• napsugárzás
• tájolás

Épületek tájolása, napsugárzás intenzitása

Cikksorozatunk első részében röviden szó esett a Nap, a légkör és a Föld kap­csolatáról előnyeivel és veszélyeivel együtt, ám a Nap szűkebb környeze­tünkre mérhető hatásával csak érintőle­gesen foglalkoztunk. A Földön hasznosított energia nagyobb részben a Naptól származik vagy származott. A természeti erőket – a geometrikus jelenségeket kivéve – a Nap sugárzása hozza létre, míg a fellel­hető energiahordozók a Nap sugárzá­sának „konzerválása” révén keletkeznek. A Napra vonatkozó ismereteink meg­lehetősen hézagosak, aminek az is oka, hogy a csillagok életével kap­csolatos folyamatok időtartama – az emberi élethez képest – rendkívül hosszú.

A Nap kialakulása és működése

A Nap eredetére vonatkozó legál­talánosabban elfogadott elmélet szerint a Nap főleg hidrogénből álló gázfel­hőből alakult ki. A Nap kialakulásának első szakaszában a hidrogénrészecskékből álló felhő a tömegvonzás hatására sű­rűsödni kezdett, s ennek során a fúziós reakció következtében hő termelődött. A Nap tömegét alapul véve, a termonuk­leáris hőtermelés idejét mintegy tíz­-tizenöt milliárd évre becsülik. A magfúzió során a hidrogén héliummá egyesült, de az új héliumatomok mennyisége kevesebb lett, mint az eredeti hidrogénatomoké, mert azok egy része a fúzió során energiává alakult. A keletkező hő – megnövelve a nyomást – kiegyen­lítette a gravitáció hatását. Az így egyen­súlyba jutó fúziós reakció tekinthető tulajdonképpen a Nap születésének!

A napsugárzás Föld légkörére gyako­rolt hatása a „tudományos” megállapítás szerint termodiffúziós folyamat. A termodiffúziós folyamatok a Nap belsejében (magas frekvenciájú elektromágneses sugárzás formájában) energiát szabadí­tanak fel. A Nap sugárzó teljesítménye a világűrbe távozik, annak csupán töre­déke (amely a Föld térszögének megfelel) éri el a földfelszínt. A Napból kisugár­zott energia kétféle alakban létezik: a KÖZVETLEN SUGÁRZÁS 8 (direkt sugárzás) egyenes vonalú pályán, a SZÓRT (diffúz) SUGÁRZÁS másodlagos sugár­zás, amelyet a légkör molekuláin és por­szemcséken végbemenő szóródás okoz.

A napsugárzás teljesítményét a légkör intenzitáscsökkentő hatásán kívül a Nap és a Föld felszíne között fennálló geo­metriai viszony is befolyásolja, amely az időben is jelentősen változik. A sugár­zás útja napközben a legrövidebb, amikor a Nap a Földhöz a legközelebb van. Napkeltekor, naplementekor vi­szont ez az út egyre hosszabb lesz. Minél hosszabb utat kell a sugárzásnak a földi légkörön át megtennie, annál kisebb lesz a sugárzás energiája. Mi sem bizonyítja ezt jobban, mint az a tény, hogy a le­menő Napba mindannyian nyugodtan belenézhetünk szemünk veszélyeztetése nélkül (4.1-4.2 ábrák).

4.1 ábra. Látszólagos nappályák az égbolton (az évszakoknak megfelelően).

4.2 ábra. Napsugárzás beesési szögei az évszakforduló napokon (déli 12 órakor).

A napsugárzás intenzitása

A földfelszínre jutó sugárzásmennyi­ség a napállandótól, a napsugarak be­esési szögétől és a napsütéses órák számától függ. A Föld a Nap körül viszonylag kis excentricitású ellipszis pályán kering, ezért változik az év folyamán a Föld- Nap távolság. A változás a távolságok négyzetének különbségéből számítható, értéke mintegy 7%, a légkör határán mért napállandó konstansnak tekinthető. A napsugarak beesési szöge is befolyá­solja egy bizonyos felületre jutó energia mennyiségét. A napsugarakra merőleges felület fogja fel az energia mennyisé­gének legnagyobb hányadát, amint a napsugarak a merőlegestől valamilyen irányba eltérnek, a felfogott energia csökken.

Ha a napsugárzás valamilyen anyagi felületre érkezik, háromféle dolog tör­ténhet vele. A sugarak visszaverődhetnek a felületről, áthaladhatnak azon, vagy elnyelődhetnek az anyagban. Az anyag felületének megmunkálásától függően a sugarak szétszóródva (diffúz módon) verődnek vissza. Nyersen megmunkált felület a ráeső sugarakat szétszórja, míg egy tükörsima felületről (pl. egy magas fényű alumíniumról) majdnem párhu­zamosan verődnek vissza a sugarak. Az egyenetlen felületű kőfal nem képes a ráeső napsugarakat egyenletesen vissza­verni, hanem a legkülönbözőbb irányba szórja szét ezeket.

Bizonyos hullámhosszokon vissza­verődött látható sugarakat színként észle­lünk, míg a más hullámhosszokon érkező sugarak vagy áthaladnak a felületen, vagy elnyelődnek. Más szavakkal élve: a Napból érkező sugarak többsége a látható sugarak tartományába, illetve azok közvetlen környezetében tartozik, a visszaverődés feltétele tehát gyakor­latilag azonos a színek létezésével. A fekete színű tárgyak visszaverik azokat, a fehér szín a látható sugarak tartomá­nyába tartozó valamennyi szín keveré­ke. Egy pirosra festett fal csak a piros színtartományban fogja visszaverni a ráeső látható sugarakat, a többi színt elnyeli.

Azok a napsugarak, amelyek behatolnak az anyagba, vagy azonnal elnyelődnek, vagy áthaladnak azon. A látható sugarak többségét egyenes irányban átengedő anyagok az átlátszó transzparens anya­gok. Azok az anyagok, amelyek az áten­gedett sugarakat szórtan továbbítják a belső tér felé, az áttetsző anyagok. Az üveg a napsugarak egy részét vissza­veri, másik részét elnyeli. A vissza­verődésből adódó veszteség leginkább az üveget érő sugarak beesési szögétől függ; minél nagyobb ez a szög, annál nagyobb mértékű a visszaverődés. Az el­nyelődés mértéke viszont főleg az üveg fémtartalmától függ, a nagy fémtartalmú üvegek áteresztő képessége kicsi. Jól megfigyelhető ez egy üvegtábla élén: ha az zöldes színűnek tűnik, akkor az üvegnek nagy a fémtartalma.

Az elnyelődött napsugarak hőener­giává alakulnak, az elnyelő felület mole­kuláiban az atomok mozgása felgyorsul. Ahogyan a molekulák rezgő mozgása az anyagban fokozódik, úgy nő az anyag hőtartalma is. Ha egy tömör anyagot hőhatás ér, akkor hőmérséklete is emel­kedni fog. A hőmérsékletet, mint a meleg intenzitás mértékét, a molekulák mozgása határozza meg; minél gyorsabb ez a mozgás, annál magasabb a hőmérséklet (4.3-4.4 ábrák).

4.3 ábra. Épületek falát és tetőzetét érő napsugárzás beesési szögei évszakonként a) nyáron; b) ősszel és tavasszal; c) télen.

4.4 ábra. Eltérő felületű épületszerkezetre érkező napsugarak viselkedése; a) tükröződő fényes felületnél: vissza­verődés; b) felületnél: szórt visszaverődés, amely a szomszédokat kevésbé vakítja.