Az árnyék meghatározása, a napsugárzás intenzitása
Az árnyék meghatározása
Az előzőekben leírt eljárással meghatározható a pontos napállás, azaz a napszögek, vagyis a napmagasság-és nap azimut értékek fokokban. Az építészeti gyakorlatban azonban a napszögek csak kivételes körülmények esetén használhatók fel a rajzokon közvetlenül, transzformálás nélkül. A nappályadiagram által meghatározott napszögeket árnyékszögekké, más néven beesési szögekké kell átalakítani.
A vízszintes árnyékszög könnyen meghatározható, ha ismert a homlokzati tájolás. A vízszintes árnyékszöget megkapjuk, ha a nap azimutból levonjuk a homlokzat azimutját (a homlokzat síkjának vízszintesre vetített irányszögét északtól mérve). A függőleges árnyékszöget az építészeti rajzokon alkalmazzuk, melyeken az épületeket ortogonális paralel projekcióban, vagyis merőleges párhuzamos vetületben ábrázoljuk. A napsugár azonban csak kivételesen esik egybe a vetítősíkkal, ezért a napsugárnak, esetünkben a Nap magassági szögének a homlokzat síkjára merőleges síkba eső komponensét, azaz a beesési vagy másképpen függőleges árnyékszögét kell leképeznünk.
A kapcsolódó ábra egy erkélylemezt és árnyékát mutatja be axonometrikus ábrázolásban. Az erkélylemez (1) homlokzattal párhuzamos pereme és az S napsugár meghatározza az (2) árnyéksíkot. A homlokzatra merőleges, függőlegesen vonalkázott vetítősík és az árnyéksík szaggatottan jelölt metszésvonala (3) az adott S napsugár vetítősíkba eső komponense, vagyis függőleges árnyékszöge. A beesési szög és a függőleges árnyékszög a metszeteken közvetlenül felhasználható árnyékszerkesztésre.
(Kép fent) Az árnyék, az árnyékkép nemcsak az épületbelső szempontjából lényeges, de a hangsúlyozni kívánt épület külső tekintetében is, úgy a tömeg, mint a felületi struktúrák vonatkozásában a) nyeregtetős épületnél; b) sátortetős háznál.
(Kép fent) Az árnyék meghatározása szerkesztéssel egy épületsík elé ugratott épületrésznél 1 az épület függőleges homlokzati síkja; 2 árnyéksík; 3 a napsugárzás vetítősíkjának komponense; 4 az árnyékvető tömeg mértani formája; 5 az árnyék; 6 a napsugár vetülete; S napsugár; P vízszintes terep (szerkesztői sík).
Az ábrából jól látható, hogy a napszögek csak további művelettel, például szerkesztéssel vagy számítással kaphatók meg. Mindkét eljárás időigényes. A fenti műveletek elkerülésére a függőleges árnyékszög gyors meghatározásához az árnyékszögmérő nyújt segítséget.
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 ellipszispályán 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 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 szóródva (diffúz módon) verődnek vissza. A ráeső sugarakat a durván megmunkált felület erősen szórja, míg a tükörsima felület (pl. magas fényű alumíniumlemez) majdnem párhuzamosan veri vissza. Az egyenetlen felületű kőfal nem képes a napsugarakat azonos irányba visszaverni, hanem szétszórja őket.
Visszavert sugarak
Bizonyos hullámhosszúságú visszaverődött látható sugarakat színekként észlelünk, míg a más hullámhosszokon érkező sugarak vagy áthaladnak a felületen, vagy elnyelődnek. Más szóval a Napból érkező sugarak többsége a látható fény tartományába, illetve annak közvetlen környezetébe tartozik, visszaverődésük tehát gyakorlatilag azonos a színek létezésével. A fekete színű tárgyak elnyelik a sugarakat; a fehér szín pedig a látható sugarak tartományába tartozó valamennyi szín keveréke. Egy pirosra festett fal csak a piros színtartományban fogja visszaverni a ráeső látható fényt, a többi színt elnyeli.
(Kép fent) Az épületbelső benapozásának intenzitását az évszak, a beesési szög és a napszak határozza meg.
(Kép fent) Az épületbe jutó napsugárzás intenzitása a nyílás szabad vagy árnyékolt voltától függ a) normál eset; b) normál eset árnyék nélküli, elé ugratott eresszel; c) parapet nélküli ablakozással (erkély), árnyékvetővel; d) elé ugratott kiülő eresszel.
(Kép fent) A beeső napsugárzás intenzitását a nap állásszöge (a) és a sugárzással érintett, adott dőlésszögű síkra vetődött fénymennyiség hányadosa határozza meg a) vizsgált sugárzás sávszélessége; b) a sugárzás vetületi mérete.
Azok a napsugarak, amelyek behatolnak az anyagba, vagy azonnal elnyelődnek, vagy áthaladnak rajta. 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, más 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 fémtartalmán múlik; a nagy fémtartalmú üvegek áteresztőképessége kicsi. Jól megfigyelhető ez egy üvegtábla élén: ha 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 hőmérséklete is. Ha 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.