Güneş kazancı - Solar gain

Pencerelerden elde edilen güneş enerjisi kazanımı, doğrudan camdan iletilen enerjiyi ve cam ve çerçeve tarafından emilen ve daha sonra alana yeniden yayılan enerjiyi içerir.
Güneş kazancı, bu evin çatısındaki karla gösterilmektedir: güneş ışığı, baca tarafından gölgelenen alan dışında, tüm karı eritmiştir.

Güneş kazancı ( güneş ısısı kazancı veya pasif güneş kazancı olarak da bilinir ), gelen güneş ışınımını emdiği için bir alanın, nesnenin veya yapının termal enerjisindeki artıştır . Bir uzayın deneyimlediği güneş kazancı miktarı, gelen toplam güneş ışınımının ve araya giren herhangi bir malzemenin radyasyonu iletme veya direnme yeteneğinin bir fonksiyonudur .

Güneş ışığının çarptığı nesneler, görünür ve kısa dalga kızılötesi bileşenlerini emer, sıcaklıkta artar ve daha sonra bu ısıyı daha uzun kızılötesi dalga boylarında yeniden yayar . Cam gibi şeffaf yapı malzemeleri, görünür ışığın neredeyse engellenmeden geçmesine izin verse de, bu ışık bir kez iç mekan malzemeleri tarafından uzun dalgalı kızılötesi radyasyona dönüştürüldüğünde, cam daha uzun dalga boylarına karşı opak olduğu için pencereden geri kaçamaz. Böylece hapsedilen ısı, sera etkisi olarak bilinen bir fenomen yoluyla güneş enerjisi kazanımına neden olur . Binalarda aşırı güneş kazanımı, bir mekanda aşırı ısınmaya neden olabilir, ancak ısı istendiğinde pasif ısıtma stratejisi olarak da kullanılabilir.

Pencere güneş kazancı özellikleri

Güneş kazancı en çok pencere ve kapıların tasarımında ve seçiminde ele alınmaktadır. Bu nedenle, güneş kazancını ölçmek için en yaygın ölçümler, pencere düzeneklerinin termal özelliklerini raporlamanın standart bir yolu olarak kullanılır. Amerika Birleşik Devletleri'nde, Amerikan Isıtma, Soğutma ve İklimlendirme Mühendisleri Derneği ( ASHRAE ) ve Ulusal Pencere Penceresi Derecelendirme Konseyi (NFRC), bu değerlerin hesaplanması ve ölçülmesi için standartları korur.

gölgeleme katsayısı

Gölgeleme katsayısı (SC), bir radyatif termal performans ölçütü olduğu bir cam bir ünite (paneli ya da pencere) bina . Bir cam ünitesinden geçen belirli bir dalga boyunda ve geliş açısında güneş radyasyonunun, çerçevesiz 3 milimetre (0,12 inç) Şeffaf Float Camdan oluşan bir referans penceresinden geçecek olan radyasyona oranı olarak tanımlanır. Karşılaştırılan miktarlar, hem dalga boyunun hem de gelme açısının fonksiyonları olduğundan, bir pencere düzeneği için gölgeleme katsayısı, tipik olarak, cam düzlemine normal giren güneş ışınımının tipik bir tek dalga boyu için rapor edilir. Bu miktar, hem doğrudan camdan iletilen enerjiyi hem de cam ve çerçeve tarafından emilen ve boşluğa yeniden yayılan enerjiyi içerir ve aşağıdaki denklemle verilir:

Burada λ radyasyonun dalga boyu ve θ geliş açısıdır. "T" camın geçirgenliğidir, "A" emiciliğidir ve "N", uzaya yeniden yayılan emilen enerjinin kesridir. Genel gölgeleme katsayısı bu nedenle şu oran ile verilir:

Gölgeleme katsayısı , pencere düzeneğinin radyasyon özelliklerine bağlıdır . Bu özellikler, geçirgenlik "T", emicilik "A", yayıcılık (belirli herhangi bir dalga boyu için emiciliğe eşittir) ve yansıtıcılık, tümü birlikte 1'i toplayan boyutsuz niceliklerdir. Renk , renk tonu ve yansıtıcı kaplamalar bu özellikleri etkiler, bu da bunu hesaba katan bir düzeltme faktörü olarak gölgeleme katsayısının geliştirilmesine neden olmuştur. ASHRAE'nin güneş ısısı kazancı faktörleri tablosu, farklı enlemlerde, yönlerde ve zamanlarda ⅛” şeffaf düz cam için beklenen güneş ısısı kazancını sağlar; bu, radyasyon özelliklerindeki farklılıkları düzeltmek için gölgeleme katsayısı ile çarpılabilir. Gölgeleme katsayısının değeri 0 ile 1 arasındadır. Derece ne kadar düşükse, camdan güneş ısısı o kadar az iletilir ve gölgeleme yeteneği o kadar yüksek olur.

Cam özelliklerine ek olarak, pencere aksamına entegre edilen gölgeleme cihazları da SC hesaplamasına dahil edilir. Bu tür cihazlar, camın kısımlarını opak veya yarı saydam malzeme ile bloke ederek gölgeleme katsayısını azaltabilir ve böylece genel geçirgenliği azaltabilir.

Pencere tasarım yöntemleri, Gölgeleme Katsayısı'ndan uzaklaşarak, ısı kazancı olarak (sadece cam kısmı değil) tüm pencere düzeneği boyunca bir binaya giren gelen güneş ışınımının kesri olarak tanımlanan Güneş Isı Kazanım Katsayısı'na (SHGC) doğru hareket etmiştir. ). SHGC'yi hesaplamak için standart yöntem, aynı zamanda, gölgeleme katsayısının yaptığı gibi tek bir dalga boyu için bir katsayı sağlamak yerine, daha gerçekçi bir dalga boyu-dalga boyu yöntemi kullanır. Gölgeleme katsayısı, üretici ürün literatüründe ve bazı endüstri bilgisayar yazılımlarında hala bahsedilse de, endüstriye özel metinlerde veya model oluşturma kodlarında artık bir seçenek olarak bahsedilmemektedir. Doğal yanlışlıkların yanı sıra, SC'nin bir başka eksikliği de, gerçekte tam tersi doğru olduğunda yüksek değerlerin yüksek gölgelemeye eşit olduğunu öne süren, sezgisel olmayan adıdır. Endüstri teknik uzmanları, SC'nin sınırlamalarını fark ettiler ve 1990'ların başlarından önce Amerika Birleşik Devletleri'nde (ve Avrupa'daki benzer g-değeri) SHGC'ye doğru ittiler.

SC'den SHGC'ye dönüşüm, her biri farklı ısı transfer mekanizmalarını ve yollarını (pencere montajına karşı yalnızca cam) hesaba kattığından, her zaman kolay değildir. SC'den SHGC'ye yaklaşık bir dönüşüm gerçekleştirmek için SC değerini 0,87 ile çarpın.

g değeri

g-değeri (bazen Güneş Faktörü veya Toplam Güneş Enerjisi Geçirgenliği olarak da adlandırılır), pencerelerin güneş enerjisi iletimini ölçmek için Avrupa'da yaygın olarak kullanılan katsayıdır. SHGC ile karşılaştırıldığında modelleme standartlarında küçük farklılıklar olmasına rağmen, iki değer fiilen aynıdır. 1.0 g değeri, tüm güneş radyasyonunun tam iletimini temsil ederken, 0.0, güneş enerjisi iletimi olmayan bir pencereyi temsil eder. Ancak pratikte, çoğu g-değeri 0,2 ile 0,7 arasında değişecektir ve güneş kontrollü camların g-değeri 0,5'ten azdır.

Güneş ısı kazanç katsayısı (SHGC)

SHGC, Amerika Birleşik Devletleri'nde kullanılan gölgeleme katsayısının halefidir ve iletilen güneş radyasyonunun tüm bir pencere düzeneğinin gelen güneş radyasyonuna oranıdır. 0 ile 1 arasında değişir ve cam, çerçeve malzemesi, kanat (varsa), bölünmüş lite barlar (varsa) ve ekranlar (varsa) dahil olmak üzere bir bütün olarak bir pencere veya kapının güneş enerjisi geçirgenliğini ifade eder. Her bileşenin geçirgenliği, gölgeleme katsayısına benzer şekilde hesaplanır. Bununla birlikte, gölgeleme katsayısının aksine, toplam güneş kazancı, güneş ısısı kazanç katsayısının doğrudan iletilen kısmının şu şekilde verildiği dalga boyu-dalga boyu temelinde hesaplanır:

İşte nanometre cinsinden belirli bir dalga boyunda spektral geçirgenlik ve gelen güneş spektral ışınımıdır. Güneş kısa dalga radyasyonunun dalga boyları üzerine entegre edildiğinde, tüm güneş dalga boylarında iletilen güneş enerjisinin toplam kısmını verir. Bu nedenle ürün , camın ötesinde tüm montaj bileşenlerinde emilen ve yeniden yayılan enerjinin bir parçasıdır. Standart SHGC'nin yalnızca pencereye dik bir geliş açısı için hesaplandığını not etmek önemlidir. Ancak bu, çoğu durumda normalden 30 dereceye kadar geniş bir açı aralığında iyi bir tahmin sağlama eğilimindedir.

SHGC, simülasyon modelleri aracılığıyla tahmin edilebilir veya kalorimetre odası olan bir pencereden toplam ısı akışının kaydedilmesiyle ölçülebilir. Her iki durumda da, NFRC standartları, SHGC'nin test prosedürü ve hesaplanması için prosedürü özetlemektedir. Dinamik pencereleme veya çalıştırılabilir gölgeleme için, her olası durum farklı bir SHGC tarafından tanımlanabilir.

SHGC, SC'den daha gerçekçi olsa da, her ikisi de, pencerelerin güneş kazancından cam işlemlerinden daha fazla gölgelenmesi konusunda daha hassas kontrol sunan gölgeleme cihazları gibi karmaşık unsurları içerdiklerinde yalnızca kaba yaklaşımlardır.

Opak yapı bileşenlerinde güneş kazancı

Pencerelerin yanı sıra duvarlar ve çatılar da güneş enerjisi kazanımı için yol görevi görür. Bu bileşenlerde, tüm iletim opak malzemelerde bloke edildiğinden, ısı transferi tamamen absorpsiyon, iletim ve yeniden radyasyondan kaynaklanmaktadır. Opak bileşenlerdeki birincil metrik, bir yüzeyin hem güneş yansımasını (albedo) hem de yayılımını açıklayan Güneş Yansıma İndeksidir. Yüksek SRI'ye sahip malzemeler, ısı enerjisinin çoğunu yansıtacak ve yayacak ve bu da onları diğer dış cephe kaplamalarından daha soğuk tutacaktır. Bu, çatıların tasarımında oldukça önemlidir, çünkü koyu çatı kaplama malzemeleri genellikle çevredeki hava sıcaklığından 50 C° kadar daha sıcak olabilir, bu da büyük termal streslere ve ayrıca iç mekana ısı transferine yol açar.

Güneş kazancı ve bina tasarımı

Güneş kazancı iklime bağlı olarak hem olumlu hem de olumsuz etkilere sahip olabilir. Pasif güneş enerjisi bina tasarımı bağlamında, tasarımcının amacı normalde kışın bina içinde güneş enerjisi kazanımını en üst düzeye çıkarmak ( alan ısıtma talebini azaltmak için ) ve yazın kontrol etmektir (soğutma gereksinimlerini en aza indirmek için). Termal kütle , gün içindeki ve bir dereceye kadar günler arasındaki dalgalanmaları dengelemek için kullanılabilir.

Güneş kazancının kontrolü

Bir alanı aşırı ısıtma potansiyeli nedeniyle, sıcak iklimlerde kontrolsüz güneş enerjisi kazanımı istenmez. Bunu en aza indirmek ve soğutma yüklerini azaltmak için güneş kazancını azaltmak için çeşitli teknolojiler mevcuttur. SHGC, camın renginden veya tonundan ve yansıtma derecesinden etkilenir . Yansıtıcılık, camın yüzeyine yansıtıcı metal oksitlerin uygulanmasıyla değiştirilebilir. Düşük emisyonlu kaplama, yansıyan ve yeniden yayılan dalga boylarında daha fazla özgüllük sunan daha yakın zamanda geliştirilmiş bir başka seçenektir. Bu, camın görünür geçirgenliği büyük ölçüde azaltmadan esas olarak kısa dalga kızılötesi radyasyonu engellemesini sağlar .

Soğuk ve karışık iklimler için iklime duyarlı tasarımda , pencereler genellikle ısıtma mevsimi boyunca güneş ısısı kazanımları sağlamak için boyutlandırılır ve konumlandırılır. Bu amaçla, özellikle evin güneşli tarafında güneş ısısı kazanımlarını engellememek için nispeten yüksek güneş ısısı kazanç katsayısına sahip camlar sıklıkla kullanılır. SHGC ayrıca bir pencerede kullanılan cam bölme sayısı ile azalır. Örneğin üç camlı pencerelerde SHGC 0.33 - 0.47 aralığında olma eğilimindedir. İçin çift camlı pencereler SHGC 0.42 aralığında daha sık olduğunu - 0,55.

Pencereler yoluyla güneş ısısı kazanımını artırmak veya azaltmak için farklı cam türleri kullanılabilir, ancak pencerelerin doğru yönlendirilmesi ve çıkıntılar , panjurlar , kanatlar, sundurmalar ve diğer gölgeleme cihazlarının eklenmesiyle daha hassas bir şekilde ayarlanabilir. mimari gölgeleme elemanları.

Pasif güneş enerjisi

Pasif güneş enerjisiyle ısıtma, ek ısıtma istendiğinde bir binadaki güneş enerjisi kazanım miktarını maksimize etmeye çalışan bir tasarım stratejisidir. Güneş enerjisini emmek için pompalı dış su tanklarını kullanan aktif güneş enerjisiyle ısıtmadan farklıdır, çünkü pasif güneş sistemleri pompalamak için enerji gerektirmez ve ısıyı doğrudan yapılarda ve işgal edilen alanın bitişlerinde depolar.

Doğrudan güneş kazancı sistemlerinde, bina camlarının bileşimi ve kaplaması, radyasyon özelliklerini optimize ederek sera etkisini artırmak için manipüle edilebilirken, boyutları, konumları ve gölgelemeleri güneş kazancını optimize etmek için kullanılabilir. Güneş kazancı da dolaylı veya izole güneş kazanç sistemleri ile binaya aktarılabilir.

Pasif güneş enerjisi tasarımları tipik olarak yüksek SHGC'ye sahip güneye bakan büyük pencereler ve yaz aylarında güneş ışığını engelleyen ve kışın pencereye girmesine izin veren çıkıntılar kullanır. Kabul edilen güneş ışığı yoluna yerleştirildiğinde, beton levhalar veya trombe duvarlar gibi yüksek termal kütle özellikleri , gün boyunca büyük miktarda güneş radyasyonu depolar ve gece boyunca yavaşça uzaya bırakır. Doğru tasarlandığında, bu sıcaklık dalgalanmalarını modüle edebilir. Bu konu alanındaki mevcut araştırmalardan bazıları, aşırı ağırlığa ihtiyaç duymadan hem ışığı kabul eden hem de enerjiyi depolayan şeffaf faz değişim malzemelerinin kullanımı yoluyla, depolama için opak termal kütle ile toplama için şeffaf cam arasındaki dengeyi ele almaktadır.

Ayrıca bakınız

Referanslar