[تنظیم شرایط محیطی] بررسی و مطالعه حرکت خورشید و انرژی تابشی آن

[fariba.sh70]

بررسی و مطالعه حرکت خورشید و انرژی تابشی آن​

× علم هندسه‌ی خورشید
دانشی که چگونگی حرکت خورشید، زوایای خورشید، مسیر حرکتی و میزان و ... و تأثیرات آن روی کره زمین را مورد مطالعه قرار می‌دهد.

انرژی تابشی خورشید (تابش)
عامل اصلی به وجودآورنده عناصر آب و هوایی
Ÿ دما
Ÿ باد
Ÿ رطوبت
Ÿ بارش
× میزان انرژی تابش خورشید به دو عامل وابسته است:
ú زمان: ساعت، روز، روز سال (فصل)
ú مکان: عرض جغرافیایی

عوامل تأثیرگذار بر تابش خورشیدی
- عوامل اقلیمی پوشش گیاهی
- شرایط ابرناکی آسمان ابری بودن- رطوبت بالا

× بررسی حرکت خورشید

1. انقلاب تابستانی
روز اول تیر ماه، طولانی‌ترنی مسیر حرکت خورشید در آسمان است. طولانی‌ترین روز سال است (طول روز بیش از 12 ساعت). طلوع در شمال شرقی و غروب، در شمال غربی و بیشترین ارتفاع در تابستان را نیز پیدا می‌کند. بیشترین میزان در افت انرژی تابشی را در انقلاب تابستانی داریم. هرچه اشعه عمودی‌تر باشد میزان دریافت انرژی بیشتر می‌شود.
2. انقلاب زمستانی
اول دیماه (شب یلدا) کوتاهترین مسیر حرکت، کوتاهترین روز، طلوع در جنوب شرق، غروب در جنوب غرب، کمترین ارتفاع را خورشید دارد. کمترین میزان دریافت انرژی تابش در طول روز.
3. اعتدالین
اول فروردین و اول مهر، طول شب و روز برابر، هر دو 12 ساعت است. دقیقاً طلوع از شرق و غروب از مغرب است.
برای یافتن مکان خورشید در آسمان از 2 زاویه استفاده می‌شود به نام زاویه سمت و زاویه ارتفاع یا زاویه تابش.
1. زاویه سمت: جهت خورشید را نشان می‌دهد. زاویه‌ای که بین تصویر افقی اشعه‌ی تابش و امتداد مشخص شمال جنوب NS ایجاد می‌شود.
2. زاویه ارتفاع (تابش): زاویه‌ای که بین یک خط افقی و اشعه‌ی خورشید ایجاد می‌شود. تصویر اشعه‌ی خورشید روی صفحه‌ی عمودی موازی با آن و خط افق. زاویه میان اشعه‌ی خورشید و تصویر آن اشعه روی زمین و ارتفاع خورشید در آسمان را نشان می‌دهد.

​

​

× نمودار موقعیت و زوایای تابش خورشید (دیاگرام مسیر حرکت خورشید)
نموداری که نشان‌دهنده‌ی تصویر افقی مسیر طی شده‌ی خورشید در طول سال است.

 

[fariba.sh70]

ü دایره‌های متحدالمرکز نشان‌دهنده‌ی زوایای ارتفاع
ü خطوط شعاعی نشان‌دهنده‌ی زوایای سمت.
منحنی‌های اصلی منحنی‌های ماه‌های سال هستند. 7 منحنی هستند. یک منحنی برای تیرماه، و دی ماه برای سایر ماه‌ها، هر 2 ماه قرینه دارای یک منحنی هستند. منحنی‌های فرعی منحنی ساعت و ساعت‌های مختلف در طول روز است.
زاویه ارتفاع:
زاویه میان تصویر اشعه‌ی خورشید روی صفحه‌ی عمودی موازی با آن و خط افق
زاویه‌ی میان اشعه‌ی خورشید و تصویر آن. اشعه روی زمین نشان‌دهنده‌ی ارتفاع خورشید در آسمان.

​

​

× نمودار موقعیت و زوایای تابش خورشید (دیاگرام مسیر حرکت خورشید)
- نموداری که نشان‌دهنده‌ی تصویر افقی مسیر طی شده‌ی خورشید در طول سال است.
- خطوط شعاعی نشان‌دهنده‌ زاویای سمت.
- منحنی اصلی (منحنی ماه‌های سال هستند) تعداد 7 منحنی: یک منحنی برای تیر و دی ماه هر کدام و سایر ماه‌ها هر دو ماه قرینه دارای یک منحنی هستند.
- منحنی فرعی: منحنی‌های ساعت هستند و نشان‌دهنده‌ی ساعت‌های مختلف در طول روز.


کاربردهای نمودار مسیر حرکت خورشید
1- یافتن تصویر افقی (مکان خورشید) در هر زمان (ساعت و ماه) و مکان (عرض جغرافیایی)
2- یافتن زوایای سمت و ارتفاع خورشید در هر زمان و مکان
3- کاربرد در طراحی پنجره‌ها و سایبان‌ها (ترسیم لکه سایه و آفتاب به‌طور دقیق در هر زمان و مکان و محاسبه اندازه سایبان‌های موردنیاز)
4- کاربرد در محاسبه‌های انرژی تابشی خورشیدی برای سطوح مختلف در هر زمان و مکان.

× طراحی سایبان‌های افقی و عمودی
برای زمان خاصی هستند.
ترسیم لکه سیاه و آفتاب را در پنجره‌هایی که سایبان افقی و عمودی دارند، لکه سایه‌ی آفتاب را یاد بگیریم.
سایبان عمودی
مانند روش ترسیم پنجره بدون سایبان. تنها تفاوت این است که نقطه‌ی A را روی نقطه‌ی سایبان می‌گیریم.
طول سایبان عمودی را به ترتیبی بیابید که تمام پنجره در این ساعت
سایه داشته باشد.
- ابتدا موازی زاویه سمت‌ داده شده خطی می‌کشیم.
- از و بعد سایبان را ادامه م‌دهیم تا خط را قطع
کند نقطه‌ای که خط را قطع کرد را سایبان می‌گوییم
و می‌نامیم. طول خط تا می‌شود طول سایبان

 

[fariba.sh70]

سایبان افقی
1. ترسیم لکه سایه و آفتاب بدون در نظر گرفتن سایبان افقی.
2. در پلان نقطه‌ی A (انتهای سایبان افقی) را در نظر می‌گیریم
از این نقطه خطی موازی با زاویه سمت ترسیم می‌کنیم تا شیشه
پنجره را در قطع کند. این نقطه را با خطی عمودی به نما
منتقل می‌کنیم.
3. در برش (مقطع عمودی) از نقطه‌ی B (نقطه‌ی انتهایی سایبان
افقی) خطی موازی با زاویه ارتفاع ترسیم می‌کنیم تا شیشه پنجره را در نقطه‌ی قطع کند. از خطی افقی به نما منتقل می‌کنیم تا خطی را که از به نما منتقل شده است را در نقطه‌ی مانند k قطع کند. k تصویر (سایه) نقطه‌ی انتهایی سایبان افقی روی نماست آنرا به وصل می‌کنیم. و از سمت دیگر از k خطی افقی تا لبه انتهایی پنجره می‌کشیم این خطوط مرز سایه و آفتاب است.

زاویه سمت​

زاویه ارتفاع

1 بعد از ظهر آذر​

163 درجه غربی​

33 درجه

9 صبح مرداد ماه​

100 درجه شرقی​

48 درجه​

طول سایبان عمودی مورد نیاز را بدست آورید.
طول مناسب سایبان افقی را بدست آورید تا تمام ارتفاع پنجره در این ساعت سایه باشد.




مسئله: پنجره‌ای به ابعاد 3/0×1×2 و دارای یک سایبان افقی به طول 6/0 متر در نمای جنوبی ساختمانی مفروض است. در ساعت 10 صبح تیر ماه لکه سایه و آفتاب وارد بر پنجره را ترسیم کنید.

 

[fariba.sh70]

قدم اول: ترسیم دقیق پنجره
2- یافتن زوایای سمت، ارتفاع با استفاده از دیاگرام مسیر حرکت خورشید

دایره زاویه را روی مرکز پنجره قرار می‌دهیم و جهت تابش خورشید را مشخص می‌کنیم. منطقه A را می‌گذاریم. بعد نورای آن از نقطه A می‌کشیم و بعد هر کجا شیشه قطع کرد را در نما امتداد داده و سایه مشخص می‌شود.​

یک خط افقی فرضی می‌کشیم و از روی خط افق 60٪ را فرض می‌گیریم (زاویه تابش) بعد نقطه بالایی لبه پنجره نقطه B و موازی زاویه تابش رسم می‌کنیم و آن را روی نما امتداد می‌دهیم.​

× اقلیم و انسان
لزوم تبادل حرارتی مناسب میان انسان و محیط بدن انسان باید بتواند گرمای خود را به محیط پس بدهد.
عوامل مؤثر در ارتباط با انسان و محیط
1. دما
2. رطوبت هوا
3. تابش
4. جریان هوا
محدوده‌ای از دما و رطوبت است که اکثر انسانها در آن محیط احساس آرامش دارند، به آن محدوده‌ی آسایش می‌گویند.
وابسته به محیط زندگی است.
مکان جغرافیایی، سن افراد، جنسیت، نوع پوشش؛ این عوامل مؤثر بر محدوده‌ی آسایشند. دمای بین 18-23 درجه را محدوده‌ی آسایش می‌گویند.
تأثیر دمای هوا بر ایجاد آسایش
مهمترین عامل مؤثر بر آسایش شکل و میزان تبادل حرارتی بدن انسان و محیط است.

نوع تبادل​

میزان تبادل​

نحوه‌ی تبادل​

همرفت​

40٪​

در اثر اختلاف دمای بدن و هوای پیرامون​

تبخیر​

20٪​

در اثر تعریق و بخار شدن آن در سطح پوست​

تابش​

40٪​

در اثر تابش امواج الکترومغناطیس​

رسانش​

بسیار کم​

بر اثر تماس مستقیم​

تأثیر دما بر بدن انسان
عوارض گوناگون ایجاد شده در اعنسان در اثر تغییرات دمای درونی بدن

درجه حرارت درونی بدن​

عوارض ایجاد شده​

گرما​

43 درجه به بالا​

بروز ناراحتی مغزی​

40 درجه​

احساس سرگیجه و بیهوشی​

39-37 درجه​

تعریق​

37 درجه​

حالت طبیعی​

سرما​

37-34 درجه​

احساس سرما- لرزش- نیاز به پوشش​

29​

از دست دادن قدرت تکلم​

25​

سفت شدن عضلات​

15​

حداقل دمای درونی که در آن امکان زندگی وجود دارد​

× تأثیر رطوبت هوا بر ایجاد آسایش
رطوبت هوا به طور مستقیم بر بدن انسان تأثیر نمی‌گذارد ولی ظرفیت تبخیر و در نتیجه میزان خنک شدن بدن از طریق تعریق و میزان تبخیر آن را تعیین می‌کند.
در دمای کمتر از 25 درجه میزان رطوبت هوا تقریباً تأثیری بر بدن انسان ندارد و رطوبت نسبی 30 تا 85٪ تقریباً احساس نمی‌شود. در این وضعیت تنها وقتی هوا به مرحله‌ی اشباع برسد رطوبت زیاد آن احساس می‌شود.
در دمای بیش از 25 درجه تأثیر رطوبت هوا بر انسان به مرور افزایش می‌یابد.
عامل دیگری که در میزان تأثیر رطوبت هوا بر بدن اثر می‌گذارد جریان هوا و یا باد است. در یک درجه حرارت ثابت افزایش سرعت باد موجب افزایش میزان مجاز و قابل قبول رطوبت نسبی هوا می‌شود.

× جداول قابل بررسی
- جدول زیست اقلیمی ساختمانی (گیونا)
- جدول زیست اقلیمی (بیوکلیماتیک)

جدول زیست اقلیمی
بیان وضعیت نقاط مختلف دما و رطوبت براساس شرایط آسایش

کارکرد این جدول
1. بیان وضعیت هر نقطه از دما و رطوبت براساس آسایش
2. ارائه راهکارهای اقلیمی و عملی برای بهبود وضعیت آسایش در هر نقطه از دما و آسایش

جدول زیست اقلیمی ساختمان
کارکردها
- فاکتور فیزیکی برای دما و رطوبت
1. دمای خشک (فاکتور دما)
2. دمای مرطوب (فاکتور دما)
3. رطوبت نسبی (٪) (فاکتور رطوبت)
4. فشار بخار (mmHg) (فاکتور رطوبت)

 

[fariba.sh70]

× اصول فیزیکی انتقال حرارتی در ساختمان
- ضریب هدایت حرارتی: مقدار حرارتی که در یک ثانیه از یک مترمربع عنصری همگن به ضخامت یک متر عبور می‌کند و اختلافی برابر یک درجه کلوین بین دمای دو سطح طرفین عنصر ایجاد می‌کند (قابلیت اجسام در انتقال گرما) (واحد
- مقاومت حرارتی (R): قابلیت عایق بودن حرارتی یک یا چند لایه از پوسته‌ی ساختمان را مشخص می‌کند. (واحد )
تعریف فیزیکی: نسبت ضخامت لایه به ضریب هدایت حرارتی آن.
- عایق حرارتی: مصالحی است که به طور مؤثر میزان انتقال حرارت را کاهش دهد

​

​

- ظرفیت حرارتی (اینرسی): قابلیت نگهداری حرارت در مواد و مصالح (تعریف فیزیکی: میزان گرمایی که دمای جسمی به حجم یک مترمکعب را به اندازه‌ی یک درجه سانتیگراد افزایش دهد).
رابطه بین ضریب هدایتی و مقاومت حرارتی
رابطه معکوس دارند.
محاسبه مقاومت حرارتی جسم همگن

​

​

مثال: دیواری متشکل از آجر با ضخامت 20 سانتیمتر مفروض است. اگر ضریب هدایت حرارتی آجر باشد مقاومت حرارتی این دیوار را بدست آورید.

​

​

× محاسبه مقاومت حرارتی عناصر غیرهمگن

کل دیوار​

​

​

​

ضریب هدایت حرارتی دیوار مرکب​

​

مقاومت لایه هوای داخلی 11/0
مقاومت لایه هوای خارجی 06/0
مقاومت لایه‌های هوای داخلی و خارجی
مثال: دیواری با لایه‌های زیر مفروض است. میزان مقاومت حرارتی کل این دیوار را بدست آورید.
سنگ نما 02/0،
آجر 2/0،
نازک‌کاری 02/0،

​

​

​

​

× محاسبه میزان گرمای عبور یافته از دیوار یا میزان اتلاف حرارت

​

​

گرمای عبور داده شده
مساحت دیوار
ضریب هدایت حرارتی دیوار
اختلاف دمای دو طرف دیوار
مثال: در دیوار مسأله قبل اگر مساحت دیوار 20 و اختلاف دمای دو طرف دیوار 10 باشد، میزان گرمای تلف شده از این دیوار را بدست آورید.

​

​

​

​

مثال: دیواری با لایه‌های زیر مفروض است:

مصالح​

ضخامت (d)​

ضریب هدایت حرارتی ​

نازک‌کاری​

03/0​

7/0​

آجر توپر​

2/0​

1/1​

عایق حرارتی​

02/0​

04/0​

روکار تخته ماله (نما)​

03/0​

5/1​

الف) مقاومت حرارتی کل دیوار را بدست آورید.

​

​

ب) اگر مساحت دیوار 50 و اختلاف درجه حرارت داخل و خارج آن 10 باشد، میزان حرارت عبور یافته از آنرا بدست آورید.

​

​

​

​

برای دیوار سنگین طبق جدول مجاز​

​

موجود​

​

موجود​

​

پ) میزان عایق حرارتی مورد نیاز برای این دیوار را بدست آورید.

لایه 5 : ​

​

​

​

023/0 به لایه عایق ضافه شود.

حداقل موارد مورد نیاز (مقاومت حرارتی مجاز R) برای جداره‌های ساختمانی

​

سبک​

5/1​

دیوار​

سنگین​

1​

مجاور فضای کنترل نشده​

8/0​

سقف​

سبک​

7/2​

سنگین​

2/2​

مجاوز فضای کنترل نشده​

7/1​

کف​

سبک​

6/1​

سنگین​

3/1​

مجاوز فضای کنترل نشده​

0/1​

 

[fariba.sh70]

میزان ضخامت عایق حرارتی مناسب برای دیواری با مشخصت زیر را بدست آورید. در صورتی که از عایق حرارتی با استفاده شود.

مصالح

​

​

گچ و گچ خاک

02/0​

5/0​

بتن

15/0​

52/0​

ملات سیمان

02/0​

33/0​

سنگ

02/0​

6/1​

روش تجویزی: برای محاسبه‌ی عایق‌کاری حرارتی ساختمان.

عایق‌کاری حرارتی
1. عایق‌های حرارتی
2. روش‌های عایق‌کاری

انواع عایق‌های حرارتی براساس منشأ
- معدنی (پشم شیشه، پشم سنگ)
- پلیمری (پلی استایرن «یونولیت»، پلی پورتان، انواع فوم‌ها)

انواع‌ها عایق‌ها براساس شکل
- تخته‌ای
- پتویی (رول‌ها)
- پاشیدنی

ویژگی‌های لازم در عایق‌های حرارتی
1- مقاومت حرارتی بالا
2- ضخامت کمتر
3- ایمنی در برابر آتش‌سوزی
4- مقاومت در برابر رطوبت
5- مقاومت در برابر عبور صدا
6- استحکام
7- چگالی و وزن کمتر
8- هزینه کمتر و مناسب
9- عمر مفید بیشتر
10- عدم ایجاد حساسیت
11- انعطاف‌پذیری (کمک به عایق‌بندی بهتر)
ویژگی‌های عایق‌های معدنی
1. مقاومت کم در برابر رطوبت
2. مقاومت مناسب در برابر آتش
3. ایجاد حساسیت
4. انعطاف‌پذیری بالا

ویژگی‌های عایق پلیمری
1. مقاومت بالاتر حرارتی در مقایسه با عایق‌های معدنی
2. عدم ایجاد حساسیت
3. مقاومت در برابر رطوبت
4. مقاومت پایین در برابر آتش
6. استحکام بالا در مقایسه با عایق‌های معدنی

انواع روش‌های عایق‌کاری
Ÿ عایقکاری حرارتی از داخل: سادگی اجرا- استفاده در فضایی با کاربر منقطع- کاهش اینرسی حرارتی در پوسته ساختمان- وجود پل‌های حرارتی در قسمت جدار دیوارها
Ÿ عایقکاری حرارتی از خارج: اجرای مشکل‌تر- اینرسی حرارتی بیشتر- کاهش پل‌های حرارتی- سرمایش و گرمایش سخت‌تر و محاسبات تأسیساتی پیچیده.
Ÿ عایقکاری حرارتی همگن: استفاده از مصالح با مقاومت حرارتی بالا در جداره‌های ساختمانی مانند بلوک‌های بتن سبک، لیکا و ...