• napsugárzás

A napsugárzás

A földi élet forrása, valamennyi időjárási éghajlati elem közvetett meghatározója, egyben az építészeti eszközökkel is hasznosítható tisz­ta és megújuló energiaforrásunk a Nap. Ez az energia sugárzás formá­jában érkezik a Föld felszínére. A sugárzás során két test között az energiaáram közvetítő közeg nél­kül, elektromágneses hullámok ré­vén meg végbe.

Az elektromágneses sugárzás hullámhossza függvényében beszél­hetünk gamma-sugárzásról, röntgensugárzásról, rádióhullámokról. A továbbiakban csak az épületek energiamérlege és állagvédelme szempontjából érdekes hullám­hossz-tartományokkal foglalkozunk, amelyekbe az ultraibolya sugárzás, a látható fény, valamint az infravö­rös sugárzás spektrumának egy ré­sze tartozik.

(Kép fent) A napsugárzás intenzitása (W/m²) A keleti; B déli; C nyugati; D északi ablakon; 1 nyáron; 2 télen.

A sugárzást illetően egyrészt azt vizsgáljuk, hogy egy test felületéről ilyen módon mennyi energia jut a környezetbe, másrészt azt, hogy mi történik, ha egy test felületére su­gárzás jut.

Az utóbbival kezdve, ha egy test felületét sugárzás éri, a felületre jutó energiával három dolog tör­ténhet:

• a felület az energia egy részét elnyeli, az elnyelt hányad nagyságát az „a” elnyelési (abszorpciós) ténye­ző jellemzi;
• a felület a sugárzás egy részét visszaveri, a visszavert hányadot az „r” visszaverési (tükrözési, reflexiós) tényező jellemzi;
• a felület és a mögöttes anyag a sugárzás egy részét átereszti, az át­eresztett hányadot a „t” áteresztési (transzmissziós) tényező jellemzi.

Az elnyelt, visszavert és áteresztett energia összege megegyezik a felü­letre jutó energiával, és ez alapján a következőket állapíthatjuk meg:

• ha mindhárom tényező zérus­nál nagyobb, akkor a test áteresztő (transzparens);
• ha az áteresztési tényező t=0, a test nem áteresztő (opak);
• ha a=l, r=t=0, akkor fekete testről beszélünk, amely a ráeső su­gárzást teljes egészében elnyeli.

Ne keverjük össze az áteresztő és az átlátszó test fogalmát! Utóbbi csak a látható fény tartományára ér­telmezhető, a vizuális érzékeléssel összefüggő dolog, az előbbi bővebb fogalom, nemcsak a látható fényre, hanem más hullámhossztartomány­ba eső sugárzásra is értelmezhető.

(Kép fent) Nappályadiagram

A napsugárzás spektrális eloszlása a világűrben a kapcsolódó első áb­rán (lásd 50. oldal) jelzett görbét kö­veti, mire azonban a földfelszínt el­éri, a kapcsolódó második ábra szerinti alakot veszi fel. Ennek oka az, hogy a levegőben lévő vízgőz, a felhőzet, a szilárd szennyező anya­gok a sugárzás egy részét (bizonyos hullámhossztartományokban töb­bet, másokban kevesebbet) elnyelik, továbbá maguk is bocsátanak ki su­gárzást. Ennek megfelelően a máso­dik ábra görbealakja is kisebb-nagyobb mértékben változik, a levegő pillanatnyi nedvességtartalmának és szennyezettségének függvényében.

(Kép fent) A nappálya magassága és a sugárzás intenzitása az évszak­váltások napján, déli 12 órakor.

A második ábra szerinti spekt­rumban három intervallumot kü­lönböztethetünk meg. Az első az ultraibolya sugárzásé. Ennek élettani szerepe igen fontos, egyes anyagok, felületképzések öre­gedése miatt állagvédelmi szem­pontból ugyancsak lényeges, ám energetikai szerepe elhanyagolható. A második a látható fényé; ebben az intervallumban érkezik a sugár­zási energiának majdnem a fele. A látható fény intervalluma az ibolyá­tól a vörösig terjed. A harmadik intervallum a rövid hullámhosszú infravörös sugárzásé; ebben az intervallumban a sugárzási energiának valamivel több mint a felét kapjuk.

A napsugárzás energiahozamát a sugárzás intenzitásával (W/m²) fe­jezzük ki. A földi atmoszférán kívül a sugárzás intenzitása éves periodi­citással 1300-1400 W/m² között in­gadozik (extra terresztriális sugár­zás). Hogy ebből mennyi jut egy, a Föld felszínén elhelyezett felületre, az több tényező függvénye. Egyrészt függ attól, hogy a sugárzás milyen szög alatt éri a felületet (hiszen csak a merőleges összetevővel számolha­tunk), azaz függ a naptári és a napi időtől, a felület tájolásától és dőlé­sétől.

Beesési szög

Ugyancsak a beesési szöggel függ össze, hogy a sugárzásnak mi­lyen hosszú utat kell megtennie a légkörön keresztül; hosszabb út ese­tén a felszínre érkező intenzitás ki­sebb. Ugyanilyen módon játszik szerepet a vizsgált helyszín tenger­szint feletti magassága, hiszen ez befolyásolja a légkörben megtett út hosszát. Nyilvánvaló a vízgőz, a köd, a felhőzet, a többatomos gá­zok, a légköri szennyeződések hatá­sa – csak az utóbbi is néhányszor tíz százalékkal csökkentheti a sugárzási energiahozam éves értékét.

A sugárzási energia egy része pár­huzamos nyalábok formájában, mint direkt sugárzás érkezik. A légkörben lévő – előbb felsorolt – ré­szecskék által visszavert sugárzás már nem jellemezhető ilyen határo­zott irányítottsággal, ez a diffúz su­gárzás (zárt felhőzet, köd esetén szinte csak ez érkezik a földfelszín­re). A részecskék az őket érő sugárzás egy részét elnyelik, és ők maguk is bocsátanak ki – hosszabb hullám­hosszon – saját sugárzást. Végül egyes esetekben figyelemreméltó szerepet játszhat a felszínről (talaj, hó, burkolat) visszavert sugárzás is.