Solforsterkning - Solar gain
.jpg)
Solforsterkning (også kjent som solvarmeforsterkning eller passiv solforsterkning ) er økningen i termisk energi til et rom, objekt eller struktur ettersom den absorberer innfallende solstråling . Mengden solforsterkning et rom opplever, er en funksjon av den totale innstrålende solinnstrålingen og evnen til ethvert inngripende materiale til å overføre eller motstå strålingen.
Objekter rammet av sollys absorberer de synlige og kortbølgede infrarøde komponentene, øker temperaturen og stråler deretter ut den varmen ved lengre infrarøde bølgelengder . Selv om gjennomsiktige byggematerialer som glass tillater synlig lys å passere nesten uhindret, når det ikke er omgjort til langbølget infrarød stråling av materialer innendørs, er det ikke i stand til å unnslippe gjennom vinduet siden glass er ugjennomsiktig til de lengre bølgelengdene. Den fangede varmen forårsaker dermed solforsterkning via et fenomen kjent som drivhuseffekten . I bygninger kan overdreven solforsterkning føre til overoppheting i et rom, men det kan også brukes som en passiv oppvarmingsstrategi når varme er ønsket.
Vindus solforsterkningsegenskaper
Solforsterkning er oftest adressert i design og valg av vinduer og dører. På grunn av dette brukes de vanligste beregningene for å kvantifisere solforsterkning som en standard måte å rapportere de termiske egenskapene til vindusenheter. I USA opprettholder The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers ( ASHRAE ) og National Fenestration Rating Council (NFRC) standarder for beregning og måling av disse verdiene.
Skyggekoeffisient
Den skyggelegging koeffisient (SC) er et mål for den strålings termiske ytelsen av en glassenhet (panel eller vindu) i en bygning . Det er definert som forholdet mellom solstråling ved en gitt bølgelengde og innfallsvinkel som passerer gjennom en glassenhet til strålingen som vil passere gjennom et referansevindu med rammeløs 3 millimeter (0,12 tommer) klart flytglas. Siden mengdene som er sammenlignet er funksjoner av både bølgelengde og innfallsvinkel, blir skyggekoeffisienten for et vindusmontering typisk rapportert for en enkelt bølgelengde som er typisk for solstråling som går normalt inn i glassplanet. Denne mengden inkluderer både energi som overføres direkte gjennom glasset, så vel som energi som absorberes av glasset og rammen og stråles ut igjen i rommet, og er gitt av følgende ligning:
Her er λ bølgelengden til stråling og θ er innfallsvinkelen. "T" er glassets overførbarhet, "A" er dets absorpsjonsevne, og "N" er brøkdelen av absorbert energi som slippes ut igjen i rommet. Den totale skyggekoeffisienten er således gitt av forholdet:
Skyggekoeffisienten avhenger av strålingsegenskapene til vindusmonteringen. Disse egenskapene er overføringsevnen "T", absorpsjonsevne "A", emissivitet (som er lik absorpsjonsevnen for en gitt bølgelengde), og reflektivitet som alle er dimensjonsløse størrelser som til sammen utgjør 1. Faktorer som farge , fargetone og reflekterende belegg påvirker disse egenskapene, og det var det som fikk utviklingen av skyggekoeffisienten til å korrigere for dette. ASHRAEs tabell over solvarmeforsterkningsfaktorer gir forventet solvarmeforsterkning for ⅛ ”klart flyteglass ved forskjellige breddegrader, orienteringer og tider, som kan multipliseres med skyggekoeffisienten for å korrigere for forskjeller i strålingsegenskaper. Verdien på skyggekoeffisienten varierer fra 0 til 1. Jo lavere vurdering, jo mindre solvarme overføres gjennom glasset, og jo større er skyggelegging.
I tillegg til glassegenskaper er skyggeanordninger integrert i vindusmonteringen også inkludert i SC-beregningen. Slike innretninger kan redusere skyggekoeffisienten ved å blokkere deler av glasset med ugjennomsiktig eller gjennomsiktig materiale, og dermed redusere den totale transmisjonsevnen.
Vindusdesignmetoder har beveget seg bort fra skyggekoeffisienten og mot solvarmeforsterkningskoeffisienten (SHGC) , som er definert som brøkdelen av innfallende solstråling som faktisk kommer inn i en bygning gjennom hele vindusenheten som varmeforsterkning (ikke bare glassdelen ). Standardmetoden for beregning av SHGC bruker også en mer realistisk bølgelengde-for-bølgelengdemetode, i stedet for bare å gi en koeffisient for en enkelt bølgelengde slik skyggekoeffisienten gjør. Selv om skyggekoeffisienten fremdeles er nevnt i produsentens produktlitteratur og en del dataprogramvare fra industrien, er den ikke lenger nevnt som et alternativ i bransjespesifikke tekster eller modellbyggingsregler. Bortsett fra dens iboende unøyaktigheter, er en annen mangel på SC dens mot-intuitive navn, som antyder at høye verdier tilsvarer høy skyggelegging når det i virkeligheten er motsatt. Industrielle tekniske eksperter anerkjente begrensningene for SC og presset mot SHGC i USA (og den analoge g-verdien i Europa) før tidlig på 1990-tallet.
En konvertering fra SC til SHGC er ikke nødvendigvis grei, da de hver tar hensyn til forskjellige varmeoverføringsmekanismer og baner (vindusmontering kontra kun glass). For å utføre en omtrentlig konvertering fra SC til SHGC, multipliser SC-verdien med 0,87.
g-verdi
G-verdien (noen ganger også kalt en solfaktor eller total solenergitransmisjon) er koeffisienten som ofte brukes i Europa for å måle solenergitransmisjonen til vinduer. Til tross for mindre forskjeller i modelleringsstandarder sammenlignet med SHGC, er de to verdiene effektivt de samme. En g-verdi på 1.0 representerer full transmisjon av all solstråling mens 0,0 representerer et vindu uten solenergitransmisjon. I praksis vil imidlertid de fleste g-verdiene ligge mellom 0,2 og 0,7, med solkontrollvinduer som har en g-verdi på mindre enn 0,5.
Solvarme gevinst koeffisient (SHGC)
SHGC er etterfølgeren til skyggekoeffisienten som brukes i USA, og det er forholdet mellom overført solstråling og innfallende solstråling fra en hel vindusenhet. Det varierer fra 0 til 1 og refererer til solenergitransmisjonen til et vindu eller en dør som helhet, og tar i glasset, rammematerialet, rammen (hvis den er tilstede), delte lite bjelker (hvis til stede) og skjermer (hvis til stede). Transmisjonen til hver komponent beregnes på samme måte som skyggekoeffisienten. I motsetning til skyggekoeffisienten beregnes imidlertid den totale solforsterkningen på en bølgelengde-for-bølgelengdebasis der den direkte overførte delen av solvarmeforsterkningskoeffisienten er gitt av:
Her er spektraloverføring ved en gitt bølgelengde i nanometer og er den innfallende solspektralbestrålingen. Når den integreres over bølgelengdene til kortbølgestråling fra solen, gir den den totale brøkdelen av overført solenergi over alle solbølgelengder. Produktet er altså den delen av absorbert og gjenutsendt energi på tvers av alle monteringskomponenter utover bare glasset. Det er viktig å merke seg at standard SHGC bare beregnes for en innfallsvinkel normal til vinduet. Dette har imidlertid en tendens til å gi et godt estimat over et bredt spekter av vinkler, opptil 30 grader fra det normale i de fleste tilfeller.
SHGC kan enten estimeres gjennom simuleringsmodeller eller måles ved å registrere den totale varmestrømmen gjennom et vindu med et kalorimeterkammer. I begge tilfeller skisserer NFRC-standardene prosedyren for testprosedyren og beregningen av SHGC. For dynamisk fenestrering eller betjenbar skygge kan hver mulig tilstand beskrives av en annen SHGC.
Selv om SHGC er mer realistisk enn SC, er begge bare grove tilnærminger når de inkluderer komplekse elementer som skyggeanordninger, som gir mer presis kontroll over når fenestrasjon er skyggelagt fra solforsterkning enn glassbehandlinger.
Sol gevinst i ugjennomsiktige bygningsdeler
Bortsett fra vinduer, fungerer vegger og tak også som veier for solvinning. I disse komponentene skyldes varmeoverføring helt absorpsjon, ledning og omstråling, siden all overføring er blokkert i ugjennomsiktige materialer. Den primære beregningen i ugjennomsiktige komponenter er Solar Reflectance Index, som står for både solreflektans (albedo) og emittanse av en overflate. Materialer med høy SRI reflekterer og avgir et flertall varmeenergi, og holder dem kjøligere enn andre utvendige overflater. Dette er ganske viktig i utformingen av tak, siden mørke takmaterialer ofte kan være så mye som 50 ° C varmere enn den omgivende lufttemperaturen, noe som fører til store termiske påkjenninger samt varmeoverføring til det indre rommet.
Solforsterkning og bygningsdesign
Solforsterkning kan ha både positive eller negative effekter avhengig av klimaet. I sammenheng med passiv solbygningsdesign er formålet med designeren normalt å maksimere solforsterkningen i bygningen om vinteren (for å redusere behovet for romoppvarming ), og å kontrollere den om sommeren (for å minimere kjølebehovet). Termisk masse kan brukes til å utjevne svingningene på dagtid, og til en viss grad mellom dager.
Kontroll av solforsterkning
Ukontrollert solforsterkning er uønsket i varme klima på grunn av potensialet for overoppheting av et rom. For å minimere dette og redusere kjølebelastning, finnes det flere teknologier for reduksjon av solforsterkning. SHGC påvirkes av fargen eller fargen på glass og dets grad av reflektivitet . Reflektivitet kan modifiseres ved å påføre reflekterende metalloksider på overflaten av glasset. Lavemissivitetsbelegg er et annet nylig utviklet alternativ som gir større spesifisitet i bølgelengdene som reflekteres og sendes ut på nytt. Dette gjør at glasset kan blokkere hovedsakelig kortbølget infrarød stråling uten å redusere synlig overføring kraftig .
I klimaresponsiv design for kaldt og blandet klima , er vinduer vanligvis dimensjonert og plassert for å gi solvarmegevinster i fyringssesongen. For det formål brukes ofte glass med en relativt høy solvarmeforsterkningskoeffisient for ikke å blokkere solvarmegevinster, spesielt på solsiden av huset. SHGC avtar også med antall glassruter som brukes i et vindu. For eksempel i tredobbelte vinduer har SHGC en tendens til å være i området 0,33 - 0,47. For doble vinduer er SHGC oftere i området 0,42 - 0,55.
Ulike glasstyper kan brukes til å øke eller redusere solvarmeforsterkningen gjennom fenestrering, men kan også finjusteres av riktig orientering av vinduer og ved å legge til skyggeanordninger som overheng , lameller , finner, verandaer og annet arkitektoniske skyggelementer.
Passiv soloppvarming
Passiv soloppvarming er en designstrategi som prøver å maksimere mengden solforsterkning i en bygning når ekstra oppvarming er ønsket. Den skiller seg fra aktiv soloppvarming som bruker utvendige vanntanker med pumper for å absorbere solenergi fordi passive solsystemer ikke trenger energi for å pumpe og lagre varme direkte i strukturer og overflater på okkupert rom.
I direkte solforsterkningssystemer kan sammensetningen og belegget av bygningsvinduene også manipuleres for å øke drivhuseffekten ved å optimalisere deres strålingsegenskaper, mens deres størrelse, posisjon og skyggelegging kan brukes til å optimalisere solforsterkningen. Solforsterkning kan også overføres til bygningen av indirekte eller isolerte solfangstsystemer.
Passive soldesigner bruker vanligvis store sørvendte vinduer med høy SHGC og overheng som blokkerer sollys om sommeren og lar det komme inn i vinduet om vinteren. Når de plasseres i banen for innlagt sollys, lagrer høye termiske massefunksjoner som betongplater eller trombevegger store mengder solstråling om dagen og slipper den sakte ut i rommet gjennom hele natten. Når den er utformet riktig, kan dette modulere temperatursvingninger. Noe av den nåværende forskningen innen dette fagområdet tar for seg avveiningen mellom ugjennomsiktig termisk masse for lagring og gjennomsiktig glass for oppsamling gjennom bruk av gjennomsiktige faseendringsmaterialer som både tillater lys og lagrer energi uten behov for overdreven vekt.