Radiazione solare e bilancio termico. Impatto della radiazione solare sull'uomo

Fonti di calore. L'energia termica ha un'importanza decisiva nella vita dell'atmosfera. La principale fonte di questa energia è il Sole. Per quanto riguarda la radiazione termica della Luna, dei pianeti e delle stelle, per la Terra è così insignificante che praticamente non può essere presa in considerazione. Una quantità significativamente maggiore di energia termica è fornita dal calore interno della Terra. Secondo i calcoli dei geofisici, il flusso costante di calore dall'interno della Terra aumenta la temperatura della superficie terrestre di 0°,1. Ma un tale afflusso di calore è ancora così piccolo che non è necessario tenerne conto. Pertanto, l'unica fonte di energia termica sulla superficie della Terra può essere considerata solo il Sole.

Radiazione solare. Il sole, che ha una temperatura della fotosfera (superficie radiante) di circa 6000°, irradia energia nello spazio in tutte le direzioni. Parte di questa energia, sotto forma di un enorme fascio di raggi solari paralleli, colpisce la Terra. Viene chiamata l'energia solare che raggiunge la superficie della Terra sotto forma di raggi diretti dal Sole radiazione solare diretta. Ma non tutta la radiazione solare diretta verso la Terra raggiunge la superficie terrestre, poiché i raggi del sole, passando attraverso uno spesso strato di atmosfera, vengono parzialmente assorbiti da esso, parzialmente dispersi da molecole e particelle d'aria sospese, e alcuni vengono riflessi dalle nuvole. Si chiama quella parte dell'energia solare che viene dissipata nell'atmosfera radiazione diffusa. La radiazione solare diffusa viaggia attraverso l'atmosfera e raggiunge la superficie terrestre. Percepiamo questo tipo di radiazione come luce diurna uniforme, quando il Sole è completamente coperto dalle nuvole o è appena scomparso sotto l'orizzonte.

La radiazione solare diretta e diffusa, avendo raggiunto la superficie terrestre, non viene da essa completamente assorbita. Una parte della radiazione solare viene riflessa dalla superficie terrestre nell'atmosfera e lì si ritrova sotto forma di un flusso di raggi, il cosiddetto radiazione solare riflessa.

La composizione della radiazione solare è molto complessa, ed è associata alla temperatura molto elevata della superficie radiante del Sole. Convenzionalmente, in base alla lunghezza d'onda, lo spettro della radiazione solare è diviso in tre parti: ultravioletto (η<0,4<μ видимую глазом (η da 0,4μ a 0,76μ) e la parte infrarossa (η >0,76μ). Oltre alla temperatura della fotosfera solare, la composizione della radiazione solare sulla superficie terrestre è influenzata anche dall'assorbimento e dalla diffusione di parte dei raggi solari che attraversano il guscio d'aria della Terra. A questo proposito, la composizione della radiazione solare al confine superiore dell’atmosfera e sulla superficie della Terra sarà diversa. Sulla base di calcoli e osservazioni teorici, è stato stabilito che al confine dell'atmosfera la radiazione ultravioletta rappresenta il 5%, i raggi visibili il 52% e gli infrarossi il 43%. Sulla superficie terrestre (a un'altitudine solare di 40°), i raggi ultravioletti rappresentano solo l'1%, i raggi visibili il 40% e i raggi infrarossi il 59%.

Intensità della radiazione solare. L'intensità della radiazione solare diretta è intesa come la quantità di calore ricevuta in calorie al minuto. dall'energia radiante della superficie del Sole in 1 cm2, situato perpendicolarmente ai raggi del sole.

Per misurare l'intensità della radiazione solare diretta vengono utilizzati strumenti speciali: attinometri e pireliometri; La quantità di radiazione diffusa è determinata da un piranometro. La registrazione automatica della durata della radiazione solare viene effettuata mediante attinografi ed eliografi. L'intensità spettrale della radiazione solare è determinata da uno spettrobolografo.

Al confine dell'atmosfera, dove sono esclusi gli effetti di assorbimento e diffusione del guscio d'aria terrestre, l'intensità della radiazione solare diretta è di circa 2 feci entro 1 cm2 superfici in 1 min. Questa quantità si chiama costante solare. Intensità della radiazione solare in 2 feci entro 1 cm2 tra 1 minuto fornisce una quantità di calore così grande durante l’anno che basterebbe a sciogliere uno strato di ghiaccio 35 M di spessore se un tale strato coprisse l'intera superficie terrestre.

Numerose misurazioni dell'intensità della radiazione solare danno motivo di ritenere che la quantità di energia solare che arriva al limite superiore dell'atmosfera terrestre oscilli di diversi punti percentuali. Le oscillazioni sono periodiche e non periodiche, apparentemente associate a processi che si verificano sul Sole stesso.

Inoltre, durante l'anno si verificano alcuni cambiamenti nell'intensità della radiazione solare a causa del fatto che la Terra, nella sua rotazione annuale, si muove non in un cerchio, ma in un'ellisse, in uno dei fuochi di cui si trova il Sole . A questo proposito, cambia la distanza dalla Terra al Sole e, di conseguenza, varia l'intensità della radiazione solare. L'intensità maggiore si osserva intorno al 3 gennaio, quando la Terra è più vicina al Sole, e la più bassa intorno al 5 luglio, quando la Terra è alla massima distanza dal Sole.

Per questo motivo le fluttuazioni dell’intensità della radiazione solare sono molto piccole e possono avere solo un interesse teorico. (La quantità di energia alla distanza massima è correlata alla quantità di energia alla distanza minima come 100:107, cioè la differenza è completamente trascurabile.)

Condizioni di irradiazione della superficie del globo. La sola forma sferica della Terra porta al fatto che l'energia radiante del Sole è distribuita in modo molto irregolare sulla superficie terrestre. Quindi, nei giorni dell'equinozio di primavera e autunno (21 marzo e 23 settembre), solo all'equatore a mezzogiorno l'angolo di incidenza dei raggi sarà di 90° (Fig. 30), e avvicinandosi ai poli si diminuire da 90 a 0°. Così,

se all'equatore la quantità di radiazione ricevuta è considerata pari a 1, al 60° parallelo sarà espressa come 0,5 e al polo sarà pari a 0.

Il globo, inoltre, ha un movimento giornaliero e annuale, e l'asse terrestre è inclinato di 66°,5 rispetto al piano orbitale. A causa di questa inclinazione, tra il piano equatoriale e il piano orbitale si forma un angolo di 23°30, circostanza che fa sì che gli angoli di incidenza dei raggi solari per le stesse latitudini varieranno entro 47° (23,5 + 23,5 ).

A seconda del periodo dell'anno, cambia non solo l'angolo di incidenza dei raggi, ma anche la durata dell'illuminazione. Se nei paesi tropicali la durata del giorno e della notte è approssimativamente la stessa in ogni periodo dell'anno, nei paesi polari, al contrario, è molto diversa. Quindi, ad esempio, a 70° N. w. in estate il Sole non tramonta per 65 giorni a 80° N. S. - 134, e al polo -186. Per questo motivo, la radiazione al Polo Nord nel giorno del solstizio d'estate (22 giugno) è maggiore del 36% rispetto all'equatore. Per quanto riguarda l'intera metà estiva dell'anno, la quantità totale di calore e luce ricevuta dal polo è solo il 17% in meno rispetto all'equatore. Così, in estate, nei paesi polari, la durata dell'illuminazione compensa largamente la mancanza di radiazione, conseguenza del piccolo angolo di incidenza dei raggi. Nella metà invernale dell'anno, il quadro è completamente diverso: la quantità di radiazione allo stesso Polo Nord sarà pari a 0. Di conseguenza, nel corso dell'anno la quantità media di radiazione al polo è 2,4 inferiore a quella al Polo Nord. equatore. Da tutto quanto detto ne consegue che la quantità di energia solare che la Terra riceve attraverso l'irraggiamento è determinata dall'angolo di incidenza dei raggi e dalla durata dell'irraggiamento.

In assenza di atmosfera a diverse latitudini, la superficie terrestre riceverebbe la seguente quantità di calore al giorno, espressa in calorie per 1 cm2(vedi tabella a pag. 92).

Di solito viene chiamata la distribuzione della radiazione sulla superficie terrestre riportata nella tabella clima solare. Ripetiamo che abbiamo una tale distribuzione della radiazione solo al limite superiore dell'atmosfera.

Indebolimento della radiazione solare nell'atmosfera. Finora abbiamo parlato delle condizioni di distribuzione del calore solare sulla superficie terrestre, senza tener conto dell'atmosfera. Nel frattempo, l'atmosfera in questo caso è di grande importanza. La radiazione solare, attraversando l'atmosfera, subisce dispersione e, inoltre, assorbimento. Entrambi questi processi insieme attenuano la radiazione solare in misura significativa.

I raggi del sole, attraversando l'atmosfera, sperimentano prima la dispersione (diffusione). La diffusione è creata dal fatto che i raggi luminosi, rifratti e riflessi dalle molecole dell'aria e dalle particelle di corpi solidi e liquidi presenti nell'aria, deviano dal percorso rettilineo A davvero "dissipare".

La diffusione attenua notevolmente la radiazione solare. Con l'aumento della quantità di vapore acqueo e soprattutto di particelle di polvere, la dispersione aumenta e la radiazione si indebolisce. Nelle grandi città e nelle aree desertiche, dove il contenuto di polvere nell'aria è maggiore, la dispersione indebolisce l'intensità della radiazione del 30-45%. Grazie alla diffusione si ottiene una luce diurna che illumina gli oggetti, anche se i raggi del sole non cadono direttamente su di essi. La dispersione determina anche il colore del cielo.

Soffermiamoci ora sulla capacità dell'atmosfera di assorbire l'energia radiante del Sole. I principali gas che compongono l'atmosfera assorbono relativamente poca energia radiante. Le impurità (vapore acqueo, ozono, anidride carbonica e polvere), al contrario, hanno un'elevata capacità di assorbimento.

Nella troposfera, l'impurità più significativa è il vapore acqueo. Assorbono in modo particolarmente forte gli infrarossi (lunghezza d'onda lunga), cioè prevalentemente i raggi termici. E maggiore è la quantità di vapore acqueo nell'atmosfera, maggiore è naturalmente la quantità di vapore acqueo presente nell'atmosfera. assorbimento. La quantità di vapore acqueo nell’atmosfera è soggetta a grandi cambiamenti. In condizioni naturali varia dallo 0,01 al 4% (in volume).

L’ozono ha una capacità di assorbimento molto elevata. Una significativa quantità di ozono, come già accennato, si trova negli strati inferiori della stratosfera (sopra la tropopausa). L'ozono assorbe quasi completamente i raggi ultravioletti (onde corte).

Anche l’anidride carbonica ha un’elevata capacità di assorbimento. Assorbe principalmente i raggi a onde lunghe, cioè prevalentemente termici.

La polvere nell'aria assorbe anche parte della radiazione solare. Se riscaldato dai raggi del sole, può aumentare significativamente la temperatura dell'aria.

Della quantità totale di energia solare che arriva sulla Terra, l’atmosfera ne assorbe solo il 15% circa.

L'attenuazione della radiazione solare per diffusione e assorbimento da parte dell'atmosfera è molto diversa a seconda delle diverse latitudini della Terra. Questa differenza dipende principalmente dall'angolo di incidenza dei raggi. Nella posizione zenit del Sole, i raggi, cadendo verticalmente, attraversano l'atmosfera lungo il percorso più breve. Al diminuire dell'angolo di incidenza, il percorso dei raggi si allunga e l'attenuazione della radiazione solare diventa più significativa. Quest'ultimo è chiaramente visibile dal disegno (Fig. 31) e dalla tabella allegata (nella tabella il percorso dei raggi solari nella posizione zenitale del Sole è preso come uno).

A seconda dell'angolo di incidenza dei raggi, non cambia solo il numero dei raggi, ma anche la loro qualità. Durante il periodo in cui il Sole è allo zenit (sopra la testa), i raggi ultravioletti rappresentano il 4%,

visibile - 44% e infrarossi - 52%. Quando il Sole è posizionato vicino all'orizzonte, non ci sono raggi ultravioletti, visibili per il 28% e infrarossi per il 72%.

La complessità dell'influenza dell'atmosfera sulla radiazione solare è ulteriormente aggravata dal fatto che la sua capacità di trasmissione varia notevolmente a seconda del periodo dell'anno e delle condizioni meteorologiche. Quindi, se il cielo rimanesse sempre senza nuvole, allora l'andamento annuale dell'afflusso della radiazione solare a varie latitudini potrebbe essere espresso graficamente come segue (Fig. 32): il disegno mostra chiaramente che con un cielo senza nuvole a Mosca a maggio, Nei mesi di giugno e luglio il calore ricevuto sarebbe maggiore dalla radiazione solare che all'equatore. Allo stesso modo, nella seconda metà di maggio, giugno e nella prima metà di luglio, al Polo Nord si riceverebbe più calore che all’equatore e a Mosca. Ripetiamo che questo sarebbe il caso con un cielo senza nuvole. Ma in realtà questo non funziona, perché la nuvolosità indebolisce notevolmente la radiazione solare. Diamo un esempio mostrato nel grafico (Fig. 33). Il grafico mostra quanta radiazione solare non raggiunge la superficie terrestre: una parte significativa di essa viene ritardata dall'atmosfera e dalle nuvole.

C'è però da dire che il calore assorbito dalle nubi in parte va a riscaldare l'atmosfera, ed in parte raggiunge indirettamente la superficie terrestre.

Variazioni giornaliere e annuali dell'intensità solareradiazione luminosa. L'intensità della radiazione solare diretta sulla superficie terrestre dipende dall'altezza del Sole sopra l'orizzonte e dallo stato dell'atmosfera (la sua polverosità). Se. Se la trasparenza dell'atmosfera fosse costante durante tutta la giornata, allora l'intensità massima della radiazione solare si osserverebbe a mezzogiorno, e la minima all'alba e al tramonto. In questo caso il grafico dell'intensità giornaliera della radiazione solare sarebbe simmetrico rispetto alla mezza giornata.

Il contenuto di polvere, vapore acqueo e altre impurità nell'atmosfera cambia costantemente. A questo proposito, la trasparenza dell'aria cambia e la simmetria del grafico dell'intensità della radiazione solare viene perturbata. Spesso, soprattutto in estate, a mezzogiorno, quando la superficie terrestre è fortemente riscaldata, si formano potenti correnti d'aria ascendenti e aumenta la quantità di vapore acqueo e polvere nell'atmosfera. Ciò si traduce in una significativa riduzione della radiazione solare a mezzogiorno; L'intensità massima della radiazione in questo caso si osserva nelle ore pre-mezzogiorno o pomeridiane. La variazione annuale dell'intensità della radiazione solare è anche associata ai cambiamenti dell'altezza del Sole sopra l'orizzonte nel corso dell'anno e allo stato di trasparenza dell'atmosfera nelle diverse stagioni. Nei paesi dell'emisfero settentrionale, l'altezza massima del Sole sopra l'orizzonte si verifica nel mese di giugno. Ma allo stesso tempo si osserva la massima polverosità dell'atmosfera. Pertanto, l'intensità massima di solito non si verifica in piena estate, ma nei mesi primaverili, quando il Sole sorge piuttosto alto* sopra l'orizzonte e l'atmosfera dopo l'inverno rimane relativamente limpida. Per illustrare la variazione annuale dell’intensità della radiazione solare nell’emisfero settentrionale, presentiamo i dati sui valori medi mensili dell’intensità della radiazione solare a Pavlovsk.

La quantità di calore derivante dalla radiazione solare. Durante il giorno, la superficie terrestre riceve continuamente calore dalla radiazione solare diretta e diffusa o solo dalla radiazione diffusa (in tempo nuvoloso). La quantità giornaliera di calore viene determinata sulla base di osservazioni attinometriche: tenendo conto della quantità di radiazione diretta e diffusa ricevuta sulla superficie terrestre. Dopo aver determinato la quantità di calore per ogni giorno, viene calcolata la quantità di calore ricevuta dalla superficie terrestre per mese o per anno.

La quantità giornaliera di calore ricevuto dalla superficie terrestre dalla radiazione solare dipende dall'intensità della radiazione e dalla durata della sua azione durante il giorno. A questo proposito, l'afflusso di calore minimo si verifica in inverno e il massimo in estate. Nella distribuzione geografica della radiazione totale attorno al globo, il suo aumento si osserva al diminuire della latitudine. Questa posizione è confermata dalla tabella seguente.

Il ruolo della radiazione diretta e diffusa nella quantità annuale di calore ricevuta dalla superficie terrestre alle diverse latitudini del globo è diverso. Alle alte latitudini, la quantità annua di calore è dominata dalla radiazione diffusa. Con la diminuzione della latitudine, la radiazione solare diretta diventa dominante. Ad esempio, nella Baia di Tikhaya, la radiazione solare diffusa fornisce il 70% della quantità annua di calore e la radiazione diretta solo il 30%. A Tashkent, al contrario, la radiazione solare diretta fornisce il 70%, quella diffusa solo il 30%.

Riflettività della Terra. Albedo. Come già accennato, la superficie terrestre assorbe solo una parte dell'energia solare che la raggiunge sotto forma di radiazione diretta e diffusa. L'altra parte si riflette nell'atmosfera. Il rapporto tra la quantità di radiazione solare riflessa da una data superficie e la quantità di flusso di energia radiante incidente su tale superficie è chiamato albedo. L'albedo è espresso in percentuale e caratterizza la riflettività di una determinata superficie.

L'albedo dipende dalla natura della superficie (proprietà del suolo, presenza di neve, vegetazione, acqua, ecc.) e dall'angolo di incidenza dei raggi solari sulla superficie terrestre. Quindi, ad esempio, se i raggi cadono sulla superficie terrestre con un angolo di 45°, allora:

Dagli esempi precedenti è chiaro che la riflettività di oggetti diversi non è la stessa. È maggiore vicino alla neve e meno vicino all'acqua. Tuttavia, gli esempi che abbiamo preso si riferiscono solo ai casi in cui l'altezza del Sole sopra l'orizzonte è di 45°. Quando questo angolo diminuisce, la riflettività aumenta. Quindi, ad esempio, ad un'altitudine solare di 90°, l'acqua riflette solo il 2%, a 50° - 4%, a 20° - 12%, a 5° - 35-70% (a seconda delle condizioni della superficie dell'acqua ).

In media, con un cielo senza nuvole, la superficie del globo riflette l'8% della radiazione solare. Inoltre, il 9% è riflesso dall'atmosfera. Pertanto, il globo nel suo insieme, con un cielo senza nuvole, riflette il 17% dell'energia radiante del Sole che cade su di esso. Se il cielo è coperto di nuvole, il 78% della radiazione viene riflessa da esse. Se prendiamo le condizioni naturali, basate sul rapporto tra un cielo senza nuvole e un cielo coperto di nuvole, osservato nella realtà, la riflettività della Terra nel suo insieme è pari al 43%.

Radiazione terrestre e atmosferica. La Terra, ricevendo energia solare, si riscalda e diventa essa stessa una fonte di radiazione termica nello spazio. Tuttavia, i raggi emessi dalla superficie terrestre sono molto diversi dai raggi del sole. La terra emette solo raggi infrarossi (termici) invisibili a onda lunga (λ 8-14 μ). Si chiama l'energia emessa dalla superficie terrestre radiazione terrestre. La radiazione dalla Terra avviene... giorno e notte. Maggiore è la temperatura del corpo emittente, maggiore è l'intensità della radiazione. La radiazione terrestre è determinata nelle stesse unità della radiazione solare, cioè in calorie da 1 cm2 superfici in 1 min. Le osservazioni hanno dimostrato che la quantità di radiazione terrestre è piccola. Solitamente raggiunge i 15-18 centesimi di caloria. Ma, agendo ininterrottamente, può dare un notevole effetto termico.

La radiazione terrestre più forte si ottiene con un cielo senza nuvole e una buona trasparenza dell'atmosfera. La copertura nuvolosa (soprattutto quelle basse) riduce notevolmente la radiazione terrestre e spesso la porta a zero. Qui possiamo dire che l’atmosfera, insieme alle nuvole, costituisce una buona “coperta” che protegge la Terra dall’eccessivo raffreddamento. Parti dell'atmosfera, come aree della superficie terrestre, emettono energia in base alla loro temperatura. Questa energia si chiama radiazione atmosferica. L'intensità della radiazione atmosferica dipende dalla temperatura della parte radiante dell'atmosfera, nonché dalla quantità di vapore acqueo e anidride carbonica contenuta nell'aria. La radiazione atmosferica appartiene al gruppo delle onde lunghe. Si diffonde nell'atmosfera in tutte le direzioni; una certa quantità raggiunge la superficie terrestre e viene da essa assorbita, l'altra parte va nello spazio interplanetario.

DI l’arrivo e il consumo dell’energia solare sulla Terra. La superficie terrestre, da un lato, riceve energia solare sotto forma di radiazione diretta e diffusa e, dall'altro, perde parte di questa energia sotto forma di radiazione terrestre. In seguito all'arrivo e al consumo dell'energia solare si ottiene qualche risultato, che in alcuni casi può essere positivo, in altri negativo. Facciamo degli esempi di entrambi.

8 gennaio. La giornata è senza nuvole. Il 1 cm2 superficie terrestre ricevuta in 20 giorni feci radiazione solare diretta e 12 feci radiazione diffusa; in totale, questo dà 32 cal. Nello stesso tempo, a causa delle radiazioni 1 cm? la superficie terrestre ha perso 202 cal. Di conseguenza, nel linguaggio contabile, il bilancio presenta una perdita di 170 feci(saldo negativo).

6 luglio. Il cielo è quasi senza nuvole. 630 ricevuti dalla radiazione solare diretta feci, dalla radiazione diffusa 46 cal. In totale, quindi, la superficie terrestre ha ricevuto 1 cm2 676 cal. 173 persi a causa delle radiazioni terrestri cal. Il bilancio mostra un utile di 503 feci(il saldo è positivo).

Dagli esempi forniti, tra l'altro, è del tutto chiaro perché le latitudini temperate sono fredde d'inverno e calde d'estate.

Utilizzo della radiazione solare per scopi tecnici e domestici. La radiazione solare è una fonte naturale inesauribile di energia. La quantità di energia solare sulla Terra può essere giudicata con questo esempio: se, ad esempio, utilizziamo il calore della radiazione solare che cade solo su 1/10 dell'area dell'URSS, allora possiamo ottenere energia pari al lavoro di 30mila centrali idroelettriche del Dnepr.

Da tempo le persone cercano di utilizzare l’energia gratuita della radiazione solare per i propri bisogni. Ad oggi sono stati realizzati numerosi impianti solari che funzionano sfruttando la radiazione solare e sono ampiamente utilizzati nell'industria e per soddisfare il fabbisogno domestico della popolazione. Nelle regioni meridionali dell'URSS, scaldacqua solari, caldaie, impianti di dissalazione dell'acqua salata, essiccatori solari (per essiccare la frutta), cucine, stabilimenti balneari, serre e dispositivi per scopi medicinali funzionano sulla base dell'uso diffuso della radiazione solare in industria e servizi pubblici. La radiazione solare è ampiamente utilizzata nelle località turistiche per curare e migliorare la salute delle persone.

1. Cos'è la radiazione solare? In quali unità si misura? Da cosa dipende la sua dimensione?

La quantità totale di energia radiante inviata dal Sole è chiamata radiazione solare, solitamente espressa in calorie o joule per centimetro quadrato al minuto. La radiazione solare è distribuita in modo non uniforme sulla terra. Dipende:

Dalla densità e dall'umidità dell'aria: più sono alte, meno radiazioni riceve la superficie terrestre;

A seconda della latitudine geografica dell'area, la quantità di radiazione aumenta dai poli all'equatore. La quantità di radiazione solare diretta dipende dalla lunghezza del percorso che i raggi solari percorrono attraverso l'atmosfera. Quando il Sole è allo zenit (l'angolo di incidenza dei raggi è di 90°), i suoi raggi colpiscono la Terra per il percorso più breve e cedono intensamente la loro energia su una piccola area;

Dal movimento annuale e quotidiano della Terra - alle medie e alte latitudini, l'afflusso della radiazione solare varia notevolmente a seconda delle stagioni, che è associato ai cambiamenti dell'altitudine mezzogiorno del Sole e della durata della giornata;

La natura della superficie terrestre: più chiara è la superficie, più luce solare riflette.

2. In quali tipi di radiazione solare si suddividono?

Esistono i seguenti tipi di radiazione solare: la radiazione che raggiunge la superficie terrestre è costituita da diretta e diffusa. La radiazione che arriva sulla Terra direttamente dal Sole sotto forma di luce solare diretta sotto un cielo senza nuvole è detta diretta. Trasporta la maggior quantità di calore e luce. Se il nostro pianeta non avesse atmosfera, la superficie terrestre riceverebbe solo radiazioni dirette. Tuttavia, attraversando l'atmosfera, circa un quarto della radiazione solare viene dispersa da molecole di gas e impurità e devia dal percorso diretto. Alcuni di essi raggiungono la superficie terrestre formando radiazione solare diffusa. Grazie alla radiazione diffusa, la luce penetra in luoghi dove la luce solare diretta (radiazione diretta) non penetra. Questa radiazione crea la luce del giorno e dà colore al cielo.

3. Perché l'apporto di radiazione solare cambia a seconda delle stagioni?

La Russia, per la maggior parte, si trova a latitudini temperate, comprese tra i tropici e il Circolo Polare Artico; a queste latitudini il Sole sorge e tramonta ogni giorno, ma non è mai allo zenit. A causa del fatto che l'angolo di inclinazione della Terra non cambia durante la sua rivoluzione attorno al Sole, nelle diverse stagioni la quantità di calore in arrivo alle latitudini temperate è diversa e dipende dall'angolo del Sole sopra l'orizzonte. Pertanto, a una latitudine di 450 max, l'angolo di incidenza dei raggi solari (22 giugno) è di circa 680, e min (22 dicembre) è di circa 220. Più basso è l'angolo di incidenza dei raggi solari, minore è il loro calore portare, quindi, ci sono differenze stagionali significative nella radiazione solare ricevuta nelle diverse stagioni dell'anno: inverno, primavera, estate, autunno.

4. Perché è necessario conoscere l'altezza del Sole sopra l'orizzonte?

L'altezza del Sole sopra l'orizzonte determina la quantità di calore che arriva alla Terra, quindi esiste una relazione diretta tra l'angolo di incidenza dei raggi solari e la quantità di radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre. Dall'equatore ai poli, in generale, si verifica una diminuzione dell'angolo di incidenza dei raggi solari e, di conseguenza, dall'equatore ai poli diminuisce la quantità di radiazione solare. Pertanto, conoscendo l'altezza del Sole sopra l'orizzonte, puoi scoprire la quantità di calore che arriva alla superficie terrestre.

5. Scegli la risposta corretta. La quantità totale di radiazione che raggiunge la superficie terrestre è chiamata: a) radiazione assorbita; b) radiazione solare totale; c) radiazione diffusa.

6. Scegli la risposta corretta. Quando ci si sposta verso l'equatore, la quantità di radiazione solare totale: a) aumenta; b) diminuisce; c) non cambia.

7. Scegli la risposta corretta. Il tasso più elevato di radiazione riflessa è: a) neve; b) chernozem; c) sabbia; d) acqua.

8. Pensi che sia possibile abbronzarsi in una nuvolosa giornata estiva?

La radiazione solare totale è composta da due componenti: diffusa e diretta. Allo stesso tempo, i raggi del sole, indipendentemente dalla loro natura, trasportano la radiazione ultravioletta, che influisce sull'abbronzatura.

9. Utilizzando la mappa nella Figura 36, determinare la radiazione solare totale per dieci città in Russia. Che conclusione hai tratto?

Radiazione totale in diverse città della Russia:

Murmansk: 10 kcal/cm2 all'anno;

Arcangelo: 30 kcal/cm2 all'anno;

Mosca: 40 kcal/cm2 all'anno;

Permanente: 40 kcal/cm2 all'anno;

Kazan: 40 kcal/cm2 all'anno;

Čeljabinsk: 40 kcal/cm2 all'anno;

Saratov: 50 kcal/cm2 all'anno;

Volgograd: 50 kcal/cm2 all'anno;

Astrakan: 50 kcal/cm2 all'anno;

Rostov sul Don: più di 50 kcal/cm2 all'anno;

Lo schema generale nella distribuzione della radiazione solare è il seguente: più un oggetto (città) è vicino al polo, minore è la radiazione solare che cade su di esso (città).

10. Descrivi come differiscono le stagioni dell’anno nella tua zona (condizioni naturali, vita delle persone, loro attività). In quale stagione dell'anno la vita è più attiva?

Il terreno complesso e la grande estensione da nord a sud permettono di distinguere 3 zone nella regione, diverse sia per rilievo che per caratteristiche climatiche: foresta di montagna, steppa forestale e steppa. Il clima della zona forestale di montagna è fresco e umido. Le condizioni di temperatura variano a seconda della topografia. Questa zona è caratterizzata da estati brevi e fresche e inverni lunghi e nevosi. Il manto nevoso permanente si forma nel periodo dal 25 ottobre al 5 novembre e permane fino alla fine di aprile, e in alcuni anni il manto nevoso persiste fino al 10-15 maggio. Il mese più freddo è gennaio. La temperatura media in inverno è di meno 15-16 ° C, la minima assoluta è di 44-48 ° C. Il mese più caldo è luglio con una temperatura media dell'aria di più 15-17 ° C, la temperatura massima assoluta dell'aria durante l'estate in questa zona ha raggiunto più 37-38 ° C. Il clima della zona foresta-steppa è caldo, con inverni abbastanza freddi e nevosi. La temperatura media di gennaio è di meno 15,5-17,5 ° C, la temperatura minima assoluta dell'aria è di meno 42-49 ° C. La temperatura media dell'aria di luglio è di più 18-19 ° C. La temperatura massima assoluta è di più 42,0 ° C. Il clima della zona della steppa è molto calda e secca. L'inverno qui è freddo, con forti gelate e tempeste di neve che si verificano per 40-50 giorni, causando forti trasferimenti di neve. La temperatura media di gennaio è di meno 17-18° C. Negli inverni rigidi la temperatura minima dell'aria scende a meno 44-46° C.

Cos'è il Sole? Sulla scala dell'Universo visibile, questa è solo una piccola stella alla periferia della galassia chiamata Via Lattea. Ma per il pianeta Terra, il Sole non è solo un caldo grumo di gas, ma una fonte di calore e luce necessaria per l'esistenza di tutti gli esseri viventi.

Fin dalla preistoria la luce del giorno è stata oggetto di culto; il suo movimento attraverso il firmamento era associato alla manifestazione dei poteri divini. La ricerca sul Sole e sulla sua radiazione iniziò ancor prima dell'adozione del modello eliocentrico di Nicolaus Copernicus; le più grandi menti delle antiche civiltà si interrogarono sui suoi misteri.

Il progresso tecnologico ha dato all’umanità l’opportunità di studiare non solo i processi all’interno e sulla superficie del Sole, ma anche i cambiamenti nel clima terrestre sotto la sua influenza. I dati statistici ci consentono di dare una risposta chiara alla domanda su cosa sia la radiazione solare, come viene misurata e come determinarne l'impatto sugli organismi viventi che popolano il pianeta.

Come si chiama la radiazione solare?

La natura della radiazione solare rimase poco chiara finché, all'inizio del XX secolo, l'eminente astronomo Arthur Eddington suggerì che la fonte della colossale energia solare fossero le reazioni di fusione termonucleare che si verificano nelle sue profondità. La temperatura vicino al suo nucleo (circa 15 milioni di gradi) è sufficiente affinché i protoni superino la forza di reciproca repulsione e formino nuclei di elio a seguito della collisione.

Successivamente gli scienziati (in particolare Albert Einstein) scoprirono che la massa del nucleo di elio è leggermente inferiore alla massa totale dei quattro protoni da cui è formato. Questo fenomeno è chiamato difetto di massa. Dopo aver tracciato la relazione tra massa ed energia, gli scienziati hanno scoperto che questo eccesso viene rilasciato sotto forma di raggi gamma.

Mentre viaggiano dal nucleo alla superficie del Sole attraverso gli strati dei suoi gas costituenti, i quanti gamma vengono schiacciati e convertiti in onde elettromagnetiche, tra cui la luce visibile all'occhio umano. Questo processo dura circa 10 milioni di anni. E bastano solo 8 minuti per raggiungere la radiazione solare sulla superficie terrestre.

La radiazione solare comprende le onde elettromagnetiche ad ampio raggio e il vento solare, che è un flusso di particelle leggere ed elettroni.

Quali tipi di radiazione solare esistono e sue caratteristiche

Al confine dell'atmosfera terrestre, l'intensità della radiazione solare è un valore costante. L'energia del Sole è discreta e si trasferisce in porzioni (quanti) di energia, ma il loro contributo corpuscolare è relativamente piccolo, pertanto i raggi solari sono considerati come onde elettromagnetiche che si propagano in modo uniforme e rettilineo.

La caratteristica principale dell'onda è la lunghezza d'onda con la quale si distinguono i tipi di radiazione:

onde radio;
infrarossi (termico);
luce visibile (bianca);
ultravioletto;
raggi gamma.

La radiazione solare è rappresentata dalla radiazione infrarossa (IR), visibile (VI) e ultravioletta (UV) nella proporzione rispettivamente del 52%, 43% e 5%. Una misura quantitativa della radiazione solare è considerata l'irradianza (densità del flusso di energia) - energia radiante ricevuta per unità di tempo per unità di superficie.

Distribuzione della radiazione solare sulla superficie terrestre

La maggior parte della radiazione viene assorbita dall'atmosfera terrestre e la riscalda fino a una temperatura familiare agli organismi viventi. Lo strato di ozono lascia passare solo l'1% dei raggi ultravioletti e funge da scudo contro le radiazioni a onde corte più aggressive.

L'atmosfera assorbe circa il 20% dei raggi solari e ne disperde il 30% in direzioni diverse. Pertanto, solo la metà dell'energia radiante, chiamata radiazione solare diretta, raggiunge la superficie terrestre.

L’intensità della radiazione solare diretta è influenzata da diversi fattori:

angolo di incidenza della luce solare (latitudine geografica);
distanza dal punto di impatto al Sole (periodo dell'anno);
la natura della superficie riflettente;
trasparenza dell'atmosfera (nuvolosità, inquinamento).

La radiazione diffusa e quella diretta costituiscono la radiazione solare totale, la cui intensità è misurata in calorie per unità di superficie. È chiaro che la radiazione solare ha effetto solo durante il giorno ed è distribuita in modo non uniforme sulla superficie terrestre. La sua intensità aumenta man mano che si avvicina ai poli, ma la neve riflette una percentuale maggiore di energia radiante, per cui l'aria non si riscalda. Pertanto, l'indicatore totale diminuisce con la distanza dall'equatore.

L'attività solare modella il clima della Terra e influenza i processi vitali degli organismi che la abitano. Sul territorio dei paesi della CSI (nell'emisfero settentrionale), nella stagione invernale predomina la radiazione diffusa e in estate prevale la radiazione diretta.

La radiazione infrarossa e il suo ruolo nella vita dell'umanità

La radiazione solare è prevalentemente invisibile all’occhio umano. È questo che riscalda il suolo terrestre, che successivamente rilascia calore nell'atmosfera. Pertanto, vengono mantenute la temperatura ottimale per la vita sulla Terra e le consuete condizioni climatiche.

Oltre al Sole, tutti i corpi riscaldati sono fonti di radiazione infrarossa. Tutti i dispositivi e i dispositivi di riscaldamento funzionano secondo questo principio, consentendo di vedere oggetti più o meno riscaldati in condizioni di scarsa visibilità.

Il fatto che una persona non sia in grado di percepire la luce infrarossa non ne riduce l'effetto sul corpo. Questo tipo di radiazione ha trovato applicazione in medicina grazie alle seguenti proprietà:

dilatazione dei vasi sanguigni, normalizzazione del flusso sanguigno;
aumento del numero di leucociti;
trattamento dell'infiammazione cronica e acuta degli organi interni;
prevenzione delle malattie della pelle;
rimozione di cicatrici colloidali, trattamento di ferite non cicatrizzate.

I termografi a infrarossi consentono il rilevamento tempestivo di malattie che non possono essere diagnosticate con altri metodi (coaguli di sangue, tumori cancerosi, ecc.). La radiazione infrarossa è una sorta di "antidoto" alla radiazione ultravioletta negativa, quindi le sue proprietà curative vengono utilizzate per ripristinare la salute delle persone che sono state a lungo nello spazio.

Il meccanismo d'azione dei raggi infrarossi non è stato completamente studiato e, come ogni tipo di radiazione, se utilizzata in modo errato, può essere dannosa per la salute umana. Il trattamento con raggi infrarossi è controindicato in presenza di infiammazioni purulente, sanguinamenti, tumori maligni, insufficienza circolatoria cerebrale e del sistema cardiovascolare.

Composizione spettrale e proprietà della luce visibile

I raggi luminosi si propagano in linea retta e non si sovrappongono, il che solleva una domanda giusta: perché il mondo che ci circonda stupisce con la varietà di sfumature diverse. Il segreto sta nelle proprietà fondamentali della luce: riflessione, rifrazione e assorbimento.

È noto per certo che gli oggetti non emettono luce; viene parzialmente assorbita da essi e riflessa ad angoli diversi a seconda della frequenza. La vista umana si è evoluta nel corso dei secoli, ma la retina dell'occhio può percepire solo una gamma limitata di luce riflessa nello stretto spazio tra la radiazione infrarossa e quella ultravioletta.

Lo studio delle proprietà della luce ha dato origine non solo a un ramo separato della fisica, ma anche a una serie di teorie e pratiche non scientifiche basate sull'influenza del colore sullo stato mentale e fisico di un individuo. Usando questa conoscenza, una persona decora lo spazio circostante con il colore più gradevole alla vista, rendendo la vita il più confortevole possibile.

Radiazione ultravioletta e suoi effetti sul corpo umano

Lo spettro ultravioletto della luce solare è costituito da onde lunghe, medie e corte, che differiscono per le proprietà fisiche e la natura del loro effetto sugli organismi viventi. I raggi ultravioletti, che appartengono allo spettro delle onde lunghe, sono prevalentemente dispersi nell'atmosfera e non raggiungono la superficie terrestre. Quanto più corta è la lunghezza d'onda, tanto più profonda è la penetrazione degli ultravioletti nella pelle.

La radiazione ultravioletta è necessaria per sostenere la vita sulla Terra. I raggi UV hanno i seguenti effetti sul corpo umano:

saturazione con vitamina D, necessaria per la formazione del tessuto osseo;
prevenzione dell'osteocondrosi e del rachitismo nei bambini;
normalizzazione dei processi metabolici e sintesi di enzimi utili;
attivazione della rigenerazione dei tessuti;
miglioramento della circolazione sanguigna, vasodilatazione;
aumentare l'immunità;
alleviare l'eccitazione nervosa stimolando la produzione di endorfine.

Nonostante il voluminoso elenco di qualità positive, prendere il sole non è sempre efficace. L'esposizione prolungata al sole in orari sfavorevoli o durante periodi di attività solare anormalmente elevata annulla le proprietà benefiche dei raggi UV.

L’irradiazione ultravioletta ad alte dosi ha l’esatto opposto di ciò che ci si aspetta:

eritema (arrossamento della pelle) e scottature solari;
iperemia, gonfiore;
aumento della temperatura corporea;
mal di testa;
disfunzione del sistema immunitario e nervoso centrale;
perdita di appetito, nausea, vomito.

Questi segni sono sintomi di un colpo di sole, in cui il deterioramento delle condizioni di una persona può avvenire inosservato. Procedura per il colpo di sole:

spostare la persona dalla zona esposta alla luce solare diretta ad un luogo fresco;
sdraiati sulla schiena e solleva le gambe in una posizione elevata per normalizzare la circolazione sanguigna;
sciacquare viso e collo con acqua fresca, preferibilmente fare un impacco sulla fronte;
offrire l'opportunità di respirare liberamente e liberarsi degli indumenti stretti;
Dare da bere una piccola quantità di acqua fredda e pulita entro mezz'ora.

Nei casi più gravi, in caso di perdita di coscienza, è necessario chiamare un'ambulanza e, se possibile, riportare in sé la vittima. L'assistenza medica per il paziente consiste nella somministrazione di emergenza di glucosio o acido ascorbico per via endovenosa.

Regole di abbronzatura sicura

I raggi UV stimolano la sintesi di un ormone speciale, la melanina, con l'aiuto del quale la pelle umana si scurisce e assume una tinta bronzea. I dibattiti sui benefici e sui danni dell’abbronzatura vanno avanti da decenni.

È stato dimostrato che l’abbronzatura è la reazione protettiva del corpo alle radiazioni ultraviolette e che l’esposizione eccessiva al sole aumenta il rischio di tumori maligni.

Se prevale il desiderio di rendere omaggio alla moda, è necessario capire cos'è la radiazione solare, come proteggersi da essa e seguire semplici consigli:

prendere il sole gradualmente esclusivamente al mattino o alla sera;
non restare alla luce diretta del sole per più di un'ora;
applicare agenti protettivi sulla pelle;
bere più acqua pulita per evitare la disidratazione;
includere nella dieta alimenti che contengono vitamina E, beta-carotene, tirosina e selenio;
limitare il consumo di bevande alcoliche.

La risposta del corpo alle radiazioni ultraviolette è individuale, quindi il tempo per prendere il sole e la sua durata dovrebbero essere selezionati tenendo conto del tipo di pelle e dello stato di salute della persona.

L'abbronzatura è estremamente controindicata per le donne incinte, gli anziani, le persone con malattie della pelle, insufficienza cardiaca, disturbi mentali e presenza di tumori maligni.

Il sole è una fonte di luce e calore di cui tutti gli esseri viventi sulla Terra hanno bisogno. Ma oltre ai fotoni di luce, emette radiazioni ionizzanti forti, costituite da nuclei di elio e protoni. Perché sta succedendo?

Cause della radiazione solare

La radiazione solare viene prodotta durante il giorno durante i brillamenti cromosferici, gigantesche esplosioni che si verificano nell'atmosfera solare. Parte della materia solare viene espulsa nello spazio, formando raggi cosmici, costituiti principalmente da protoni e una piccola quantità di nuclei di elio. Queste particelle cariche raggiungono la superficie terrestre 15-20 minuti dopo che il brillamento solare diventa visibile.

L'aria interrompe la radiazione cosmica primaria, generando uno sciame nucleare a cascata, che svanisce con il diminuire dell'altitudine. In questo caso nascono nuove particelle: i pioni, che decadono e si trasformano in muoni. Penetrano negli strati più bassi dell'atmosfera e cadono al suolo, scavando fino a 1500 metri di profondità. Sono i muoni i responsabili della formazione della radiazione cosmica secondaria e della radiazione naturale che colpisce l’uomo.

Spettro della radiazione solare

Lo spettro della radiazione solare comprende sia regioni a onde corte che a onde lunghe:

raggi gamma;
radiazioni a raggi X;
Radiazione UV;
luce visibile;
radiazione infrarossa.

Oltre il 95% della radiazione solare cade nella regione della “finestra ottica” - la parte visibile dello spettro con regioni adiacenti di onde ultraviolette e infrarosse. Mentre attraversano gli strati dell'atmosfera, l'effetto dei raggi solari viene indebolito: tutte le radiazioni ionizzanti, i raggi X e quasi il 98% delle radiazioni ultraviolette vengono trattenute dall'atmosfera terrestre. La luce visibile e la radiazione infrarossa raggiungono il suolo praticamente senza perdite, sebbene vengano parzialmente assorbite dalle molecole di gas e dalle particelle di polvere presenti nell'aria.

A questo proposito, la radiazione solare non porta ad un notevole aumento della radiazione radioattiva sulla superficie terrestre. Il contributo del Sole, insieme ai raggi cosmici, alla formazione della dose totale annua di radiazioni è di soli 0,3 mSv/anno. Ma questo è un valore medio, infatti il livello di radiazione incidente sulla terra è diverso e dipende dalla posizione geografica della zona.

Dove sono maggiori le radiazioni ionizzanti solari?

La maggiore potenza dei raggi cosmici si registra ai poli, la minima all'equatore. Ciò è dovuto al fatto che il campo magnetico terrestre devia le particelle cariche che cadono dallo spazio verso i poli. Inoltre, la radiazione aumenta con l'altitudine: a un'altitudine di 10 chilometri sul livello del mare, il suo indicatore aumenta di 20-25 volte. Gli abitanti di alta montagna sono esposti a dosi più elevate di radiazione solare, poiché l'atmosfera in montagna è più sottile e più facilmente penetrabile dai flussi di quanti gamma e di particelle elementari provenienti dal sole.

Importante. Livelli di radiazione fino a 0,3 mSv/h non hanno un impatto grave, ma alla dose di 1,2 μSv/h si consiglia di lasciare l'area e, in caso di emergenza, rimanere nel suo territorio per non più di sei mesi. Se i valori superano il doppio, dovresti limitare la tua permanenza in quest'area a tre mesi.

Se al di sopra del livello del mare la dose annuale di radiazioni cosmiche è di 0,3 mSv/anno, all'aumentare dell'altitudine ogni cento metri questa cifra aumenta di 0,03 mSv/anno. Dopo alcuni piccoli calcoli, possiamo concludere che una vacanza di una settimana in montagna a 2000 metri di altitudine darà un'esposizione di 1 mSv/anno e fornirà quasi la metà della norma annuale totale (2,4 mSv/anno).

Si scopre che gli abitanti delle montagne ricevono una dose annuale di radiazioni molte volte superiore al normale e dovrebbero soffrire di leucemia e cancro più spesso rispetto alle persone che vivono in pianura. In realtà, questo non è vero. Al contrario, nelle zone montane si registra una minore mortalità per queste malattie e una parte della popolazione è più longeva. Ciò conferma il fatto che la permanenza prolungata in luoghi ad elevata attività radioattiva non ha un effetto negativo sul corpo umano.

Eruzioni solari: alto rischio di radiazioni

I brillamenti solari rappresentano un grande pericolo per l'uomo e per tutta la vita sulla Terra, poiché la densità del flusso della radiazione solare può superare mille volte il livello normale della radiazione cosmica. Pertanto, l'eccezionale scienziato sovietico A.L. Chizhevskij collegò i periodi di formazione delle macchie solari con le epidemie di tifo (1883-1917) e colera (1823-1923) in Russia. Sulla base dei grafici da lui realizzati, già nel 1930 predisse l’emergere di una vasta pandemia di colera nel 1960-1962, iniziata in Indonesia nel 1961, per poi diffondersi rapidamente in altri paesi dell’Asia, dell’Africa e dell’Europa.

Oggi è stata ottenuta una grande quantità di dati che indicano la connessione tra cicli di undici anni di attività solare e epidemie di malattie, nonché con migrazioni di massa e stagioni di rapida riproduzione di insetti, mammiferi e virus. Gli ematologi hanno riscontrato un aumento del numero di infarti e ictus durante i periodi di massima attività solare. Tali statistiche sono dovute al fatto che in questo momento la coagulazione del sangue aumenta e poiché nei pazienti con malattie cardiache l’attività compensatoria viene soppressa, si verificano malfunzionamenti nel suo lavoro, tra cui necrosi del tessuto cardiaco ed emorragie nel cervello.

I grandi brillamenti solari non si verificano così spesso: una volta ogni 4 anni. In questo momento, il numero e la dimensione delle macchie solari aumentano e nella corona solare si formano potenti raggi coronali, costituiti da protoni e una piccola quantità di particelle alfa. Gli astrologi registrarono il loro flusso più potente nel 1956, quando la densità della radiazione cosmica sulla superficie terrestre aumentò di 4 volte. Un'altra conseguenza di tale attività solare è stata l'aurora boreale, registrata a Mosca e nella regione di Mosca nel 2000.

Come proteggersi?

Naturalmente, l’aumento della radiazione di fondo in montagna non è un motivo per rifiutare le gite in montagna. Tuttavia, vale la pena pensare alle misure di sicurezza e fare un viaggio con un radiometro portatile, che aiuterà a controllare il livello di radiazioni e, se necessario, a limitare il tempo trascorso in aree pericolose. Non dovresti rimanere in un'area in cui le letture dei contatori mostrano radiazioni ionizzanti di 7 µSv/h per più di un mese.

La radiazione solare è il principale fattore di formazione del clima e praticamente l'unica fonte di energia per tutti i processi fisici che si verificano sulla superficie terrestre e nella sua atmosfera. Determina l'attività vitale degli organismi, creando l'uno o l'altro regime di temperatura; porta alla formazione di nuvole e precipitazioni; è la causa fondamentale della circolazione generale dell'atmosfera, avendo quindi un enorme impatto sulla vita umana in tutte le sue manifestazioni. Nell'edilizia e nell'architettura, la radiazione solare è il fattore ambientale più importante: da esso dipendono l'orientamento degli edifici, le loro soluzioni strutturali, di pianificazione dello spazio, cromatiche, plastiche e molte altre caratteristiche.

Secondo GOST R 55912-2013 “Climatologia delle costruzioni”, vengono adottate le seguenti definizioni e concetti relativi alla radiazione solare:

radiazione diretta - parte della radiazione solare totale arriva alla superficie sotto forma di un fascio di raggi paralleli proveniente direttamente dal disco visibile del sole;
radiazione solare diffusa- parte della radiazione solare totale che arriva sulla superficie dall'intero cielo dopo la diffusione nell'atmosfera;
radiazione riflessa- parte della radiazione solare totale riflessa dalla superficie sottostante (anche da facciate, tetti di edifici);
intensità della radiazione solare- la quantità di radiazione solare che passa nell'unità di tempo attraverso una singola area posta perpendicolarmente ai raggi.

Tutti i valori della radiazione solare nei moderni GOST domestici, SP (SNiP) e altri documenti normativi relativi all'edilizia e all'architettura sono misurati in kilowatt all'ora per 1 m2 (kW h/m2). Solitamente l'unità di tempo è il mese. Per ottenere il valore istantaneo (secondo) della potenza del flusso di radiazione solare (kW/m2), il valore indicato per un mese deve essere diviso per il numero di giorni in un mese, il numero di ore in un giorno e i secondi in ore .

In molte prime edizioni dei regolamenti edilizi e in molti moderni libri di riferimento sulla climatologia, i valori della radiazione solare sono indicati in megajoule o kilocalorie per m 2 (MJ / m 2, Kcal / m 2). I coefficienti per convertire queste quantità dall'una all'altra sono riportati nell'Appendice 1.

Entità fisica. La radiazione solare arriva alla Terra dal Sole. Il Sole è la stella più vicina a noi, che dista mediamente 149.450.000 km dalla Terra. All'inizio di luglio, quando la Terra è alla massima distanza dal Sole (“afelio”), questa distanza aumenta a 152 milioni di km, e all'inizio di gennaio diminuisce a 147 milioni di km (“perielio”).

All'interno del nucleo solare, la temperatura supera i 5 milioni di K e la pressione è diversi miliardi di volte superiore a quella della Terra, a seguito della quale l'idrogeno si trasforma in elio. Durante questa reazione termonucleare si genera energia radiante che si diffonde dal Sole in tutte le direzioni sotto forma di onde elettromagnetiche. Allo stesso tempo, sulla Terra arriva un intero spettro di lunghezze d'onda, che in meteorologia è solitamente diviso in sezioni a onde corte e a onde lunghe. Onda corta sono chiamate radiazioni nell'intervallo di lunghezze d'onda da 0,1 a 4 µm (1 µm = 10~ 6 m). Le radiazioni con lunghezze elevate (da 4 a 120 micron) sono classificate come onda lunga. La radiazione solare è prevalentemente a onde corte: l'intervallo di lunghezze d'onda indicato rappresenta il 99% di tutta l'energia della radiazione solare, mentre la superficie terrestre e l'atmosfera emettono radiazioni a onde lunghe e possono riflettere solo radiazioni a onde corte.

Il sole è una fonte non solo di energia, ma anche di luce. La luce visibile occupa una gamma ristretta di lunghezze d'onda, solo da 0,40 a 0,76 micron, ma questa gamma contiene il 47% di tutta l'energia radiante solare. La luce con una lunghezza d'onda di circa 0,40 micron viene percepita come viola, con una lunghezza d'onda di circa 0,76 micron come rossa. L'occhio umano non percepisce tutte le altre lunghezze d'onda, ad es. sono invisibili per noi 1 . La radiazione infrarossa (da 0,76 a 4 micron) rappresenta il 44% e la radiazione ultravioletta (da 0,01 a 0,39 micron) rappresenta il 9% dell'energia totale. L'energia massima nello spettro della radiazione solare al limite superiore dell'atmosfera si trova nella regione blu-blu dello spettro e sulla superficie della terra nella regione giallo-verde.

Una misura quantitativa della radiazione solare che arriva su una determinata superficie è illuminazione energetica, o flusso di radiazione solare: la quantità di energia radiante che cade per unità di area per unità di tempo. La quantità massima di radiazione solare raggiunge il limite superiore dell'atmosfera ed è caratterizzata dal valore della costante solare. Costante solare - Questo è il flusso della radiazione solare al limite superiore dell'atmosfera terrestre attraverso un'area perpendicolare ai raggi solari, alla distanza media della terra dal sole. Secondo gli ultimi dati approvati dall'Organizzazione Meteorologica Mondiale (OMM) nel 2007, questo valore è di 1.366 kW/m2 (1366 W/m2).

Una quantità significativamente minore di radiazione solare raggiunge la superficie terrestre, poiché mentre i raggi solari si muovono attraverso l'atmosfera, la radiazione subisce una serie di cambiamenti significativi. Una parte viene assorbita dai gas atmosferici e dagli aerosol e si trasforma in calore, cioè va a riscaldare l'atmosfera, e parte di essa si dissipa e si trasforma in una forma speciale di radiazione diffusa.

Processi acquisizioni La radiazione nell'atmosfera è selettiva: gas diversi la assorbono in diverse parti dello spettro e in misura diversa. I principali gas che assorbono la radiazione solare sono il vapore acqueo (H 2 0), l'ozono (0 3) e l'anidride carbonica (C0 2). Ad esempio, come accennato in precedenza, l’ozono stratosferico assorbe completamente le radiazioni dannose per gli organismi viventi con lunghezze d’onda inferiori a 0,29 micron, motivo per cui lo strato di ozono costituisce uno scudo naturale per l’esistenza della vita sulla Terra. In media, l’ozono assorbe circa il 3% della radiazione solare. Nelle regioni rosse e infrarosse dello spettro, il vapore acqueo assorbe in modo più significativo la radiazione solare. Nella stessa regione dello spettro sono presenti però bande di assorbimento dell'anidride carbonica

Luce e colore sono discussi più dettagliatamente in altre sezioni della disciplina “Fisica dell'architettura”.

in generale il suo assorbimento della radiazione diretta è basso. La radiazione solare viene assorbita sia dagli aerosol di origine naturale che antropica, in particolare dalle particelle di fuliggine. In totale, circa il 15% della radiazione solare viene assorbita dal vapore acqueo e dagli aerosol, e circa il 5% dalle nuvole.

Dispersione La radiazione è un processo fisico di interazione tra la radiazione elettromagnetica e la materia, durante il quale molecole e atomi assorbono parte della radiazione per poi reirradiarla in tutte le direzioni. Questo è un processo molto importante, che dipende dal rapporto tra la dimensione delle particelle di diffusione e la lunghezza d'onda della radiazione incidente. Nell'aria assolutamente pulita, dove la dispersione viene effettuata solo da molecole di gas, obbedisce La legge di Rayleigh, cioè. inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda dei raggi diffusi. Pertanto, il colore blu del cielo è il colore dell'aria stessa, a causa della dispersione dei raggi solari in essa, poiché i raggi viola e blu sono dispersi nell'aria molto meglio di quelli arancioni e rossi.

Se nell'aria sono presenti particelle le cui dimensioni sono paragonabili alla lunghezza d'onda della radiazione - aerosol, gocce d'acqua, cristalli di ghiaccio - la dispersione non obbedirà alla legge di Rayleigh e la radiazione diffusa non sarà così ricca di raggi a onde corte. Sulle particelle con diametro superiore a 1-2 micron non si verificherà dispersione, ma riflessione diffusa, che determina il colore biancastro del cielo.

La diffusione gioca un ruolo enorme nella formazione della luce naturale: in assenza del Sole durante il giorno, crea luce diffusa (diffusa). Se non ci fosse la dispersione, ci sarebbe luce solo dove cade la luce solare diretta. A questo fenomeno sono associati anche il crepuscolo e l'alba, il colore delle nuvole all'alba e al tramonto.

Quindi, la radiazione solare raggiunge la superficie terrestre sotto forma di due flussi: radiazione diretta e diffusa.

Radiazione diretta(5) arriva alla superficie terrestre direttamente dal disco solare. In questo caso, la massima quantità di radiazione sarà ricevuta da un’unica zona situata perpendicolarmente ai raggi solari (5). Per unità orizzontale la superficie riceverà una quantità minore di energia radiante Y, detta anche insolazione:

У = ?-8шА 0 , (1.1)

Dove E 0 - l'altezza del Sole sopra l'orizzonte, che determina l'angolo di incidenza dei raggi solari su una superficie orizzontale.

Radiazione diffusa(/)) penetra nella superficie terrestre da tutti i punti della volta celeste, ad eccezione del disco solare.

Viene chiamata tutta la radiazione solare che arriva sulla superficie terrestre radiazione solare totale (0:

(1.2)
0 = + /) = E 0+ /).

L'arrivo di questi tipi di radiazioni dipende in modo significativo non solo da ragioni astronomiche, ma anche dalla nuvolosità. Pertanto, in meteorologia è consuetudine distinguere possibili quantità di radiazioni osservato in condizioni senza nuvole, e quantità effettive di radiazioni, che si verifica in condizioni nuvolose reali.

Non tutta la radiazione solare che cade sulla superficie terrestre viene assorbita da essa e convertita in calore. Parte di esso viene riflesso e, quindi, perso dalla superficie sottostante. Questa parte si chiama radiazione riflessa(/? k), e il suo valore dipende da albedo superficie terrestre (Lc):

A k = - 100%.

Il valore dell'albedo viene misurato in frazioni di unità o in percentuale. Nell'edilizia e nell'architettura vengono utilizzate più spesso le frazioni di unità. Misurano anche la riflettività dei materiali da costruzione e di finitura, la luminosità del colore delle facciate, ecc. In climatologia, l'albedo viene misurata in percentuale.

L'albedo ha un impatto significativo sui processi di formazione del clima terrestre, poiché è un indicatore integrale della riflettività della superficie sottostante. Dipende dallo stato di questa superficie (rugosità, colore, contenuto di umidità) e varia entro limiti molto ampi. I valori di albedo più alti (fino al 75%) sono caratteristici della neve appena caduta, mentre i valori più bassi sono caratteristici della superficie dell'acqua con una forte incidenza di luce solare (“3%). L'albedo del suolo e della superficie vegetale varia mediamente dal 10 al 30%.

Se consideriamo l'intera Terra nel suo insieme, la sua albedo è del 30%. Questa quantità si chiama L'albedo planetario della Terra ed è il rapporto tra la radiazione solare riflessa e diffusa nello spazio e la quantità totale di radiazione che entra nell'atmosfera.

Nelle aree urbane l'albedo è generalmente inferiore rispetto ai paesaggi naturali indisturbati. Il valore di albedo caratteristico per il territorio delle grandi città a clima temperato è del 15-18%. Nelle città del sud, l'albedo è, di regola, più alta a causa dell'uso di colori più chiari nella colorazione di facciate e tetti; nelle città del nord con edifici densi e soluzioni di colore scuro per gli edifici, l'albedo è più bassa. Ciò consente nei paesi caldi del sud di ridurre la quantità di radiazione solare assorbita, riducendo così il fondo termico dell'edificio, e nelle regioni fredde settentrionali, al contrario, di aumentare la quota di radiazione solare assorbita, aumentando il fondo termico complessivo.

Radiazione assorbita(*U P0GL) chiamato anche Bilancio della radiazione a onde corte (CV) ed è la differenza tra la radiazione totale e quella riflessa (due flussi ad onde corte):

^assorbire = 5 k = 0~I K- (1.4)

Riscalda gli strati superiori della superficie terrestre e tutto ciò che si trova su di essa (copertura vegetale, strade, edifici, strutture, ecc.), a seguito della quale emettono radiazioni a onde lunghe, invisibili all'occhio umano. Questa radiazione è più spesso chiamata propria radiazione della superficie terrestre(? 3). Il suo valore, secondo la legge di Stefan-Boltzmann, è proporzionale alla quarta potenza della temperatura assoluta.

L'atmosfera emette anche radiazioni a onde lunghe, la maggior parte delle quali raggiunge la superficie terrestre e ne viene quasi completamente assorbita. Questa radiazione si chiama contro la radiazione dell'atmosfera (E a). La controradiazione dell'atmosfera aumenta con l'aumento della nuvolosità e dell'umidità dell'aria e costituisce una fonte di calore molto importante per la superficie terrestre. Tuttavia, la radiazione a onde lunghe dell'atmosfera è sempre leggermente inferiore a quella terrestre, a causa della quale la superficie terrestre perde calore, e la differenza tra questi valori è chiamata radiazione effettiva della Terra (E ef).

In media, alle latitudini temperate, la superficie terrestre perde circa la metà della quantità di calore che riceve dalla radiazione solare assorbita attraverso la radiazione effettiva. Assorbendo la radiazione terrestre e inviando controradiazioni alla superficie terrestre, l'atmosfera riduce il raffreddamento di questa superficie durante la notte. Durante il giorno fa ben poco per impedire il riscaldamento della superficie terrestre. Viene chiamata questa influenza dell'atmosfera terrestre sul regime termico della superficie terrestre effetto serra. Pertanto, il fenomeno dell'effetto serra è la ritenzione del calore vicino alla superficie della Terra. Un ruolo importante in questo processo è svolto dai gas di origine tecnogenica, principalmente dall'anidride carbonica, la cui concentrazione è particolarmente elevata nelle città. Ma il ruolo principale spetta ancora ai gas di origine naturale.

La sostanza principale nell'atmosfera che assorbe la radiazione a onde lunghe dalla Terra e invia controradiazioni è vapore acqueo Assorbe quasi tutta la radiazione a onda lunga ad eccezione della gamma di lunghezze d'onda da 8,5 a 12 micron, chiamata "finestra di trasparenza" vapore acqueo. Solo in questo intervallo la radiazione terrestre passa nello spazio attraverso l'atmosfera. Oltre al vapore acqueo, l'anidride carbonica assorbe fortemente le radiazioni a onde lunghe, ed è proprio nella finestra di trasparenza del vapore acqueo; l'ozono, così come il metano, l'ossido di azoto, i clorofluorocarburi (freon) e alcune altre impurità gassose, assorbono molto più debolmente.

La ritenzione del calore vicino alla superficie terrestre è un processo molto importante per il mantenimento della vita. Senza di essa la temperatura media della Terra sarebbe di 33°C inferiore a quella attuale e gli organismi viventi difficilmente potrebbero vivere sulla Terra. Pertanto, il punto non è nell'effetto serra in quanto tale (dopotutto, è sorto dal momento in cui si è formata l'atmosfera), ma nel fatto che, sotto l'influenza dell'attività antropica, guadagno questo effetto. Il motivo è il rapido aumento della concentrazione di gas serra di origine tecnogenica, principalmente C0 2, emessi durante la combustione di combustibile organico. Ciò può portare al fatto che, a parità di radiazione in arrivo, la percentuale di calore rimanente sul pianeta aumenterà e, di conseguenza, la temperatura della superficie terrestre e dell’atmosfera aumenterà. Negli ultimi 100 anni la temperatura dell’aria del nostro pianeta è aumentata in media di 0,6°C.

Si ritiene che quando la concentrazione di CO 2 raddoppierà rispetto al suo valore preindustriale, il riscaldamento globale sarà di circa 3°C (secondo varie stime - da 1,5 a 5,5°C). In questo caso, i maggiori cambiamenti dovrebbero verificarsi nella troposfera alle alte latitudini nel periodo autunno-inverno. Di conseguenza, il ghiaccio nell’Artico e nell’Antartide inizierà a sciogliersi e il livello degli oceani inizierà ad aumentare. Questo aumento può variare da 25 a 165 cm, il che significa che molte città situate nelle zone costiere dei mari e degli oceani saranno inondate.

Si tratta quindi di una questione molto importante che riguarda la vita di milioni di persone. Tenendo conto di ciò, nel 1988 si tenne a Toronto la prima Conferenza internazionale sul problema del cambiamento climatico di origine antropica. Gli scienziati sono giunti alla conclusione che le conseguenze di un aumento dell'effetto serra dovuto all'aumento del biossido di carbonio nell'atmosfera sono seconde solo alle conseguenze di una guerra nucleare globale. Allo stesso tempo, presso le Nazioni Unite (ONU) è stato costituito il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC). IPCC – Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici), che studia l'impatto dell'aumento della temperatura superficiale sul clima, sull'ecosistema dell'oceano mondiale, sulla biosfera nel suo complesso, comprese la vita e la salute della popolazione del pianeta.

Nel 1992 è stata adottata a New York la Convenzione quadro sui cambiamenti climatici (FCCC), il cui obiettivo principale era garantire la stabilizzazione delle concentrazioni di gas serra nell’atmosfera a livelli tali da evitare le pericolose conseguenze dell’intervento umano nel sistema climatico. . Per l'attuazione pratica della convenzione, il Protocollo di Kyoto è stato adottato in una conferenza internazionale nel dicembre 1997 a Kyoto (Giappone). Definisce quote specifiche per le emissioni di gas serra da parte dei paesi partecipanti, inclusa la Russia, che ha ratificato questo protocollo nel 2005.

Al momento della stesura di questo libro, una delle ultime conferenze dedicate al cambiamento climatico è la Conferenza sul clima di Parigi, tenutasi dal 30 novembre al 12 dicembre 2015. Lo scopo di questa conferenza è firmare un accordo internazionale per limitare l’aumento del la temperatura media del pianeta entro il 2100 non dovrà superare i 2°C.

Quindi, come risultato dell'interazione di vari flussi di radiazioni a onde corte e a onde lunghe, la superficie terrestre riceve e perde continuamente calore. Il valore risultante dell'afflusso e del deflusso della radiazione è bilancio radiativo (IN), che determina lo stato termico della superficie terrestre e dello strato d'aria terrestre, ovvero il loro riscaldamento o raffreddamento:

IN = Q- «k - ?eff = 60 - UN)-? ef =

= (5"peccato/^ > + D)(l-A)-E^f = B k + B a. (

I dati sul bilancio radiante sono necessari per valutare il grado di riscaldamento e raffreddamento di varie superfici sia in condizioni naturali che nell'ambiente architettonico, calcolare il regime termico di edifici e strutture, determinare l'evaporazione, le riserve di calore nel suolo, razionare l'irrigazione delle colture agricole campi e altri scopi economici nazionali.

Metodi di misurazione. L'importanza fondamentale degli studi sul bilancio radiativo della Terra per comprendere i modelli climatici e la formazione delle condizioni microclimatiche determina il ruolo fondamentale dei dati osservativi sui suoi componenti - osservazioni attinometriche.

Viene utilizzato nelle stazioni meteorologiche in Russia metodo termoelettrico misure dei flussi di radiazione. La radiazione misurata viene assorbita dalla superficie nera ricevente degli strumenti, si trasforma in calore e riscalda le giunzioni attive della termopila, mentre le giunzioni passive non vengono riscaldate dalla radiazione e hanno una temperatura inferiore. A causa della differenza di temperatura tra le giunzioni attiva e passiva, al terminale della termopila appare una forza termoelettromotrice proporzionale all'intensità della radiazione misurata. Pertanto, la maggior parte degli strumenti attinometrici lo sono parente- misurano non i flussi di radiazione stessi, ma quantità ad essi proporzionali - corrente o tensione. A questo scopo i dispositivi vengono collegati, ad esempio, ai multimetri digitali e in precedenza ai galvanometri a puntatore. Allo stesso tempo, il passaporto di ciascun dispositivo contiene il cosiddetto "fattore di conversione" - prezzo di divisione di un dispositivo di misurazione elettrica (W/m2). Questo moltiplicatore viene calcolato confrontando le letture di un particolare strumento relativo con le letture assoluto dispositivi - pireliometri.

Il principio di funzionamento dei dispositivi assoluti è diverso. Così, nel pireliometro di compensazione di Ångström, una piastra metallica annerita è esposta al sole, mentre un'altra piastra simile rimane all'ombra. Tra loro si forma una differenza di temperatura, che viene trasferita alle giunzioni dei termoelementi fissate alle piastre, e quindi viene eccitata una corrente termoelettrica. In questo caso, la corrente della batteria viene fatta passare attraverso la piastra protetta finché non si riscalda alla stessa temperatura della piastra al sole, dopodiché la corrente termoelettrica scompare. In base all'intensità della corrente “di compensazione” trasmessa, è possibile determinare la quantità di calore ricevuta dalla piastra annerita, che, a sua volta, sarà uguale alla quantità di calore ricevuta dalla prima piastra dal Sole. In questo modo è possibile determinare la quantità di radiazione solare.

Nelle stazioni meteorologiche in Russia (e precedentemente in URSS), che effettuano osservazioni dei componenti del bilancio di radiazione, l'omogeneità delle serie di dati attinometrici è assicurata dall'uso dello stesso tipo di strumenti e dalla loro attenta calibrazione, nonché dalla stessa tecniche di misurazione ed elaborazione dei dati. Come ricevitori della radiazione solare integrale (

Nell'attinometro termoelettrico Savinov-Yanishevskij, il cui aspetto è mostrato in Fig. 1.6, la parte ricevente è un sottile disco metallico annerito fatto di lamina d'argento, a cui sono incollate le giunzioni dispari (attive) della termopila attraverso l'isolamento. Durante le misurazioni, questo disco assorbe la radiazione solare, a seguito della quale aumenta la temperatura del disco e delle giunzioni attive. Le giunzioni pari (passive) sono incollate tramite isolamento ad un anello di rame nel corpo dell'apparecchio e hanno una temperatura prossima alla temperatura dell'aria esterna. Questa differenza di temperatura, chiudendo il circuito esterno della termopila, crea una corrente termoelettrica, la cui intensità è proporzionale all'intensità della radiazione solare.

Riso. 1.6.

In un piranometro (Fig. 1.7), la parte ricevente rappresenta molto spesso una batteria di termoelementi, ad esempio, costituiti da manganina e costantana, con giunzioni annerite e bianche, che vengono riscaldate in modo diseguale sotto l'influenza della radiazione in arrivo. La parte ricevente dell'apparecchio deve avere una posizione orizzontale per poter percepire la radiazione diffusa dall'intera volta celeste. Il piranometro è protetto dalle radiazioni dirette da uno schermo e protetto dalle controradiazioni atmosferiche da una copertura di vetro. Quando si misura la radiazione totale, il piranometro non è ombreggiato dai raggi diretti.

Riso. 1.7.

Uno speciale dispositivo (piastra pieghevole) permette di posizionare la testa del piranometro in due posizioni: ricevitore alto e ricevitore basso. In quest'ultimo caso il piranometro misura la radiazione ad onde corte riflessa dalla superficie terrestre. Nelle osservazioni del percorso, il cosiddetto albe-dometro escursionistico, che è una testa del piranometro collegata ad un gimbal basculante con una maniglia.

Il misuratore di bilancio termoelettrico è costituito da un corpo con una termopila, due piastre riceventi e una maniglia (Fig. 1.8). Il corpo a forma di disco (/) presenta un intaglio quadrato dove è montata la termopila (2). Maniglia ( 3 ), saldato al corpo, serve per installare il bilanciametro su un supporto.

Riso. 1.8.

Una piastra ricevente annerita del bilanciere è diretta verso l'alto, l'altra verso il basso, verso la superficie terrestre. Il principio di funzionamento di un misuratore di equilibrio non ombreggiato si basa sul fatto che tutti i tipi di radiazione che arrivano sulla superficie attiva (U, /) e Ea), vengono assorbiti dalla superficie ricevente annerita dell'apparecchio, rivolta verso l'alto, e tutti i tipi di radiazioni che fuoriescono dalla superficie attiva (/? k, /? l e E3), vengono assorbiti dalla piastra rivolta verso il basso. Ciascuna piastra ricevente emette anch'essa radiazioni a onde lunghe; inoltre avviene uno scambio termico con l'aria circostante e con il corpo dell'apparecchio. Tuttavia, a causa dell'elevata conduttività termica dell'alloggiamento, si verifica un maggiore trasferimento di calore, che non consente la formazione di una differenza di temperatura significativa tra le piastre riceventi. Per questo motivo si può trascurare la radiazione intrinseca di entrambe le piastre e, dalla differenza nel loro riscaldamento, si può determinare il valore del bilancio di radiazione di qualsiasi superficie nel piano su cui si trova il bilanciere.

Poiché le superfici riceventi del bilanciametro non sono coperte da una copertura di vetro (altrimenti sarebbe impossibile misurare la radiazione a onde lunghe), le letture di questo dispositivo dipendono dalla velocità del vento, che riduce la differenza di temperatura delle superfici riceventi. Per questo motivo, le letture del bilanciere portano a condizioni di calma, avendo precedentemente misurato la velocità del vento a livello dell'apparecchio.

Per registrazione automatica misurazioni, la corrente termoelettrica generata nei dispositivi sopra descritti viene fornita ad un potenziometro elettronico di registrazione. Le variazioni dell'intensità della corrente vengono registrate su un nastro di carta in movimento, mentre l'attinometro deve ruotare automaticamente in modo che la sua parte ricevente segua il Sole, e il piranometro deve essere sempre protetto dalle radiazioni dirette mediante una speciale protezione anulare.

Le osservazioni attinometriche, a differenza delle osservazioni meteorologiche di base, vengono effettuate sei volte al giorno ai seguenti orari: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30 e 18:30. Poiché l'intensità di tutti i tipi di radiazione a onde corte dipende dall'altezza del Sole sopra l'orizzonte, i periodi di osservazione sono fissati in base a tempo solare medio stazioni.

Valori caratteristici. L’entità dei flussi di radiazione diretta e totale gioca uno dei ruoli più importanti nell’analisi architettonica e climatica. È con la loro considerazione che sono associati l'orientamento degli edifici ai lati dell'orizzonte, la loro pianificazione dello spazio e le soluzioni cromatiche, la disposizione interna, la dimensione delle aperture di luce e una serie di altre caratteristiche architettoniche. Pertanto la variazione giornaliera e annuale dei valori caratteristici verrà considerata specificatamente per questi valori di radiazione solare.

Illuminamento energetico radiazione solare diretta sotto cieli sereni dipende dall'altezza del sole, dalle proprietà dell'atmosfera nel percorso del raggio solare, caratterizzato da coefficiente di trasparenza(un valore che mostra quale frazione di radiazione solare raggiunge la superficie terrestre quando i raggi del sole cadono verticalmente) e la lunghezza di questo percorso.

La radiazione solare diretta sotto cieli sereni ha un ciclo diurno abbastanza semplice con un massimo intorno a mezzogiorno (Fig. 1.9). Come segue dalla figura, durante il giorno il flusso della radiazione solare prima aumenta rapidamente, poi aumenta lentamente dall'alba a mezzogiorno e prima lentamente, quindi diminuisce rapidamente da mezzogiorno al tramonto. Le differenze nell'irraggiamento a mezzogiorno con cielo sereno in gennaio e luglio sono dovute principalmente alle differenze nell'altezza del Sole a mezzogiorno, che è inferiore in inverno che in estate. Allo stesso tempo, nelle regioni continentali si osserva spesso un'asimmetria del ciclo diurno, dovuta alla differenza di trasparenza atmosferica nelle ore mattutine e pomeridiane. La trasparenza dell’atmosfera influisce anche sull’andamento annuale dei valori medi mensili della radiazione solare diretta. La radiazione massima sotto un cielo sereno può spostarsi nei mesi primaverili, poiché in primavera il contenuto di polvere e umidità nell'atmosfera è inferiore che in autunno.

5 1,kW/m2

B", kW/m2

Riso. 1.9.

e in condizioni mediamente nuvolose (b):

7 - su una superficie perpendicolare ai raggi in luglio; 2 - su superficie orizzontale nel mese di luglio; 3 - su una superficie perpendicolare a gennaio; 4 - su una superficie orizzontale nel mese di gennaio

La nuvolosità riduce l'arrivo della radiazione solare e può modificarne notevolmente il ciclo diurno, che si manifesta nel rapporto tra le somme orarie pre e pomeridiane. Pertanto, nella maggior parte delle regioni continentali della Russia, nei mesi primaverili-estivi, la quantità oraria di radiazione diretta nelle ore pre-mezzogiorno è maggiore che nel pomeriggio (Fig. 1.9, B). Ciò è determinato principalmente dalla variazione diurna della nuvolosità, che comincia a svilupparsi alle ore 9-10 e raggiunge il massimo nelle ore pomeridiane, riducendo così l'irraggiamento. La riduzione complessiva dell’afflusso di radiazione solare diretta in condizioni reali di cielo nuvoloso può essere molto significativa. Ad esempio, a Vladivostok, con il suo clima monsonico, queste perdite in estate ammontano al 75%, e a San Pietroburgo, anche in un anno medio, le nuvole impediscono al 65% delle radiazioni dirette di raggiungere la superficie terrestre, a Mosca - circa la metà .

Distribuzione importi annuali la radiazione solare diretta in condizioni mediamente nuvolose sul territorio della Russia è mostrata in Fig. 1.10. Questo fattore, che riduce la quantità di radiazione solare, dipende in larga misura dalla circolazione atmosferica, che porta allo sconvolgimento della distribuzione latitudinale della radiazione.

Come si può vedere dalla figura, in generale, le quantità annue di radiazione diretta che arrivano su una superficie orizzontale aumentano dalle alte alle basse latitudini da 800 a quasi 3000 MJ/m2. Un gran numero di nubi nella parte europea della Russia porta ad una diminuzione delle quantità annue rispetto alle regioni della Siberia orientale, dove, soprattutto a causa dell'influenza dell'anticiclone asiatico in inverno, le quantità annue aumentano. Allo stesso tempo, il monsone estivo porta ad una diminuzione dell’afflusso annuale di radiazioni nelle zone costiere dell’Estremo Oriente. La gamma di variazioni nell'intensità mezzogiorno della radiazione solare diretta sul territorio della Russia varia da 0,54-0,91 kW/m 2 in estate a 0,02-0,43 kW/m 2 in inverno.

Radiazione diffusa anche l'ingresso sulla superficie orizzontale cambia durante la giornata, aumentando fino a mezzogiorno e diminuendo dopo (Fig. 1.11).

Come nel caso della radiazione solare diretta, l'arrivo della radiazione diffusa è influenzato non solo dall'altezza del sole e dalla durata del giorno, ma anche dalla trasparenza dell'atmosfera. Tuttavia, una diminuzione di quest'ultima porta ad un aumento della radiazione diffusa (rispetto alla radiazione diretta). Inoltre, la radiazione diffusa dipende in larga misura dalla nuvolosità: in condizioni mediamente nuvolose il suo arrivo è più del doppio dei valori osservati con cielo sereno. In alcuni giorni la nuvolosità aumenta questa cifra di 3-4 volte. Pertanto, la radiazione diffusa può integrare in modo significativo la radiazione diretta, soprattutto in una posizione bassa del Sole.

Riso. 1.10. Radiazione solare diretta che arriva su una superficie orizzontale in condizioni mediamente nuvolose, MJ/m2 all'anno (1 MJ/m2 = 0,278 kW? h/m2)

/), kW/m2 0,3 g

0,2 -
0,1 -

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Ore

Riso. 1.11.

e in condizioni mediamente nuvolose (b)

La quantità di radiazione solare diffusa ai tropici varia dal 50 al 75% della radiazione diretta; a 50-60° di latitudine è prossimo alla radiazione solare diretta, mentre alle alte latitudini supera la radiazione solare diretta quasi tutto l'anno.

Un fattore molto importante che influenza il flusso della radiazione diffusa è albedo superficie sottostante. Se l'albedo è sufficientemente grande, la radiazione riflessa dalla superficie sottostante, diffusa dall'atmosfera, può causare un aumento significativo dell'arrivo della radiazione diffusa. L'effetto è più pronunciato in presenza di manto nevoso, che ha la maggiore riflettività.

Radiazione totale sotto un cielo senza nuvole (possibile radiazione) dipende dalla latitudine del luogo, dall'altezza del sole, dalle proprietà ottiche dell'atmosfera e dalla natura della superficie sottostante. In condizioni di cielo sereno ha un ciclo diurno semplice con un massimo a mezzogiorno. L'asimmetria del ciclo diurno, caratteristica della radiazione diretta, si evidenzia poco nella radiazione totale, poiché la diminuzione della radiazione diretta dovuta all'aumento della torbidità atmosferica nella seconda metà della giornata è compensata da un aumento della radiazione diffusa dovuta alla lo stesso fattore. Nel corso annuale si registra l'intensità massima della radiazione totale sotto cieli sereni su gran parte del territorio

territorio della Russia si osserva a giugno a causa dell'altezza massima del sole a mezzogiorno. Tuttavia, in alcune aree, a questa influenza si sovrappone l'influenza della trasparenza atmosferica e il massimo si sposta verso maggio (ad esempio, in Transbaikalia, Primorye, Sakhalin e in alcune regioni della Siberia orientale). La distribuzione delle quantità mensili e annuali della radiazione solare totale sotto un cielo senza nuvole è riportata nella tabella. 1.9 e nella Fig. 1.12 sotto forma di valori medi di latitudine.

Dalla tabella e dalla figura è chiaro che in tutte le stagioni dell'anno sia l'intensità che la quantità di radiazione aumentano da nord a sud in conformità con il cambiamento dell'altitudine del sole. L'eccezione è il periodo da maggio a luglio, quando la combinazione della lunga durata del giorno e dell'altitudine del sole fornisce valori abbastanza elevati di radiazione totale nel nord e in tutta la Russia, il campo di radiazione è offuscato, cioè. non ha gradienti pronunciati.

Tabella 1.9

Radiazione solare totale su una superficie orizzontale

con cielo sereno (kW h/m 2)

	Latitudine geografica, °N









settembre

Riso. 1.12. Radiazione solare totale su una superficie orizzontale con cielo sereno a varie latitudini (1 MJ/m2 = 0,278 kWh/m2)

Se c'è nuvolosità la radiazione solare totale è determinata non solo dal numero e dalla forma delle nuvole, ma anche dallo stato del disco solare. Quando il disco solare splende attraverso le nuvole, la radiazione totale rispetto alle condizioni senza nuvole può addirittura aumentare a causa di un aumento della radiazione diffusa.

Per condizioni mediamente nuvolose si osserva una variazione giornaliera del tutto naturale della radiazione totale: un aumento graduale dall'alba a mezzogiorno e una diminuzione da mezzogiorno al tramonto. Allo stesso tempo, la variazione diurna della nuvolosità rompe la simmetria della variazione relativa al mezzogiorno, caratteristica di un cielo sereno. Pertanto, nella maggior parte delle regioni della Russia durante il periodo caldo, i valori della radiazione totale prima di mezzogiorno sono superiori del 3-8% rispetto ai valori pomeridiani, ad eccezione delle regioni monsoniche dell'Estremo Oriente, dove il rapporto è il opposto. Nel corso annuale delle somme mensili medie a lungo termine della radiazione totale, insieme al fattore astronomico determinante, appare un fattore di circolazione (attraverso l'influenza della nuvolosità), per cui il massimo può spostarsi da giugno a luglio e persino a maggio (Fig. .1.13).

600 -
500 -
400 -
300 -
200 -

M. Chelyuskin

Salechard

Arcangelo

San Pietroburgo

Petropavlovsk

Kamchatskij

Khabarovsk

Astrakan

Riso. 1.13. Radiazione solare totale su una superficie orizzontale nelle singole città della Russia in condizioni reali di cielo nuvoloso (1 MJ/m 2 = 0,278 kWh/m 2)

5", MJ/m2 700

Pertanto, l’effettivo arrivo mensile e annuale della radiazione totale è solo una parte di ciò che è possibile. Le maggiori deviazioni tra le quantità effettive e quelle possibili si osservano in estate in Estremo Oriente, dove la nuvolosità riduce la radiazione totale del 40-60%. In generale, l'afflusso annuo totale di radiazione totale varia attraverso il territorio della Russia in direzione latitudinale, aumentando da 2800 MJ/m2 sulle coste dei mari settentrionali a 4800-5000 MJ/m2 nelle regioni meridionali della Russia - Nord Caucaso, regione del Basso Volga, Transbaikalia e territorio di Primorsky (Fig. 1.14).

Riso. 1.14. Radiazione totale che arriva su una superficie orizzontale, MJ/m2 all'anno

In estate, le differenze nella radiazione solare totale in condizioni reali di nuvolosità tra città situate a latitudini diverse non sono così “drammatiche” come potrebbe sembrare a prima vista. Per la parte europea della Russia da Astrakhan a Capo Chelyuskin questi valori sono compresi tra 550 e 650 MJ/m2. In inverno, nella maggior parte delle città, ad eccezione dell'Artico, dove inizia la notte polare, la radiazione totale è di 50-150 MJ/m2 al mese.

Per fare un confronto: gli indicatori di calore medi di gennaio per lo sviluppo urbano (calcolati sulla base dei dati reali per Mosca) vanno da 220 MJ/m2 al mese nei centri urbani a 120-150 MJ/m2 nelle aree interautostradali con sviluppo residenziale a bassa densità. Nei territori delle zone di produzione e delle zone di deposito di servizi, gli indicatori di calore a gennaio sono 140 MJ/m 2 . La radiazione solare totale a Mosca nel mese di gennaio è di 62 MJ/m 2. Così, in inverno, attraverso lo sfruttamento della radiazione solare, è possibile coprire non più del 10-15% (tenendo conto dell'efficienza dei pannelli solari del 40%) del calore calcolato di un edificio a media densità, anche in Irkutsk e Yakutsk, famose per il loro clima invernale soleggiato, anche se il loro territorio è completamente ricoperto di pannelli fotovoltaici.

In estate la radiazione solare totale aumenta di 6-9 volte e il consumo di calore si riduce di 5-7 volte rispetto all’inverno. Gli indici di calore nel mese di luglio scendono a 35 MJ/m2 o meno nelle aree residenziali e a 15 MJ/m2 o meno nelle aree industriali. a valori costituenti non più del 3-5% della radiazione solare totale. Pertanto, d'estate, quando il fabbisogno di riscaldamento e illuminazione è minimo, in tutta la Russia c'è un eccesso di questa risorsa naturale rinnovabile e non riciclabile, il che mette ancora una volta in discussione la fattibilità dell'utilizzo dei pannelli fotovoltaici, almeno nelle città e nei condomini .

Il consumo di elettricità (senza riscaldamento e fornitura di acqua calda), legato anche alla distribuzione disomogenea della superficie edificabile totale, alla densità di popolazione e alla destinazione funzionale dei vari territori, è in

La densità di calore è l'indicatore medio del consumo di tutti i tipi di energia (elettricità, riscaldamento, fornitura di acqua calda) per 1 m 2 dell'area dell'edificio.

casi da 37 MJ/m 2 al mese (calcolati come 1/12 della quantità annua) in aree densamente edificate e fino a 10-15 MJ/m 2 al mese in aree a bassa densità edilizia. Durante le ore diurne e in estate il consumo di elettricità diminuisce naturalmente. La densità del consumo di elettricità nel mese di luglio nella maggior parte delle aree residenziali e ad uso misto è di 8-12 MJ/m2, con la radiazione solare totale in condizioni reali nuvolose a Mosca di circa 600 MJ/m2. Pertanto, per coprire il fabbisogno energetico delle aree urbane (prendendo l'esempio di Mosca), è necessario utilizzare solo circa l'1,5-2% della radiazione solare. La radiazione rimanente, se smaltita, sarà in eccesso. Allo stesso tempo, deve ancora essere risolta la questione dell'accumulo e della conservazione della radiazione solare diurna per l'illuminazione serale e notturna, quando il carico sui sistemi di alimentazione è massimo e il sole splende poco o per nulla. Ciò richiederà la trasmissione di elettricità su lunghe distanze tra le aree in cui il Sole è ancora piuttosto alto e quelle in cui il Sole è già tramontato sotto l’orizzonte. Allo stesso tempo, le perdite di elettricità nelle reti saranno paragonabili ai risparmi ottenuti attraverso l'uso dei pannelli fotovoltaici. Oppure sarà necessario utilizzare batterie ad alta capacità, la cui produzione, installazione e successivo smaltimento richiederà costi energetici che difficilmente potranno essere coperti dai risparmi energetici accumulati durante l'intero periodo di funzionamento.

Un altro fattore, non meno importante, che rende discutibile la fattibilità del passaggio ai pannelli solari come fonte alternativa di alimentazione elettrica su scala cittadina è che, in ultima analisi, il funzionamento delle celle fotovoltaiche porterà ad un aumento significativo della radiazione solare assorbita in città, e di conseguenza ad un aumento della temperatura dell'aria in città in estate. Pertanto, contemporaneamente al raffreddamento dovuto ai pannelli fotovoltaici e ai condizionatori interni alimentati da essi, si verificherà un generale aumento della temperatura dell’aria in città, che alla fine ridurrà a zero tutti i benefici economici e ambientali derivanti dal risparmio di energia elettrica attraverso l’uso di energia naturale. pannelli fotovoltaici molto costosi.

Ne consegue che l'installazione di apparecchiature per convertire la radiazione solare in elettricità è giustificata in un elenco molto limitato di casi: solo in estate, solo in regioni climatiche con tempo secco, caldo e parzialmente nuvoloso, solo in piccole città o singoli villaggi di cottage, e solo se tale energia elettrica viene utilizzata per far funzionare gli impianti di climatizzazione e ventilazione dell'ambiente interno degli edifici. In altri casi - in altre zone, in altre condizioni urbane e in altri periodi dell'anno - l'uso di pannelli fotovoltaici e collettori solari per le esigenze di fornitura di elettricità e calore agli edifici ordinari nelle città di medie e grandi dimensioni situate in un clima temperato è inefficace.

Significato bioclimatico della radiazione solare. Il ruolo determinante dell'impatto della radiazione solare sugli organismi viventi si riduce alla partecipazione alla formazione della loro radiazione e agli equilibri termici dovuti all'energia termica nelle parti visibili e infrarosse dello spettro solare.

Raggi visibili sono particolarmente importanti per gli organismi. La maggior parte degli animali, come gli esseri umani, sono bravi a distinguere la composizione spettrale della luce e alcuni insetti vedono anche nella gamma degli ultravioletti. Avere una visione chiara e un orientamento leggero è un importante fattore di sopravvivenza. Ad esempio, in una persona, la presenza della visione dei colori è uno dei fattori più psico-emotivi e ottimizzanti della vita. Essere all'oscuro ha l'effetto opposto.

Come sapete, le piante verdi sintetizzano la materia organica e, quindi, producono cibo per tutti gli altri organismi, compreso l'uomo. Questo processo, essenziale per la vita, avviene durante l'assimilazione della radiazione solare e le piante utilizzano una certa gamma dello spettro nell'intervallo di lunghezze d'onda 0,38-0,71 micron. Questa radiazione si chiama radiazione fotosinteticamente attiva(PAR) ed è molto importante per la produttività delle piante.

La parte visibile della luce crea un'illuminazione naturale. In relazione ad esso, tutte le piante sono divise in amanti della luce e tolleranti all'ombra. La luce insufficiente provoca debolezza dello stelo, indebolisce la formazione di spighe e spighe sulle piante, riduce il contenuto di zucchero e la quantità di oli nelle piante coltivate e rende difficile l'uso di nutrienti minerali e fertilizzanti.

Effetto biologico raggi infrarossi consiste in un effetto termico quando vengono assorbiti dai tessuti di piante e animali. In questo caso, l'energia cinetica delle molecole cambia e i processi elettrici e chimici accelerano. Grazie alla radiazione infrarossa viene compensata la mancanza di calore (soprattutto nelle zone di alta montagna e alle alte latitudini) ricevuta da piante e animali dallo spazio circostante.

Radiazioni ultraviolette in base alle proprietà biologiche e agli effetti sull'uomo, sono solitamente divisi in tre regioni: regione A - con lunghezze d'onda da 0,32 a 0,39 micron; regione B - da 0,28 a 0,32 μm e regione C - da 0,01 a 0,28 μm. La regione A è caratterizzata da un effetto biologico relativamente debolmente espresso. Provoca la fluorescenza solo di alcune sostanze organiche; nell'uomo favorisce la formazione di pigmenti cutanei e lievi eritemi (arrossamenti della pelle).

I raggi dell'area B sono molto più attivi: varie reazioni degli organismi all'irradiazione ultravioletta, cambiamenti nella pelle, nel sangue, ecc. dovuto principalmente a loro. Il noto effetto vitaminico delle radiazioni ultraviolette è che i nutrienti dell'ergosterone vengono convertiti in vitamina O, che ha un forte effetto stimolante sulla crescita e sul metabolismo.

L'effetto biologico più potente sulle cellule viventi è esercitato dai raggi dell'area C. L'effetto battericida della luce solare è dovuto principalmente a loro. A piccole dosi, i raggi ultravioletti sono necessari per le piante, gli animali e gli esseri umani, soprattutto i bambini. Tuttavia, in grandi quantità, i raggi della regione C sono distruttivi per tutti gli esseri viventi e la vita sulla Terra è possibile solo perché questa radiazione a onde corte è quasi completamente bloccata dallo strato di ozono dell’atmosfera. La soluzione al problema dell’impatto di dosi eccessive di radiazioni ultraviolette sulla biosfera e sull’uomo è diventata particolarmente urgente negli ultimi decenni a causa dell’assottigliamento dello strato di ozono dell’atmosfera terrestre.

L'effetto della radiazione ultravioletta (UVR) che raggiunge la superficie terrestre su un organismo vivente è molto vario. Come accennato in precedenza, a dosi moderate ha un effetto benefico: aumenta la vitalità e aumenta la resistenza dell’organismo alle malattie infettive. Una mancanza di UVR porta a fenomeni patologici chiamati carenza di UV o fame di UV e si manifesta in una mancanza di vitamina E, che porta ad un'interruzione del metabolismo del fosforo-calcio nel corpo.

L'eccesso di raggi UV può portare a conseguenze molto gravi: la formazione di cancro della pelle, lo sviluppo di altre formazioni oncologiche, la comparsa di fotocheratite ("cecità da neve"), fotocongiuntivite e persino cataratta; interruzione del sistema immunitario degli organismi viventi, nonché processi mutageni nelle piante; cambiamenti nelle proprietà e distruzione dei materiali polimerici ampiamente utilizzati nell'edilizia e nell'architettura. Ad esempio, le radiazioni UV possono scolorire le vernici per facciate o portare alla distruzione meccanica delle finiture polimeriche e dei prodotti edili strutturali.

Significato architettonico e costruttivo della radiazione solare. I dati sull'energia solare vengono utilizzati nel calcolo del bilancio termico degli edifici e dei sistemi di riscaldamento e condizionamento dell'aria, nell'analisi dei processi di invecchiamento di vari materiali, tenendo conto dell'effetto delle radiazioni sullo stato termico di una persona, scegliendo la composizione ottimale delle specie di spazi verdi per abbellire una particolare area e molti altri scopi. La radiazione solare determina il regime di illuminazione naturale della superficie terrestre, la cui conoscenza è necessaria quando si pianifica il consumo energetico, si progettano varie strutture e si organizzano i trasporti. Pertanto, il regime di radiazione è uno dei principali fattori di pianificazione urbana, architettonica e costruttiva.

L'irraggiamento degli edifici è una delle condizioni più importanti per lo sviluppo igienico, pertanto viene prestata particolare attenzione all'irradiazione delle superfici mediante luce solare diretta come importante fattore ambientale. Allo stesso tempo, il Sole non ha solo un effetto igienico sull'ambiente interno, uccidendo organismi patogeni, ma ha anche un effetto psicologico su una persona. L'effetto di tale irradiazione dipende dalla durata del processo di esposizione alla luce solare, pertanto l'insolazione viene misurata in ore e la sua durata è standardizzata dai documenti pertinenti del Ministero della Salute russo.

La radiazione solare minima richiesta, che garantisce condizioni confortevoli per l'ambiente interno degli edifici, condizioni per il lavoro e il riposo umani, consiste nell'illuminazione richiesta dei locali di vita e di lavoro, nella quantità di radiazione ultravioletta richiesta per il corpo umano, nella quantità di calore assorbito da recinzioni esterne e trasferiti all'interno degli edifici, garantendo il comfort termico dell'ambiente interno. Sulla base di questi requisiti vengono prese le decisioni architettoniche e progettuali e viene determinato l'orientamento dei soggiorni, delle cucine, degli spazi di servizio e di lavoro. Se l'irraggiamento solare è eccessivo è necessario installare logge, persiane, persiane e altri dispositivi di protezione solare.

Si consiglia di effettuare l’analisi delle quantità di radiazione solare (diretta e diffusa) che arriva su superfici diversamente orientate (verticale e orizzontale) sulla seguente scala:

meno di 50 kW h/m 2 al mese - radiazione insignificante;
50-100 kW h/m 2 al mese - irraggiamento medio;
100-200 kW h/m 2 al mese - elevato irraggiamento;
più di 200 kW h/m 2 al mese - eccesso di radiazione.

Considerando la radiazione insignificante osservata alle latitudini temperate soprattutto nei mesi invernali, il suo contributo al bilancio termico degli edifici è così piccolo che può essere trascurato. Con la radiazione media alle latitudini temperate, si verifica una transizione verso la regione dei valori negativi del bilancio radiativo della superficie terrestre e degli edifici, strutture, superfici artificiali, ecc. Situati su di essa. A questo proposito, iniziano a perdere più energia termica durante il ciclo quotidiano di quanta ne ricevano calore dal sole durante il giorno. Queste perdite nel bilancio termico degli edifici non sono coperte dalle fonti di calore interne (elettrodomestici, condutture dell'acqua calda, generazione di calore metabolico delle persone, ecc.) e devono essere compensate dal funzionamento degli impianti di riscaldamento - inizia il periodo di riscaldamento.

Con elevata radiazione e condizioni reali di nuvolosità, il fondo termico dell'area urbana e l'ambiente interno degli edifici si trova nella zona di comfort senza l'uso di sistemi di riscaldamento e raffreddamento artificiali.

Con l'eccesso di radiazione nelle città alle latitudini temperate, in particolare quelle situate nei climi continentali temperati e fortemente continentali, in estate si può osservare il surriscaldamento degli edifici e dei loro ambienti interni ed esterni. A questo proposito, gli architetti si trovano di fronte al compito di proteggere l'ambiente architettonico dall'eccessiva insolazione. Vengono utilizzate soluzioni adeguate di pianificazione dello spazio, vengono selezionati l'orientamento ottimale degli edifici lungo l'orizzonte, gli elementi architettonici di protezione solare delle facciate e le aperture di luce. Se i mezzi architettonici di protezione dal surriscaldamento non bastano, allora nasce la necessità di condizionare artificialmente l'ambiente interno degli edifici.

Il regime di radiazione influenza anche la scelta dell'orientamento e della dimensione delle aperture di luce. A basso irraggiamento, la dimensione delle aperture di luce può essere aumentata a qualsiasi dimensione, a condizione che la perdita di calore attraverso le recinzioni esterne sia mantenuta ad un livello non superiore a quello standard. In caso di radiazione eccessiva, le aperture di luce sono di dimensioni minime, garantendo i requisiti di insolazione e illuminazione naturale dei locali.

La leggerezza delle facciate, che ne determina la riflettività (albedo), viene scelta anche in base alle esigenze di protezione solare o, al contrario, tenendo conto della possibilità di massimo assorbimento della radiazione solare in zone con climi freschi e freddo umidi e con livelli medi o bassi della radiazione solare nei mesi estivi. Per selezionare i materiali di rivestimento in base alla loro capacità riflettente, è necessario sapere quanta radiazione solare raggiunge le pareti degli edifici di diverso orientamento e qual è la capacità dei vari materiali di assorbire tale radiazione. Poiché l'arrivo delle radiazioni sulla parete dipende dalla latitudine del luogo e da come è orientata la parete rispetto ai lati dell'orizzonte, da questa dipenderà il riscaldamento della parete e la temperatura all'interno dei locali ad essa adiacenti.

La capacità di assorbimento dei vari materiali di finitura delle facciate dipende dal loro colore e dalle loro condizioni (Tabella 1.10). Se si conosce la quantità mensile di radiazione solare che arriva alle pareti di diverso orientamento 1 e l'albedo di queste pareti, è possibile determinare la quantità di calore da esse assorbita.

Tabella 1.10

Capacità di assorbimento dei materiali da costruzione

I dati sulla quantità di radiazione solare in arrivo (diretta e diffusa) sotto un cielo senza nuvole su superfici verticali di vari orientamenti sono forniti nella joint venture “Building Climatology”.

Nome del materiale e lavorazione	Caratteristica superfici	superfici	Radiazione assorbita,%
Cemento intonacato	Ruvido
		Azzurro
		Grigio scuro
		Bluastro
	Tagliato
		Giallastro marrone


	Lucidato
	Taglio netto	Grigio chiaro
	Tagliato
Tetto
Ruberoid		marrone
Cink Acciaio		Grigio chiaro
Tegole

Selezionando materiali e colori appropriati per gli involucri edilizi, ad es. Modificando l'albedo delle pareti, è possibile modificare la quantità di radiazione assorbita dalla parete e, quindi, ridurre o aumentare il riscaldamento delle pareti da parte del calore solare. Questa tecnica è utilizzata attivamente nell'architettura tradizionale di vari paesi. Tutti sanno che le città del sud si distinguono per la colorazione generale chiara (bianca con decorazioni colorate) della maggior parte degli edifici residenziali, mentre, ad esempio, le città scandinave sono principalmente città costruite con mattoni scuri o che utilizzano assi di colore scuro per il rivestimento degli edifici.

Si stima che 100 kWh/m2 di radiazione assorbita aumentino la temperatura della superficie esterna di circa 4°C. Nella maggior parte delle regioni della Russia, le pareti degli edifici ricevono questa quantità di radiazioni in media ogni ora se sono orientate a sud e a est, nonché a ovest, sud-ovest e sud-est se sono di mattoni scuri e non sono intonacate o intonacate. hanno intonaco di colore scuro.

Per passare dalla temperatura media mensile della parete senza tener conto dell'irraggiamento alla caratteristica più frequentemente utilizzata nei calcoli di ingegneria termica - la temperatura dell'aria esterna - viene introdotto un ulteriore additivo termico A, a seconda della quantità mensile di radiazione solare assorbita dalla parete V.C(Fig. 1.15). Pertanto, conoscendo l'intensità della radiazione solare totale che arriva alla parete e l'albedo della superficie di questa parete, è possibile calcolarne la temperatura introducendo un'opportuna correzione alla temperatura dell'aria.

V.C., kWh/m2

Riso. 1.15. Aumento della temperatura della superficie esterna della parete dovuto all'assorbimento della radiazione solare

Nel caso generale, l’aggiunta di temperatura dovuta alla radiazione assorbita viene determinata ceteris paribus, cioè alla stessa temperatura dell'aria, umidità e resistenza termica della struttura di contenimento, indipendentemente dalla velocità del vento.

Con tempo sereno, a mezzogiorno le pareti meridionali, prima di mezzogiorno quelle sud-orientali e nel pomeriggio quelle sud-occidentali possono assorbire fino a 350-400 kWh/m 2 di calore solare e riscaldarsi in modo che la loro temperatura possa essere 15-20 ° C più alta all'esterno. temperatura dell'aria. Ciò crea una grande temperatura

trust tra le mura dello stesso edificio. Questi contrasti in alcune zone risultano significativi non solo in estate, ma anche nella stagione fredda con tempo soleggiato e poco ventoso, anche con temperature dell'aria molto basse. Le strutture metalliche sono particolarmente suscettibili al surriscaldamento. Così, secondo le osservazioni disponibili, in Yakutia, situata in un clima temperato bruscamente continentale, caratterizzato da un tempo parzialmente nuvoloso in inverno ed estate, a mezzogiorno con un cielo sereno, le parti in alluminio delle strutture di recinzione e il tetto della centrale idroelettrica di Yakut le stazioni vengono riscaldate 40-50°C sopra la temperatura dell'aria, anche a valori bassi di quest'ultima.

Il surriscaldamento delle pareti coibentate dovuto all'assorbimento della radiazione solare deve essere previsto già in fase di progettazione architettonica. Questo effetto richiede non solo la protezione delle pareti dall'eccessiva insolazione mediante metodi architettonici, ma anche soluzioni progettuali adeguate per gli edifici, l'uso di sistemi di riscaldamento di diversa potenza per facciate diversamente orientate, l'inclusione di cuciture nella progettazione per alleviare lo stress nelle strutture e violazione della tenuta dei giunti a causa delle loro deformazioni termiche, ecc.

Nella tabella 1.11 mostra come esempio la quantità mensile di radiazione solare assorbita nel mese di giugno per diversi oggetti geografici dell'ex Unione Sovietica a determinati valori di albedo. Da questa tabella si può vedere che se l'albedo della parete settentrionale dell'edificio è del 30% e quella meridionale del 50%, allora a Odessa, Tbilisi e Tashkent si surriscaldano nella stessa misura. Se nelle regioni settentrionali l'albedo del muro settentrionale viene ridotto al 10%, riceverà quasi 1,5 volte più calore di un muro con un'albedo del 30%.

Tabella 1.11

Quantità mensili di radiazione solare assorbite dalle pareti degli edifici nel mese di giugno a vari valori di albedo (kW h/m2)

Negli esempi sopra riportati, sulla base dei dati sulla radiazione solare totale (diretta e diffusa) contenuti nella joint venture "Building Climatology" e nei libri di riferimento sul clima, la radiazione solare riflessa dalla superficie terrestre e dagli oggetti circostanti (ad esempio, edifici esistenti) che arriva a varie pareti degli edifici. Dipende meno dal loro orientamento, motivo per cui non è riportato nei documenti normativi per l'edilizia. Tuttavia, questa radiazione riflessa può essere piuttosto intensa e paragonabile in potenza alla radiazione diretta o diffusa. Pertanto, durante la progettazione architettonica è necessario tenerne conto, calcolando per ogni caso specifico.

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