1.15. Creșterea temperaturii suprafeței exterioare a peretelui datorită absorbției radiației solare

ÎN caz general adaosul de temperatură datorat radiației absorbite se determină în condiții de altfel egale, i.e. la aceeasi temperatura aerului, umiditate si rezistenta termica a anvelopei cladirii, indiferent de viteza vantului.

Pe vreme senină la prânz, sudul, înainte de prânz - sud-est și după-amiaza - pereții sud-vestic pot absorbi până la 350-400 kWh/m 2 de căldură solară și se încălzesc astfel încât temperatura lor să depășească 15-20 ° C aerul exterior temperatura. Acest lucru creează o temperatură mare

trusturi între pereţii aceleiaşi clădiri. Aceste contraste în unele zone se dovedesc a fi semnificative nu numai vara, ci și în sezonul rece, cu vreme însorită și cu vânt scăzut, chiar și la temperaturi foarte scăzute ale aerului. Structurile metalice sunt supuse unei supraîncălziri deosebit de severe. Astfel, conform observațiilor disponibile, în Iakutia, situată într-o climă temperată puternic continentală, caracterizată prin vreme înnorată iarna și vara, la orele amiezei cu cer senin, părțile din aluminiu ale structurilor de închidere și acoperișul CHE Yakutskaya se încălzesc cu 40-50 ° C peste temperatura aerului, chiar și la valori scăzute ale acestuia din urmă.

Supraîncălzirea pereților izolați din cauza absorbției radiației solare trebuie prevăzută deja în stadiul de proiectare arhitecturală. Acest efect necesită nu numai protecția pereților împotriva insolației excesive prin metode arhitecturale, ci și corespunzătoare. decizii de planificare clădiri, utilizarea sistemelor de încălzire de diferite capacități pentru fațade cu orientare diferită, așezarea în proiectul cusăturilor pentru ameliorarea tensiunii în structuri și încălcarea etanșeității îmbinărilor din cauza deformațiilor lor de temperatură etc.

În tabel. 1.11, de exemplu, sumele lunare ale radiației solare absorbite în iunie sunt date pentru mai multe obiecte geografice fosta URSS la valori date de albedo. Acest tabel arată că, dacă albedoul peretelui nordic al clădirii este de 30%, iar cel sudic este de 50%, atunci în Odesa, Tbilisi și Tașkent se vor încălzi în aceeași măsură. Dacă în regiunile nordice reduce albedo-ul peretelui nordic la 10%, apoi va primi de aproape 1,5 ori mai multă căldură decât peretele cu 30% albedo.

Tabelul 1.11

Sumele lunare ale radiației solare absorbite de pereții clădirii în iunie la valori diferite albedo (kW h / m 2)

Exemplele de mai sus, bazate pe datele privind radiația solară totală (directă și difuză) conținute în Joint Venture „Construction Climatology” și cărțile de referință privind clima, nu iau în considerare radiația solară reflectată de suprafața pământului și de obiectele din jur (de exemplu, clădiri existente) ajungând la diverși pereți ai clădirii. Depinde mai puțin de orientarea lor, prin urmare, nu este dat în documentele de reglementare pentru construcție. Cu toate acestea, această radiație reflectată poate fi destul de intensă și comparabilă ca putere cu radiația directă sau difuză. Prin urmare, în proiectarea arhitecturală, trebuie luată în considerare, calculând pentru fiecare caz concret.

Raspuns de la caucazian[incepator]
Radiația totală - parte din radiația reflectată și parte din radiația directă. Depinde de nori și de acoperirea norilor.

Raspuns de la Arman Shaysultanov[incepator]
valoarea radiației solare în saryarka

Raspuns de la Vova Vasiliev[incepator]
Radiația solară - radiația electromagnetică și corpusculară a Soarelui

Raspuns de la Nazofaringe[activ]
Radiația solară - radiația electromagnetică și corpusculară a Soarelui. radiatie electromagnetica se propagă sub formă de unde electromagnetice cu viteza luminii și pătrunde în atmosfera pământului. Radiația solară ajunge la suprafața pământului sub formă de radiație directă și difuză.
Radiatie solara - sursa principala energie pentru toate procesele fizice și geografice care au loc pe suprafața pământului și în atmosferă. Radiația solară este de obicei măsurată prin ea actiune termicași se exprimă în calorii pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp. În total, Pământul primește de la Soare mai puțin de o două miliarde din radiația sa.
Radiația solară totală se măsoară în kilocalorii pe centimetru pătrat.
La deplasarea de la nord la sud, cantitatea de radiație solară primită de teritoriu crește.
Radiația solară este radiația de lumină și căldură de la Soare.

SARCINA-RES

Cum se determină cantitatea totală de energie radiată de 1 m 2 de suprafață în 1 secundă. RĂSPUNS Cum se determină cantitatea totală de energie emisă de 1 m 2 de suprafaţă în 1 sec E (T) \u003d la 4

Unde a \u003d 5,67 10 -8 W / (m 2 K 4), T- temperatura absolută a unui corp complet negru pe scara Kelvin.Acest model se numește prin legea radiatiei Stefan-Boltzmann.It a fost stabilită în secolul trecut pe baza a numeroase observații experimentale și Stefan, fundamentată teoretic de L. Boltzmann, pe baza legile clasice ale termodinamicii și electrodinamicii radiațiilor de echilibru, iar mai târziu, la începutul secolului nostru, s-a constatat că această regularitate decurge din legea cuantică a distribuției energiei în spectrul radiației de echilibru, derivată de M. Planck.

Metoda de calcul pentru determinarea lungimii de undă λ m , care reprezintă energia de radiație maximă a unui corp negru. Conform legii deplasării lui Wien, lungimea de undă λm, care reprezintă energia de radiație maximă a unui corp negru, este invers proporțională cu temperatura absolută. T:

Legea de distribuție a puterii spectrale a radiației unui corp complet negru a fost stabilită de Planck, de aceea se numește Legea radiației lui Planck. Această lege stabilește că puterea radiației într-un interval unitar de lungime de undă este determinată de temperatură T corp absolut negru: În plus, Derivarea acestei formule, pe lângă ipoteza echilibrului termodinamic al radiației, se bazează pe natura sa cuantică, adică energia radiației este însumată din energia fotonilor individuali cu energia E h \u003d hv. Rețineți că reprezintă energia totală radiată de o unitate a suprafeței unui corp complet negru într-un unghi solid de 2π în 1 secundă, pe întregul interval de frecvență și coincide cu legea Stefan-Boltzmann

Metoda de calcul pentru determinarea masei optice a luminii directe a soarelui prin atmosferă Distanța parcursă de lumina directă a soarelui prin atmosferă depinde de unghiul de incidență (unghiul zenit) și de înălțimea observatorului deasupra nivelului mării Presupunem prezența unui clar. cer fără nori, praf sau poluare a aerului. Deoarece limita superioară a atmosferei nu este definită exact, mai importantă decât distanța parcursă este interacțiunea radiațiilor cu gazele și vaporii atmosferici.Un curent direct care trece în mod normal prin atmosferă la presiune normală interacționează cu o anumită masă de aer. Creșterea lungimii traseului cu o incidență oblică a fasciculului.

Un curent direct, care trece în mod normal prin atmosferă la presiune normală, interacționează cu o anumită masă de aer. Creșterea lungimii traseului cu o incidență oblică a fasciculului.

masa optică m = secθz:1-lungimea cursei, mărită cu un factor T; 2-incidență normală La un unghi θ z , în comparație cu calea de incidență normală, se numește masa opticăși este notat cu simbolul T. Din figură, fără a ține cont de curbura suprafeței pământului, obținem m=secθz .

Metoda de calcul pentru determinarea intensității radiației solare cosmice (constanta solară) S o primit de la Soare Raza Pământului R,și intensitatea radiației solare cosmice (constanta solară) S o, atunci energia primită de la Soare este π R2 (1 - ρ 0) Deci. Această energie este egală cu energia emisă în spaţiu Pământ cu emisivitate ε = 1 si temperatura medie T e, Prin urmare .

Distribuția spectrală a radiațiilor cu lungime de undă mare a suprafeței Pământului, observată din spațiu, corespunde aproximativ cu distribuția spectrală a unui corp negru la o temperatură de 250 K. Radiația atmosferică se propagă atât la suprafața Pământului, cât și în direcție opusă. Temperatura efectivă a corpului negru al Pământului ca radiator este echivalentă cu temperatura la care radiază straturile exterioare ale atmosferei, și nu cu suprafața Pământului.

Metoda de calcul pentru determinarea fluxului și densității energiei radiante a soareluiÎn meteorologie, fluxurile de energie radiantă sunt împărțite în radiații cu undă scurtă cu lungimi de undă de la 0,2 până la 5,0 microni și radiații cu undă lungă cu lungimi de undă de la 5,0 până la 100 microni. Fluxurile de radiație solară cu unde scurte sunt împărțite în: - Drept;

- dispersat (difuz); - total. Energie solara W- numită energia purtată de undele electromagnetice.Unitatea de energie de radiaţie Wîn sistemul internațional de unități SI este 1 joule. curent radiantФ e - care este determinată de formula: F e \u003d W / t,

Unde W- energia radiatiei in timp t.

Presupunând W=1 j, t=1 s, obținem: 1 SI (F e) \u003d 1 J / 1 sec \u003d 1 W. Densitatea fluxului radiant radiatii ( flux de radiație I) care este definit prin formula: unde F e este fluxul de radiație incident uniform pe suprafața S.

Presupunând F e \u003d 1 W, S \u003d 1 m 2, găsim: 1 SI (E e) \u003d 1 W / 1 m 2 \u003d 1 W / m 2.

Formula de calcul radiația solară directă și totală

Radiația solară directă-I p reprezintă fluxul de radiații provenind de la discul solar și măsurat într-un plan perpendicular pe razele solare. Radiația directă care vine pe o suprafață orizontală (S ") este calculată prin formula:

S" \u003d I p sin h, Unde h este înălțimea soarelui deasupra orizontului. Actinometrul Savinov-Yanishevsky este utilizat pentru a măsura radiația solară directă. Radiația solară împrăștiată (D) - numită radiație care sosește pe o suprafață orizontală din toate punctele firmamentului, cu excepția discului Soarelui și a zonei aproape solare cu o rază de 5 0, ca urmare a împrăștierii radiației solare de către molecule. gazele atmosferice, picături de apă sau nori de cristal de gheață și particule solide suspendat în atmosferă. Radiația solară totală Q- include radiațiile incidente pe un plan orizontal, de două tipuri: directe și difuze. Q=S"+D(4.7) Radiația totală care a ajuns la suprafața pământului este absorbită în mare parte în stratul subțire superior al solului sau al apei și trece în căldură și este parțial reflectată.

Determinați punctele principale ale sferei cerești Sfera celestiala este o sferă imaginară de rază arbitrară. Centrul său, în funcție de problema care se rezolvă, este combinat cu unul sau altul punct din spațiu. Linia plumbă intersectează suprafața sferei cerești în două puncte: în partea de sus Z - zenit - și în partea de jos Z "- nadir Puncte și cercuri de bază pe sfera cerească

Determinați coordonatele cerești ale SunBasic cercurile față de care se determină locul Soarelui (luminarii) sunt orizontul adevărat și cel ceresc coordonatele meridianelor sunteți Înălțimea soarelui (h) și azimutul acestuia (A) .Poziția aparentă a Soarelui în orice punct de pe Pământ este determinată de aceste două unghiuri Sistem de coordonate orizontal Înălțimea h a Soarelui deasupra orizontului – unghiul dintre direcția către Soare din punctul de observație și planul orizontal care trece prin acest punct. Azimutul A al Soarelui - unghiul dintre planul meridian si planul vertical trasat prin punctul de observatie si Soare. Unghiul zenitZ - unghiul dintre direcția spre zenit (Z) și direcția către Soare. Acest unghi este complementar cu înălțimea solstițiului. h + z = 90. Când pământul este cu fața spre soare partea de sud, azimutul este zero, iar înălțimea este maximă. De aici vine conceptul amiază, care este considerat începutul numărătorii inverse a zilei (sau a doua jumătate a zilei).

Tehnica de calcul pentru determinarea timpului solar unghiular (unghiul orar al Soarelui) Timpul solar unghiular (unghiul orar al Soarelui) τ - reprezintă deplasarea unghiulară a Soarelui de la prânz (1 h corespunde cu π/12 bucuros, sau deplasare unghiulară de 15°). Deplasarea spre Est față de Sud (adică valoarea dimineții) este considerată pozitivă.Unghiul orar al Soarelui τ variază între planurile meridianului local și meridianului solar. O dată la 24 de ore, Soarele intră în planul meridional.Datorită rotatie zilnica Unghiul orei pământului τ se modifică în timpul zilei de la 0 la 360 o sau 2π rad (radian), în 24 de ore, astfel, Pământul, deplasându-se de-a lungul Orbitei, se rotește în jurul axei sale cu o viteză unghiulară Dacă luăm timpul solar din amiaza adevarata, corespunzător momentului trecerii Soarelui prin planurile meridianului local, atunci putem scrie: , grindină sau bucuros

Metoda de calcul pentru determinarea declinației Soarelui declinaţie soare - unghiul dintre direcția către Soare și planul ecuatorial se numește declinație δ și este o măsură a variației sezoniere. Declinația este de obicei exprimată în radiani (sau grade) la nord sau la sud de ecuator. Măsurat de la 0° la 90° (pozitiv la nord de ecuator, negativ la sud). Pământul se învârte în jurul soarelui într-un an. Direcţie axa pământului rămâne fix în spațiu în unghi δ 0 \u003d 23,5 ° la normal la avion rotație, Nord emisfera δ se modifică fără probleme de la δ 0 = + 23,5 ° în timpul solstițiului de vară la δ 0 = -23,5 ° în timpul solstițiului de iarnă.Obținut analitic grindină

Unde P- ziua anului ( n= 1 corespunde cu 1 ianuarie).La echinocţii δ = 0 , iar punctele de răsărit și apus sunt situate strict pe linia orizontului E-V. Astfel, traiectoria Soarelui de-a lungul sferei cerești nu este o curbă închisă, ci este un fel de spirală sferică, umplutură suprafata laterala sfere din cadrul benzii - .

În timpul semestrului de vară, de la 21 martie până la 23 septembrie, Soarele se află deasupra planului ecuatorial în emisfera cerească nordică. În timpul semestrului de iarnă, de la 23 septembrie până la 21 martie, Soarele se află sub planul ecuatorial în emisfera cerească sudică.

Cea mai importantă sursă de la care suprafața Pământului și atmosfera primesc energie termică este Soarele. Ea trimite o cantitate colosală de energie radiantă în spațiul lumii: termică, luminoasă, ultravioletă. Undele electromagnetice emise de Soare se propagă cu o viteză de 300.000 km/s.

Încălzirea suprafeței pământului depinde de unghiul de incidență al razelor solare. Toate razele soarelui lovesc suprafața Pământului paralel între ele, dar întrucât Pământul are o formă sferică, razele soarelui cad pe diferite părți ale suprafeței sale în unghiuri diferite. Când Soarele este la zenit, razele sale cad vertical și Pământul se încălzește mai mult.

Se numește totalitatea energiei radiante trimise de Soare radiatie solara, este de obicei exprimat în calorii pe suprafață pe an.

Radiația solară determină regimul de temperatură al troposferei de aer a Pământului.

Trebuie remarcat faptul că cantitatea totală de radiație solară este de peste două miliarde de ori cantitatea de energie primită de Pământ.

Radiațiile care ajung la suprafața pământului sunt directe și difuze.

Radiația care vine pe Pământ direct de la Soare sub formă de lumina directă a soarelui pe un cer fără nori se numește Drept. Transportă cea mai mare cantitate de căldură și lumină. Dacă planeta noastră nu ar avea atmosferă, suprafața pământului ar primi doar radiație directă.

Cu toate acestea, trecând prin atmosferă, aproximativ un sfert din radiația solară este împrăștiată de molecule de gaz și impurități, se abate de la calea directă. Unele dintre ele ajung la suprafața Pământului, formându-se radiația solară împrăștiată. Datorită radiațiilor împrăștiate, lumina pătrunde și în locurile în care lumina directă a soarelui (radiația directă) nu pătrunde. Această radiație creează lumină naturală și dă culoare cerului.

Radiația solară totală

Toate razele soarelui care lovesc pământul sunt radiatia solara totala adică totalitatea radiațiilor directe și difuze (Fig. 1).

Orez. 1. Radiația solară totală pe an

Distribuția radiației solare pe suprafața pământului

Radiația solară este distribuită neuniform pe pământ. Depinde:

1. asupra densității și umidității aerului - cu cât sunt mai mari, cu atât primește mai puține radiații suprafața pământului;

2. de la latitudinea geografică a zonei – cantitatea de radiații crește de la poli la ecuator. Cantitatea de radiație solară directă depinde de lungimea drumului pe care razele soarelui o parcurg prin atmosferă. Când Soarele se află la zenit (unghiul de incidență al razelor este de 90 °), razele lui lovesc Pământul în cel mai scurt mod și își eliberează intens energia într-o zonă mică. Pe Pământ, acest lucru se întâmplă în banda cuprinsă între 23° N. SH. și 23°S sh., adică între tropice. Pe măsură ce vă îndepărtați de această zonă spre sud sau nord, lungimea traseului razelor solare crește, adică unghiul de incidență a acestora pe suprafața pământului scade. Razele încep să cadă pe Pământ la un unghi mai mic, parcă alunecă, apropiindu-se de linia tangentă din regiunea polilor. Ca rezultat, același flux de energie este distribuit pe o suprafață mai mare, astfel încât cantitatea de energie reflectată crește. Astfel, în regiunea ecuatorului, unde razele soarelui cad pe suprafața pământului la un unghi de 90 °, cantitatea de radiație solară directă primită de suprafața pământului este mai mare și, pe măsură ce vă deplasați spre poli, această cantitate este mai mare. redus brusc. În plus, lungimea zilei în diferite momente ale anului depinde și de latitudinea zonei, care determină și cantitatea de radiație solară care intră pe suprafața pământului;

3. de la mișcarea anuală și zilnică a Pământului - la latitudinile mijlocii și înalte, afluxul de radiații solare variază foarte mult de-a lungul anotimpurilor, ceea ce este asociat cu o schimbare înălțimea prânzului Soarele și durata zilei;

4. asupra naturii suprafeței pământului - cu cât suprafața este mai strălucitoare, cu atât reflectă mai multă lumina solară. Capacitatea unei suprafețe de a reflecta radiația se numește albedo(din lat. alb). Zăpada reflectă radiațiile deosebit de puternic (90%), nisipul este mai slab (35%), cernoziomul este și mai slab (4%).

Suprafața Pământului, absorbind radiația solară (radiații absorbite), se încălzește și radiază căldură în atmosferă (radiația reflectată). Straturile inferioare ale atmosferei întârzie în mare măsură radiația terestră. Radiația absorbită de suprafața pământului este cheltuită pentru încălzirea solului, aerului și apei.

Acea parte din radiația totală care rămâne după reflexie și Radiație termala suprafața pământului se numește balanța radiațiilor. Bilanțul de radiații al suprafeței pământului variază în timpul zilei și a anotimpurilor anului, dar în medie pe an are o valoare pozitivă peste tot, cu excepția deșerților înghețați din Groenlanda și Antarctica. Bilanțul radiațiilor atinge valorile maxime la latitudini joase (între 20°N și 20°S) - peste 42*10 2 J/m 2 , la o latitudine de aproximativ 60° în ambele emisfere scade la 8*10 2 - 13 * 10 2 J / m 2.

Razele soarelui dau până la 20% din energia lor atmosferei, care este distribuită pe toată grosimea aerului și, prin urmare, încălzirea aerului cauzată de acestea este relativ mică. Soarele încălzește suprafața pământului, care transferă căldură aerul atmosfericîn detrimentul convecție(din lat. convecție- livrare), adică mișcarea verticală a aerului încălzit la suprafața pământului, în locul căruia mai mult de aer rece. Acesta este modul în care atmosfera primește cea mai mare parte a căldurii sale - în medie, de trei ori mai mult decât direct de la Soare.

Prezența dioxidului de carbon și a vaporilor de apă nu permite căldurii reflectate de pe suprafața pământului să scape liber în spațiul cosmic. Ei creează Efectul de seră, datorită căruia scăderea temperaturii pe Pământ în timpul zilei nu depășește 15 ° C. În absența dioxidului de carbon în atmosferă, suprafața pământului s-ar răci cu 40-50 °C peste noapte.

Ca urmare a creșterii amplorii activității economice umane - arderea cărbunelui și a petrolului la centralele termice, emisiile întreprinderile industriale, o creștere a emisiilor auto - conținutul de dioxid de carbon din atmosferă este în creștere, ceea ce duce la creșterea efectului de seră și amenință schimbările climatice globale.

Razele soarelui, care trec prin atmosferă, cad pe suprafața Pământului și îl încălzesc, iar asta, la rândul său, degajă căldură atmosferei. Aceasta explică caracteristică proeminentă troposfera: scaderea temperaturii aerului cu inaltimea. Dar există momente când straturile superioare ale atmosferei sunt mai calde decât cele inferioare. Un astfel de fenomen se numește inversarea temperaturii(din lat. inversio - răsturnarea).