Sunčevo zračenje je najveći ulaz. Utjecaj sunčevog zračenja na čovjeka

Sunčevo zračenje je vodeći čimbenik koji stvara klimu i praktički jedini izvor energije za sve fizičke procese koji se odvijaju na Zemlji. Zemljina površina i u svojoj atmosferi. Određuje vitalnu aktivnost organizama, stvarajući jedan ili drugi temperaturni režim; dovodi do stvaranja oblaka i oborina; je temeljni uzrok općeg kruženja atmosfere, čime ima ogroman utjecaj na ljudski život u svim njegovim manifestacijama. Sunčevo zračenje je u graditeljstvu i arhitekturi najvažniji okolišni čimbenik - o tome ovisi orijentacija zgrada, njihova konstruktivna, prostorno-planska, koloristička, plastična rješenja i mnoge druge značajke.

Prema GOST R 55912-2013 "Građevinska klimatologija", usvojene su sljedeće definicije i koncepti koji se odnose na sunčevo zračenje:

• izravno zračenje - dio ukupnog sunčevog zračenja koji ulazi na površinu u obliku snopa paralelnih zraka koji dolazi izravno iz vidljivog sunčevog diska;
• raspršeno sunčevo zračenje- dio ukupnog sunčevog zračenja koji dolazi na površinu s cijelog neba nakon raspršivanja u atmosferi;
• reflektirano zračenje- dio ukupnog sunčevog zračenja reflektiranog od podloge (uključujući fasade, krovove zgrada);
• intenzitet sunčevog zračenja- količina sunčevog zračenja koja u jedinici vremena prolazi kroz jedno područje koje se nalazi okomito na zrake.

Sve vrijednosti sunčevog zračenja u modernim domaćim GOST-ovima, SP (SNiP) i drugima normativni dokumenti povezane s graditeljstvom i arhitekturom mjere se u kilovatima po satu po 1 m 2 (kW h / m 2). U pravilu se kao jedinica vremena uzima mjesec. Da biste dobili trenutnu (drugu) vrijednost snage toka sunčevog zračenja (kW / m 2), vrijednost dana za mjesec treba podijeliti s brojem dana u mjesecu, brojem sati u danu i sekundama u satima.

U mnogim ranim izdanjima građevinskih propisa i u mnogim modernim referentnim knjigama o klimatologiji, vrijednosti sunčevog zračenja dane su u megadžulima ili kilokalorijama po m 2 (MJ / m 2, Kcal / m 2). Koeficijenti za pretvorbu tih veličina iz jedne u drugu dati su u Dodatku 1.

fizičko lice. Sunčevo zračenje na Zemlju dolazi sa Sunca. Sunce nam je najbliža zvijezda, koja je od Zemlje u prosjeku udaljena 149 450 000 km. Početkom srpnja, kada je Zemlja najudaljenija od Sunca ("afel"), ta se udaljenost povećava na 152 milijuna km, a početkom siječnja smanjuje se na 147 milijuna km ("perihel").

Unutar solarne jezgre temperatura prelazi 5 milijuna K, a tlak je nekoliko milijardi puta veći od zemaljskog, uslijed čega se vodik pretvara u helij. U tijeku te termonuklearne reakcije nastaje energija zračenja koja se širi od Sunca u svim smjerovima u obliku elektromagnetskih valova. Istovremeno na Zemlju dolazi cijeli spektar valnih duljina, koji se u meteorologiji obično dijeli na kratkovalne i dugovalne dijelove. kratkotalasni poziva zračenje u rasponu valnih duljina od 0,1 do 4 mikrona (1 mikron \u003d 10 ~ 6 m). Zračenje velikih duljina (od 4 do 120 mikrona) naziva se dugovalni. Sunčevo zračenje je pretežno kratkovalno – naznačeni raspon valnih duljina čini 99% ukupne energije sunčevog zračenja, dok Zemljina površina i atmosfera emitiraju dugovalno zračenje, a mogu reflektirati samo kratkovalno zračenje.

Sunce je izvor ne samo energije, već i svjetlosti. Vidljiva svjetlost zauzima uski raspon valnih duljina, samo od 0,40 do 0,76 mikrona, ali 47% ukupne sunčeve energije zračenja sadržano je u tom intervalu. Svjetlost valne duljine od oko 0,40 µm percipira se kao ljubičasta, a valne duljine od oko 0,76 µm kao crvena. Sve ostale valne duljine ljudsko oko ne percipira; nevidljivi su za nas 1 . Infracrveno zračenje (od 0,76 do 4 mikrona) čini 44%, a ultraljubičasto (od 0,01 do 0,39 mikrona) - 9% ukupne energije. Maksimalna energija u spektru sunčevog zračenja na gornjoj granici atmosfere leži u plavo-plavom području spektra, a blizu površine zemlje - u žuto-zelenoj.

Kvantitativna mjera sunčevog zračenja koje ulazi na određenu površinu je energetsko osvjetljenje, ili tok sunčevog zračenja, - količina energije zračenja koja pada na jedinicu površine u jedinici vremena. Maksimalna količina sunčevog zračenja ulazi u gornju granicu atmosfere i karakterizira je vrijednost solarne konstante. Solarna konstanta - je tok sunčevog zračenja na gornjoj granici Zemljine atmosfere kroz područje okomito na sunčeve zrake, na prosječnoj udaljenosti Zemlje od Sunca. Prema posljednjim podacima koje je odobrila Svjetska meteorološka organizacija (WMO) 2007. godine, ova vrijednost iznosi 1.366 kW/m 2 (1366 W/m 2).

Mnogo manje sunčevog zračenja dopire do površine zemlje, jer dok se kreće sunčeve zrake kroz atmosferu zračenje prolazi kroz niz značajnih promjena. Dio se apsorbira atmosferskim plinovima i aerosolima te prelazi u toplinu, t.j. ide na zagrijavanje atmosfere, a dio se raspršuje i prelazi u poseban oblik difuznog zračenja.

Postupak preuzimanja zračenje u atmosferi je selektivno - različiti plinovi ga apsorbiraju različitim područjima spektra i u različitim stupnjevima. Glavni plinovi koji apsorbiraju sunčevo zračenje su vodena para (H 2 0), ozon (0 3) i ugljični dioksid (CO 2). Primjerice, kao što je već spomenuto, stratosferski ozon u potpunosti apsorbira zračenje štetno za žive organizme valnih duljina kraćih od 0,29 mikrona, zbog čega je ozonski omotač prirodni štit za postojanje života na Zemlji. U prosjeku, ozon apsorbira oko 3% sunčevog zračenja. U crvenom i infracrvenom području spektra, vodena para najviše apsorbira sunčevo zračenje. Međutim, u istom području spektra nalaze se apsorpcijski pojasevi ugljičnog dioksida

Više detalja o svjetlu i boji raspravlja se u drugim dijelovima discipline "Arhitektonska fizika".

općenito, njegova je apsorpcija izravnog zračenja mala. Apsorpcija sunčevog zračenja događa se i aerosolima prirodnog i antropogenog podrijetla, osobito česticama čađe. Ukupno vodena para i aerosoli apsorbiraju oko 15% sunčevog zračenja, a oko 5% oblaci.

Rasipanje zračenje je fizički proces interakcije između elektromagnetskog zračenja i tvari, tijekom kojeg molekule i atomi apsorbiraju dio zračenja, a zatim ga ponovno emitiraju u svim smjerovima. Ovo je vrlo važan proces, koji ovisi o omjeru veličine čestica raspršenja i valne duljine upadnog zračenja. U apsolutno čistom zraku, gdje raspršenje proizvode samo molekule plina, on se pokorava Rayleighov zakon, tj. obrnuto proporcionalno četvrtom stepenu valne duljine raspršenih zraka. Dakle, plava boja neba je boja samog zraka, zbog raspršivanja sunčeve svjetlosti u njemu, budući da se ljubičaste i plave zrake raspršuju zrakom puno bolje od narančastih i crvenih.

Ako u zraku postoje čestice čije su dimenzije usporedive s valnom duljinom zračenja - aerosoli, kapljice vode, kristali leda - tada raspršenje neće biti pokorno Rayleighovom zakonu, a raspršeno zračenje neće biti tako bogato kratkovalnim zrakama. Na česticama promjera većeg od 1-2 mikrona neće doći do raspršenja, već difuzna refleksija, što određuje bjelkastu boju neba.

Rasipanje igra veliku ulogu u stvaranju prirodne svjetlosti: u odsutnosti Sunca tijekom dana, stvara raspršeno (difuzno) svjetlo. Da nema raspršivanja, svjetlo bi bilo samo tamo gdje bi padala izravna sunčeva svjetlost. Sumrak i zora, boja oblaka pri izlasku i zalasku sunca također su povezani s ovim fenomenom.

Dakle, sunčevo zračenje do površine zemlje dolazi u obliku dva toka: izravnog i difuznog zračenja.

izravno zračenje(5) dolazi na površinu zemlje izravno sa Sunčevog diska. U tom će slučaju maksimalnu moguću količinu zračenja primiti jedno mjesto koje se nalazi okomito na sunčeve zrake (5). po jedinici horizontalno površina će imati manju količinu energije zračenja Y, također tzv insolacija:

Y \u003d? -8shA 0, (1.1)

gdje i 0- Visina sunca iznad horizonta, koja određuje kut upada sunčevih zraka na horizontalnu površinu.

raspršeno zračenje(/)) dolazi na površinu zemlje sa svih točaka nebeskog svoda, s izuzetkom solarnog diska.

Zove se svo sunčevo zračenje koje dopire do površine zemlje ukupno sunčevo zračenje (0:

• (1.2)
• 0 = + /) = I 0+ /).

Dolazak ovih vrsta zračenja značajno ne ovisi samo o astronomskim uzrocima, već i o naoblačnosti. Stoga je u meteorologiji uobičajeno razlikovati moguće količine zračenja promatrano u uvjetima bez oblaka, i stvarne količine zračenja odvija se u uvjetima stvarne naoblake.

Ne apsorbira sve sunčevo zračenje koje pada na površinu zemlje i pretvara se u toplinu. Dio se reflektira i stoga gubi ispod površine. Ovaj dio se zove reflektirano zračenje(/? k), a njegova vrijednost ovisi o albedo površina tla (L do):

A k = - 100%.

Vrijednost albeda se mjeri u dijelovima jedinice ili u postocima. U građevinarstvu i arhitekturi češće se koriste razlomci jedinice. Također mjere reflektivnost zgrade i završni materijali, lakoća bojanja fasada itd. U klimatologiji se albedo mjeri u postocima.

Albedo ima značajan utjecaj na formiranje Zemljine klime, jer je integralni pokazatelj reflektivnosti podloge. Ovisi o stanju ove površine (hrapavost, boja, vlaga) i varira u vrlo širokom rasponu. Najveće vrijednosti albeda (do 75%) karakteristične su za svježe pao snijeg, dok su najniže vrijednosti karakteristične za površinu vode pri jakom sunčevom svjetlu („3%). Albedo površine tla i vegetacije varira u prosjeku od 10 do 30%.

Ako promatramo cijelu Zemlju kao cjelinu, tada je njezin albedo 30%. Ova vrijednost se zove Zemljin planetarni albedo i predstavlja omjer reflektiranog i raspršenog sunčevog zračenja koje odlazi u svemir prema ukupnoj količini zračenja koja ulazi u atmosferu.

Na području gradova albedo je u pravilu niži nego u prirodnim, neporemećenim krajolicima. Karakteristična vrijednost albeda za područje velikih gradova s ​​umjerenom klimom je 15-18%. U južnim gradovima albedo je obično veći zbog korištenja više svijetle boje u boji pročelja i krovova, u sjevernim gradovima s gustom gradnjom i tamnim kolorističkim rješenjima zgrada, albedo je niži. To omogućuje u vrućim južnim zemljama smanjenje količine apsorbiranog sunčevog zračenja, čime se smanjuje toplinska pozadina zgrada, au sjevernim hladnim područjima, naprotiv, povećava udio apsorbiranog sunčevog zračenja, povećavajući ukupnu toplinsku pozadinu.

Apsorbirano zračenje(* U P0GL) se također naziva ravnoteža kratkovalnog zračenja (VK) i razlika je između ukupnog i reflektiranog zračenja (dva kratkovalna toka):

^trbušnjaci \u003d 5 k = 0~ I K- (1.4)

Zagrijava gornje slojeve zemljine površine i sve što se na njoj nalazi (vegetacijski pokrivač, ceste, zgrade, građevine i sl.), uslijed čega emitiraju dugovalno zračenje nevidljivo ljudskom oku. Ovo zračenje se često naziva vlastito zračenje zemljine površine(? 3). Njegova je vrijednost, prema Stefan-Boltzmannovom zakonu, proporcionalna četvrtom stepenu apsolutne temperature.

Atmosfera također emitira dugovalno zračenje, koje najvećim dijelom dopire do površine zemlje i njome se gotovo u potpunosti apsorbira. Ovo zračenje se zove protuzračenje atmosfere (E a). Protuzračenje atmosfere povećava se s povećanjem oblačnosti i vlažnosti zraka te je vrlo važan izvor topline za zemljinu površinu. Međutim, dugovalno zračenje atmosfere uvijek je nešto manje od Zemljinog, zbog čega zemljina površina gubi toplinu, a razlika između tih vrijednosti naziva se efektivno zračenje Zemlje (E ef).

U prosjeku, u umjerenim geografskim širinama, Zemljina površina efektivnim zračenjem gubi oko polovicu količine topline koju prima od apsorbiranog sunčevog zračenja. Apsorbirajući zemaljsko zračenje i šaljući protuzračenje na površinu zemlje, atmosfera noću smanjuje hlađenje ove površine. Tijekom dana malo sprječava zagrijavanje Zemljine površine. Taj utjecaj zemljine atmosfere na toplinski režim zemljine površine naziva se efekt staklenika. Dakle, fenomen efekta staklenika sastoji se u zadržavanju topline u blizini površine Zemlje. Važnu ulogu u tom procesu imaju plinovi tehnogenog podrijetla, prvenstveno ugljični dioksid, čija je koncentracija u urbanim sredinama posebno visoka. Ali glavna uloga i dalje pripada plinovima prirodnog podrijetla.

Glavna tvar u atmosferi koja apsorbira dugovalno zračenje sa Zemlje i vraća zračenje je vodena para. Apsorbira gotovo sve dugovalno zračenje osim raspona valnih duljina od 8,5 do 12 mikrona, što se naziva "prozor transparentnosti" vodena para. Samo u tom intervalu zemaljsko zračenje kroz atmosferu prolazi u svjetski prostor. Osim vodene pare, ugljični dioksid snažno apsorbira dugovalno zračenje, a upravo je u prozoru prozirnosti vodene pare znatno slabiji ozon, kao i metan, dušikov oksid, klorofluorougljikovodici (freoni) i neke druge nečistoće plina.

Održavanje topline blizu zemljine površine vrlo je važan proces za održavanje života. Bez toga bi prosječna temperatura Zemlje bila 33°C niža od trenutne, a živi organizmi teško bi mogli živjeti na Zemlji. Dakle, nije stvar u efektu staklenika kao takvom (uostalom, on je nastao od trenutka nastanka atmosfere), već u činjenici da je pod utjecajem antropogene aktivnosti, dobiti ovaj učinak. Razlog je u brzi rast koncentracije stakleničkih plinova tehnogenog podrijetla, uglavnom - CO 2 koji se emitira tijekom izgaranja fosilnih goriva. To može dovesti do činjenice da će se s istim dolaznim zračenjem povećati udio topline preostale na planetu, a time će se povećati i temperatura zemljine površine i atmosfere. Tijekom proteklih 100 godina temperatura zraka našeg planeta porasla je u prosjeku za 0,6 °C.

Vjeruje se da ako se koncentracija CO2 udvostruči u odnosu na njegovu predindustrijsku vrijednost, globalno zatopljenje će biti oko 3°C (prema različitim procjenama, od 1,5 do 5,5°C). Istodobno, najveće promjene trebale bi se dogoditi u troposferi visokih geografskih širina u jesen zimsko razdoblje. Zbog toga će se led na Arktiku i Antarktiku početi topiti, a razina Svjetskog oceana počet će rasti. Taj porast može se kretati od 25 do 165 cm, što znači da će mnogi gradovi koji se nalaze u obalnim zonama mora i oceana biti poplavljeni.

Dakle, ovo je vrlo važno pitanje koje utječe na živote milijuna ljudi. Imajući to na umu, 1988. godine u Torontu je održana prva Međunarodna konferencija o problemu antropogenih klimatskih promjena. Znanstvenici su došli do zaključka da su posljedice povećanja efekta staklenika zbog povećanja sadržaja ugljičnog dioksida u atmosferi na drugom mjestu nakon posljedica globalnog nuklearnog rata. Istodobno je pri Ujedinjenim narodima (UN) formiran Međuvladin panel za klimatske promjene (IPCC). IPCC - Međuvladin panel o klimatskim promjenama), koji proučava utjecaj povećanja površinske temperature na klimu, ekosustav Svjetskog oceana, biosferu u cjelini, uključujući život i zdravlje stanovništva planeta.

Godine 1992. u New Yorku je usvojena Okvirna konvencija o klimatskim promjenama (FCCC) čiji je glavni cilj bio osigurati stabilizaciju koncentracija stakleničkih plinova u atmosferi na razinama koje bi spriječile opasne posljedice ljudskog zahvata u klimatski sustav . Za praktičnu provedbu konvencije u prosincu 1997. u Kyotu (Japan) na međunarodnoj konferenciji usvojen je Kyoto protokol. Definira specifične kvote za emisije stakleničkih plinova zemalja članica, uključujući Rusiju, koja je ratificirala ovaj Protokol 2005. godine.

U vrijeme pisanja ove knjige, jedna od najnovijih konferencija o klimatskim promjenama je Konferencija o klimi u Parizu, koja se održala od 30. studenog do 12. prosinca 2015. Svrha ove konferencije je potpisivanje međunarodnog sporazuma za suzbijanje povećanja u prosječnoj temperaturi planeta do 2100. ne više od 2°C.

Dakle, kao rezultat interakcije različitih tokova kratkovalnog i dugovalnog zračenja, zemljina površina kontinuirano prima i gubi toplinu. Rezultirajuća vrijednost dolaznog i odlaznog zračenja je ravnoteža zračenja (NA), koji određuje toplinsko stanje zemljine površine i površinskog sloja zraka, odnosno njihovo zagrijavanje ili hlađenje:

NA = P- «k - ?ef \u003d 60 - ALI)-? ef =

= (5 "grijeh / ^ > + D) (l-A) -E ^ f \u003d B do + B a. (

Podaci o bilanci zračenja potrebni su za procjenu stupnja zagrijavanja i hlađenja različitih površina, kako u vivo, te u arhitektonskom okruženju, proračun toplinskog režima zgrada i građevina, određivanje isparavanja, zaliha topline u tlu, reguliranje navodnjavanja poljoprivrednih polja i druge narodno-gospodarske svrhe.

Metode mjerenja. Ključna važnost proučavanja ravnoteže zračenja Zemlje za razumijevanje klimatskih obrazaca i formiranja mikroklimatskih uvjeta određuje temeljnu ulogu promatračkih podataka o njezinim komponentama - aktinometrijska opažanja.

Na meteorološkim postajama u Rusiji, termoelektrična metoda mjerenja tokova zračenja. Izmjereno zračenje apsorbira crna prijamna površina uređaja, pretvara se u toplinu i zagrijava aktivne spojeve termoelementa, dok se pasivni spojevi ne zagrijavaju zračenjem i imaju nižu temperaturu. Zbog razlike u temperaturama aktivnih i pasivnih spojeva na izlazu termoelementa nastaje termoelektromotorna sila koja je proporcionalna intenzitetu mjerenog zračenja. Dakle, većina aktinometrijskih instrumenata je srodnika- ne mjere same tokove zračenja, već količine proporcionalne njima - jakosti struje ili napona. Da biste to učinili, uređaji su spojeni, na primjer, na digitalne multimetre, a ranije na galvanometre s pokazivačem. Istodobno, u putovnici svakog uređaja tzv "faktor konverzije" - cijena podjele električnog mjernog instrumenta (W / m 2). Ovaj množitelj se izračunava uspoređivanjem očitanja jednog ili drugog relativnog instrumenta s očitanjima apsolutna uređaji - pirheliometri.

Princip rada apsolutnih uređaja je drugačiji. Dakle, u kompenzacijskom pirheliometru Angstrom, pocrnjela metalna ploča je izložena suncu, dok druga slična ploča ostaje u sjeni. Između njih nastaje temperaturna razlika koja se prenosi na spojeve termoelementa pričvršćenog na ploče i tako se pobuđuje termoelektrična struja. U tom slučaju struja iz baterije prolazi kroz zasjenjenu ploču dok se ne zagrije na istu temperaturu kao ploča na suncu, nakon čega termoelektrična struja nestaje. Po jačini propuštene "kompenzacijske" struje možete odrediti količinu topline koju prima pocrnjela ploča, koja će, zauzvrat, biti jednaka količini topline koju od Sunca prima prva ploča. Tako je moguće odrediti količinu sunčevog zračenja.

Na meteorološkim postajama Rusije (i ranije - SSSR-a), vodeći promatranja komponenti radijacijske ravnoteže, homogenost niza aktinometrijskih podataka osigurava se korištenjem iste vrste instrumenata i njihovom pažljivom kalibracijom, kao i kao iste metode mjerenja i obrade podataka. Kao prijemnici integralnog sunčevog zračenja (

U termoelektričnom aktinometru Savinov-Yanishevsky, izgled koji je prikazan na sl. 1.6, prihvatni dio je tanak metalni pocrnjeli disk od srebrne folije, na koji su neparni (aktivni) spojevi termoelementa zalijepljeni kroz izolaciju. Tijekom mjerenja, ovaj disk apsorbira sunčevo zračenje, uslijed čega raste temperatura diska i aktivnih spojeva. Ravni (pasivni) spojevi su zalijepljeni kroz izolaciju na bakreni prsten u kućištu uređaja i imaju temperaturu blisku vanjskoj. Ta temperaturna razlika, kada je vanjski krug termoelementa zatvoren, stvara termoelektričnu struju, čija je jačina proporcionalna intenzitetu sunčevog zračenja.

Riža. 1.6.

U piranometru (slika 1.7) prijemni dio je najčešće baterija termoelemenata, na primjer, od manganina i konstantana, s pocrnjelim i bijelim spojevima, koji se pod djelovanjem dolaznog zračenja različito zagrijavaju. Prijemni dio uređaja mora imati vodoravni položaj kako bi mogao percipirati raspršeno zračenje iz cijelog nebeskog svoda. Od izravnog zračenja, piranometar je zasjenjen ekranom, a od nadolazećeg zračenja atmosfere zaštićen je staklenom kapom. Prilikom mjerenja ukupnog zračenja, piranometar nije zasjenjen od izravnih zraka.

Riža. 1.7.

Poseban uređaj (preklopna ploča) omogućuje vam da glavu piranometra postavite u dva položaja: prijemnik gore i prijemnik dolje. U potonjem slučaju, piranometar mjeri kratkovalno zračenje reflektirano od zemljine površine. U promatranjima ruta tzv kamping albe-metar,što je glava piranometra povezana s nagibnim kardanskim ovjesom s ručkom.

Termoelektrični mjerač ravnoteže sastoji se od tijela s termoelementom, dvije prihvatne ploče i ručke (slika 1.8). Tijelo u obliku diska (/) ima četvrtasti izrez u koji je pričvršćen termoelement (2). ručka ( 3 ), zalemljen na tijelo, služi za ugradnju mjerača ravnoteže na stalak.

Riža. 1.8.

Jedna pocrnjela prijamna ploča mjernog mjerača usmjerena je prema gore, druga prema dolje, prema površini zemlje. Princip rada nezasjenjenog balansmetra temelji se na činjenici da sve vrste zračenja dolaze na aktivnu površinu (Y, /) i E a), apsorbira pocrnjela prijamna površina uređaja, okrenuta prema gore, a sve vrste zračenja napuštaju aktivnu površinu (/? k, /? l i E 3), apsorbira ploča okrenuta prema dolje. Svaka prijamna ploča sama također emitira dugovalno zračenje, osim toga, postoji izmjena topline s okolnim zrakom i tijelom uređaja. Međutim, zbog visoke toplinske vodljivosti tijela dolazi do velikog prijenosa topline, što ne dopušta stvaranje značajne temperaturne razlike između prijamnih ploča. Iz tog razloga se može zanemariti samozračenje obiju ploča, a razlika u njihovom zagrijavanju može se koristiti za određivanje vrijednosti ravnoteže zračenja bilo koje površine u čijoj se ravnini nalazi mjerač ravnoteže.

Budući da prijamne površine balansnog mjerača nisu prekrivene staklenom kupolom (inače bi bilo nemoguće izmjeriti dugovalno zračenje), očitanja ovog uređaja ovise o brzini vjetra, čime se smanjuje temperaturna razlika između prijamnih površina. Iz tog razloga očitanja mjerača ravnoteže dovode do mirnih uvjeta, nakon što su prethodno izmjerili brzinu vjetra na razini uređaja.

Za automatska registracija mjerenja, termoelektrična struja koja nastaje u gore opisanim uređajima dovodi se do elektroničkog potenciometra koji se sam snima. Promjene jačine struje bilježe se na pokretnoj papirnatoj vrpci, dok se aktinometar mora automatski rotirati tako da njegov prijemni dio prati Sunce, a piranometar mora uvijek biti zasjenjen od izravnog zračenja posebnom prstenastom zaštitom.

Aktinometrijska promatranja, za razliku od glavnih meteoroloških promatranja, provode se šest puta dnevno u sljedećim terminima: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30 i 18:30. Budući da intenzitet svih vrsta kratkovalnog zračenja ovisi o visini Sunca iznad horizonta, vrijeme promatranja postavlja se prema srednje solarno vrijeme stanice.

karakteristične vrijednosti. Vrijednosti izravnih i ukupnih tokova zračenja igraju jednu od najvažnijih uloga u arhitektonsko-klimatskim analizama. Upravo s njihovim promišljanjem povezuju se orijentacija objekata na stranama horizonta, njihovo prostorno-plansko i kolorističko rješenje, unutarnji raspored, dimenzije svjetlosnih otvora i niz drugih arhitektonskih obilježja. Stoga će se za ove vrijednosti sunčevog zračenja uzeti u obzir dnevna i godišnja varijacija karakterističnih vrijednosti.

Energetsko osvjetljenje izravno sunčevo zračenje na nebu bez oblaka ovisi o visini sunca, svojstvima atmosfere na putu sunčeve zrake, karakterizira faktor transparentnosti(vrijednost koja pokazuje koliki udio sunčevog zračenja dospijeva na površinu zemlje tijekom samog upada sunčeve svjetlosti) i duljinu ove staze.

Izravno sunčevo zračenje s nebom bez oblaka ima prilično jednostavnu dnevnu varijaciju s maksimumom oko podneva (slika 1.9). Kao što slijedi iz slike, tijekom dana tok sunčevog zračenja najprije brzo, zatim sporije raste od izlaska do podneva i isprva polako, a zatim brzo opada od podneva do zalaska sunca. Razlike u podnevnom zračenju vedra neba u siječnju i srpnju prvenstveno su posljedica razlika u podnevnoj visini Sunca, koja je zimi niža nego ljeti. Istodobno, u kontinentalnim područjima često se uočava asimetrija dnevne varijacije zbog razlike u prozirnosti atmosfere u jutarnjim i poslijepodnevnim satima. Prozirnost atmosfere utječe i na godišnji tijek prosječnih mjesečnih vrijednosti izravnog sunčevog zračenja. Maksimalno zračenje s nebom bez oblaka može se pomaknuti u proljetne mjesece, budući da su u proljeće sadržaj prašine i vlage u atmosferi manji nego u jesen.

5 1 , kW/m 2

b", kW / m 2

Riža. 1.9.

i u uvjetima prosječne naoblake (b):

7 - na površini okomitoj na zrake u srpnju; 2 - na horizontalnoj površini u srpnju; 3 - na okomitoj plohi u siječnju; 4 - na horizontalnoj površini u siječnju

Oblačnost smanjuje dolazak sunčevog zračenja i može značajno promijeniti njegov dnevni tijek, što se očituje u omjeru pred- i poslijepodnevnih satnih zbroja. Dakle, u većini kontinentalnih regija Rusije u proljetno-ljetnim mjesecima, satne količine izravnog zračenja u predpodnevnim satima veće su nego u poslijepodnevnim satima (slika 1.9, b). To je uglavnom uvjetovano dnevnim tijekom naoblake koja se počinje razvijati u 9-10 sati ujutro, a maksimum doseže poslijepodne, čime se smanjuje zračenje. Općenito smanjenje dotoka izravnog sunčevog zračenja u stvarnim oblačnim uvjetima može biti vrlo značajno. Na primjer, u Vladivostoku, s njegovom monsunskom klimom, ti gubici ljeti iznose 75%, au Sankt Peterburgu, čak ni u prosjeku godišnje, oblaci ne prenose 65% izravnog zračenja na površinu zemlje, u Moskvi - oko pola.

Distribucija godišnji iznosi izravno sunčevo zračenje pod prosječnom naoblakom nad teritorijom Rusije prikazano je na sl. 1.10. U velikoj mjeri, ovaj čimbenik, koji smanjuje količinu sunčevog zračenja, ovisi o cirkulaciji atmosfere, što dovodi do narušavanja širine raspodjele zračenja.

Kao što je vidljivo iz slike, u cjelini, godišnje količine izravnog zračenja koje pristiže na horizontalnu površinu rastu od visokih prema nižim širinama od 800 do gotovo 3000 MJ/m 2 . Veliki broj oblaka u europskom dijelu Rusije dovodi do smanjenja godišnjih ukupnih vrijednosti u odnosu na regije istočnog Sibira, gdje se, uglavnom zbog utjecaja azijske anticiklone, godišnji zbroji povećavaju zimi. Istodobno, ljetni monsun dovodi do smanjenja godišnjeg dotoka zračenja u obalna područja na Dalekom istoku. Raspon promjena u podnevnom intenzitetu izravnog sunčevog zračenja na teritoriju Rusije varira od 0,54-0,91 kW / m 2 ljeti do 0,02-0,43 kW / m 2 zimi.

raspršeno zračenje, dolazak na horizontalnu površinu također se mijenja tijekom dana, povećavajući se prije podneva i smanjujući nakon njega (slika 1.11).

Kao i u slučaju izravnog sunčevog zračenja, na dolazak raspršenog zračenja ne utječu samo visina sunca i duljina dana, već i prozirnost atmosfere. Međutim, smanjenje potonjeg dovodi do povećanja raspršenog zračenja (za razliku od izravnog zračenja). Osim toga, raspršeno zračenje u velikoj mjeri ovisi o oblačnosti: pod prosječnom naoblakom, njezin dolazak je više nego dvostruko veći od vrijednosti uočene na vedrom nebu. U nekim danima, oblačnost povećava ovu brojku za 3-4 puta. Dakle, raspršeno zračenje može značajno nadopuniti izravnu liniju, osobito na niskom položaju Sunca.

Riža. 1.10. Izravno sunčevo zračenje koje dolazi na vodoravnu površinu pod prosječnom naoblakom, MJ / m 2 godišnje (1 MJ / m 2 = 0,278 kW h / m 2)

/), kW / m 2 0,3 g

• 0,2 -
• 0,1 -

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 sata

Riža. 1.11.

i pod prosječnim oblačnim uvjetima (b)

Vrijednost raspršenog sunčevog zračenja u tropima je od 50 do 75% izravnog; na geografskoj širini 50-60° blizu je ravne linije, a na visokim geografskim širinama gotovo cijele godine premašuje izravno sunčevo zračenje.

Vrlo važan čimbenik koji utječe na tok raspršenog zračenja je albedo podložna površina. Ako je albedo dovoljno velik, tada zračenje reflektirano od podloge, raspršeno atmosferom u suprotnom smjeru, može uzrokovati značajno povećanje dolaska raspršenog zračenja. Učinak je najizraženiji u prisutnosti snježnog pokrivača koji ima najveću refleksivnost.

Totalna radijacija na nebu bez oblaka (moguće zračenje) ovisi o geografskoj širini mjesta, visini sunca, optičkim svojstvima atmosfere i prirodi podloge. U uvjetima vedrog neba ima jednostavnu dnevnu varijaciju s maksimumom u podne. Asimetrija dnevne varijacije, karakteristična za izravno zračenje, slabo se očituje u ukupnom zračenju, budući da se smanjenje izravnog zračenja zbog povećanja zamućenosti atmosfere u drugoj polovici dana kompenzira povećanjem raspršenog zračenja zbog isti faktor. U godišnjem tijeku maksimalni intenzitet ukupnog zračenja uz nebo bez oblaka nad većim dijelom teritorija

Područje Rusije promatra se u lipnju zbog najveće podnevne visine sunca. Međutim, u nekim se regijama ovaj utjecaj preklapa s utjecajem prozirnosti atmosfere, a maksimum se pomiče na svibanj (na primjer, u Transbaikalia, Primorye, Sahalin i u nizu regija istočnog Sibira). Raspodjela mjesečnog i godišnjeg ukupnog sunčevog zračenja na nebu bez oblaka data je u tablici. 1.9 i na sl. 1.12 kao prosječne vrijednosti zemljopisne širine.

Iz gornje tablice i slike vidljivo je da se u svim godišnjim dobima i intenzitet i količina zračenja povećavaju od sjevera prema jugu u skladu s promjenom visine sunca. Izuzetak je razdoblje od svibnja do srpnja, kada kombinacija dugog dana i visine sunca daje prilično visoke vrijednosti ukupne radijacije na sjeveru i općenito na teritoriju Rusije, polje zračenja je zamagljena, t.j. nema izražene gradijente.

Tablica 1.9

Ukupno sunčevo zračenje na horizontalnoj površini

s nebom bez oblaka (kW h / m 2)

Riža. 1.12. Ukupno sunčevo zračenje na vodoravnu površinu s nebom bez oblaka na različitim geografskim širinama (1 MJ / m 2 = 0,278 kWh / m 2)

U prisutnosti oblaka ukupno sunčevo zračenje nije određeno samo brojem i oblikom oblaka, već i stanjem solarnog diska. Kada je solarni disk proziran kroz oblake, ukupno zračenje u usporedbi s uvjetima bez oblaka može se čak povećati zbog rasta raspršenog zračenja.

Za srednje oblačne uvjete opaža se potpuno pravilan dnevni tijek ukupnog zračenja: postupno povećanje od izlaska do podneva i smanjenje od podneva do zalaska sunca. Istovremeno, dnevni tijek naoblake narušava simetriju tijeka u odnosu na podne, što je karakteristično za nebo bez oblaka. Dakle, u većini regija Rusije tijekom toplog razdoblja, pretpodnevne vrijednosti ukupne radijacije su 3-8% veće od poslijepodnevnih vrijednosti, s izuzetkom monsunskih regija Dalekog istoka, gdje je omjer obrnut. . U godišnjem tijeku prosječnih višegodišnjih mjesečnih zbroja ukupnog zračenja, uz određujući astronomski faktor, očituje se faktor cirkulacije (utjecajem naoblake), pa se maksimum može pomjeriti od lipnja do srpnja pa čak i do svibnja ( Slika 1.13).

• 600 -
• 500 -
• 400 -
• 300 -
• 200 -

m. Čeljuskin

Salekhard

Arkhangelsk

St. Petersburg

Petropavlovsk

Kamčatski

Khabarovsk

Astraganski

Riža. 1.13. Ukupno sunčevo zračenje na horizontalnoj površini u pojedinim gradovima Rusije pod stvarnim uvjetima naoblake (1 MJ / m 2 = 0,278 kWh / m 2)

5", MJ/m 2 700

Dakle, stvarni mjesečni i godišnji dolazak ukupnog zračenja samo je dio mogućeg. Najveća odstupanja stvarnih količina od mogućih ljeti bilježe se na Dalekom istoku, gdje oblačnost smanjuje ukupnu radijaciju za 40-60%. Općenito, ukupni godišnji prihod ukupnog zračenja varira na području Rusije u smjeru zemljopisne širine, povećavajući se od 2800 MJ / m 2 na obalama sjevernih mora do 4800-5000 MJ / m 2 u južnim regijama Rusije - Sjeverni Kavkaz, oblast Donje Volge, Transbaikalija i Primorski kraj (slika 1.14).

Riža. 1.14. Ukupno zračenje koje ulazi u horizontalnu površinu, MJ / m 2 godišnje

Ljeti razlike u ukupnom sunčevom zračenju u uvjetima stvarne naoblake između gradova koji se nalaze na različitim geografskim širinama nisu tako “dramatične” kao što se na prvi pogled može činiti. Za europski dio Rusije od Astrahana do rta Čeljuskin, ove vrijednosti leže u rasponu od 550-650 MJ/m 2 . Zimi, u većini gradova, s izuzetkom Arktika, gdje nastupa polarna noć, ukupno zračenje iznosi 50-150 MJ / m 2 mjesečno.

Za usporedbu: prosječne toplinske vrijednosti za siječanj za 1 urbano područje (izračunate prema stvarnim podacima za Moskvu) kreću se od 220 MJ/m2 mjesečno u urbanim središtima razvoja do 120-150 MJ/m2 u međuglavnim područjima sa stambeni razvoj niske gustoće. Na području industrijskih i komunalnih skladišnih zona, indeks topline u siječnju iznosi 140 MJ/m 2 . Ukupno sunčevo zračenje u Moskvi u siječnju iznosi 62 MJ/m 2 . Dakle, u zimsko vrijeme zbog korištenja sunčevog zračenja moguće je pokriti ne više od 10-15% (uzimajući u obzir učinkovitost solarnih panela 40%) izračunate kalorijske vrijednosti zgrada srednje gustoće čak i u Irkutsku i Jakutsku, poznatim po njihovo sunčano zimsko vrijeme, čak i ako je njihov teritorij potpuno prekriven fotonaponskim panelima.

Ljeti se ukupno sunčevo zračenje povećava za 6-9 puta, a potrošnja topline smanjuje se za 5-7 puta u odnosu na zimu. Toplinske vrijednosti u srpnju padaju na 35 MJ/m 2 ili manje u stambenim područjima i 15 MJ/m 2 ili manje u industrijskim područjima, tj. do vrijednosti koje ne čine više od 3-5% ukupnog sunčevog zračenja. Stoga, ljeti, kada je potražnja za grijanjem i rasvjetom minimalna, u cijeloj Rusiji postoji višak ovog obnovljivog prirodnog resursa koji se ne može iskoristiti, što još jednom dovodi u sumnju izvedivost korištenja fotonaponskih panela, barem u gradovima i stambene zgrade.

Potrošnja električne energije (bez grijanja i opskrbe toplom vodom), također povezana s neravnomjernom distribucijom ukupne građevinske površine, gustoćom naseljenosti i funkcionalnom namjenom različitih područja, je u

Toplina - prosječni pokazatelj potrošnje svih vrsta energije (struja, grijanje, opskrba toplom vodom) po 1 m 2 površine zgrade.

slučajevima od 37 MJ / m 2 mjesečno (izračunato kao 1/12 godišnjeg iznosa) u gusto izgrađenim područjima i do 10-15 MJ / m 2 mjesečno u područjima s niskom gustoćom izgrađenosti. Tijekom dana i ljeti potrošnja električne energije prirodno opada. Gustoća potrošnje električne energije u srpnju u većini područja stambene i mješovitog razvoja iznosi 8-12 MJ/m 2 s ukupnim sunčevim zračenjem u realnim oblačnim uvjetima u Moskvi oko 600 MJ/m 2 . Dakle, za pokrivanje potreba u opskrbi električnom energijom urbanih područja (npr. Moskva), potrebno je iskoristiti samo oko 1,5-2% sunčevog zračenja. Ostatak zračenja, ako se odloži, bit će suvišan. Istodobno, ostaje riješiti pitanje akumulacije i očuvanja dnevnog sunčevog zračenja za rasvjetu u večernjim i noćnim satima, kada su opterećenja na sustavima napajanja maksimalna, a sunce gotovo ili ne sja. To će zahtijevati prijenos električne energije na velike udaljenosti između područja gdje je Sunce još dovoljno visoko, i onih gdje je Sunce već zašlo ispod horizonta. Istodobno, gubici električne energije u mrežama bit će usporedivi s njezinim uštedama korištenjem fotonaponskih panela. Ili trebate koristiti baterije veliki kapacitet, čija će proizvodnja, ugradnja i naknadno odlaganje zahtijevati troškove energije, za koje je malo vjerojatno da će biti pokriveni uštedama energije akumuliranim tijekom cijelog razdoblja njihova rada.

Još jedan, ne manje važan čimbenik koji dovodi u sumnju izvedivost prelaska na solarni paneli kao alternativni izvor napajanja u gradskim razmjerima je da će, u konačnici, rad fotonaponskih ćelija dovesti do značajnog povećanja apsorbiranog sunčevog zračenja u gradu, a posljedično i do povećanja temperature zraka u gradu ljeti . Tako će istovremeno s hlađenjem zbog fotopanela i klima uređaja na njihov pogon doći do općeg porasta temperature zraka u gradu, što će u konačnici poništiti sve ekonomske i ekološke koristi od uštede električne energije korištenjem još uvijek vrlo skupih fotonaponskih panela. .

Iz toga proizlazi da se ugradnja opreme za pretvaranje sunčevog zračenja u električnu energiju opravdava u vrlo ograničenom popisu slučajeva: samo ljeti, samo u klimatskim predjelima sa suhim, vrućim, oblačnim vremenom, samo u malim gradovima ili pojedinačnim vikend naseljima i samo ako se ta električna energija koristi za pogon instalacija za klimatizaciju i ventilaciju unutarnjeg okoliša zgrada. U drugim slučajevima - drugim područjima, drugim urbanim uvjetima iu drugim godišnjim dobima - korištenje fotonaponskih panela i solarnih kolektora za potrebe opskrbe električnom energijom i toplinom običnih zgrada u srednjim i velikim gradovima smještenim u umjerenoj klimi je neučinkovito.

Bioklimatski značaj sunčevog zračenja. Odlučujuća uloga utjecaja sunčevog zračenja na žive organizme svodi se na sudjelovanje u formiranju njihove radijacijske i toplinske ravnoteže zbog toplinske energije u vidljivom i infracrvenom dijelu sunčevog spektra.

Vidljive zrake su od posebne važnosti za organizme. Većina životinja, poput ljudi, dobro razlikuje spektralni sastav svjetlosti, a neki kukci čak mogu vidjeti u ultraljubičastom rasponu. Prisutnost svjetlosnog vida i orijentacije prema svjetlu važan je čimbenik preživljavanja. Na primjer, kod ljudi je prisutnost vida boja jedan od psihoemocionalnih čimbenika života koji najviše optimiziraju. Boravak u mraku ima suprotan učinak.

Kao što znate, zelene biljke sintetiziraju organsku tvar i, posljedično, proizvode hranu za sve druge organizme, uključujući i ljude. Ovaj najvažniji proces za život događa se tijekom asimilacije sunčevog zračenja, a biljke koriste određeni raspon spektra u rasponu valnih duljina od 0,38-0,71 mikrona. Ovo zračenje se zove fotosintetski aktivno zračenje(PAR) i vrlo je važan za produktivnost biljaka.

Vidljivi dio svjetla stvara prirodno svjetlo. U odnosu na to, sve biljke se dijele na svjetlo koje vole i tolerantne na sjenu. Nedovoljna osvijetljenost uzrokuje slabost stabljike, slabi stvaranje klipa i klipa na biljkama, smanjuje sadržaj šećera i količinu ulja u kultivirane biljke, otežava im korištenje mineralne prehrane i gnojiva.

Biološko djelovanje infracrvene zrake sastoji se od toplinski učinak kada ih upijaju tkiva biljaka i životinja. U tom se slučaju mijenja kinetička energija molekula, a električna i kemijski procesi. Zbog infracrvenog zračenja nadoknađuje se nedostatak topline (osobito u visokim planinskim predjelima i na visokim geografskim širinama) koju biljke i životinje primaju iz okolnog prostora.

Ultraljubičasto zračenje prema biološkim svojstvima i učincima na čovjeka, uobičajeno je podijeliti na tri područja: područje A - s valnim duljinama od 0,32 do 0,39 mikrona; područje B, od 0,28 do 0,32 μm, i područje C, od 0,01 do 0,28 μm. Područje A karakterizira relativno slabo izražen biološki učinak. Uzrokuje samo fluorescenciju serije organska tvar, kod ljudi, doprinosi stvaranju pigmenta u koži i blagom eritemu (crvenilo kože).

Mnogo su aktivnije zrake područja B. Različite reakcije organizama na ultraljubičasto zračenje, promjene na koži, krvi itd. uglavnom zbog njih. Poznato djelovanje ultraljubičastog svjetla na stvaranje vitamina je da se ergosteron hranjivih tvari pretvara u vitamin O, koji ima snažan stimulativni učinak na rast i metabolizam.

Zrake regije C imaju najsnažniji biološki učinak na žive stanice. Baktericidno djelovanje sunčeve svjetlosti je uglavnom zbog njih. U malim dozama ultraljubičaste zrake neophodne su biljkama, životinjama i ljudima, posebice djeci. Međutim, u velikim količinama, zrake regije C štetne su za sva živa bića, a život na Zemlji moguć je samo zato što je ovo kratkovalno zračenje gotovo potpuno blokirano ozonskim omotačem atmosfere. Rješenje problematike utjecaja prekomjernih doza ultraljubičastog zračenja na biosferu i čovjeka postalo je posebno aktualno posljednjih desetljeća zbog propadanja ozonskog omotača Zemljine atmosfere.

Učinak ultraljubičastog zračenja (UVR), koji dopire do površine zemlje, na živi organizam vrlo je raznolik. Kao što je gore spomenuto, u umjerenim dozama ima blagotvorno djelovanje: povećava vitalnost, povećava otpornost organizma na zarazne bolesti. Nedostatak UVR dovodi do patoloških pojava koje se nazivaju UV manjak ili UV gladovanje i očituju se u nedostatku vitamina E, što dovodi do kršenja metabolizma fosfora i kalcija u tijelu.

Višak UV zračenja može dovesti do vrlo ozbiljnih posljedica: nastanka raka kože, razvoja drugih onkoloških formacija, pojave fotokeratitisa („snježna sljepoća“), fotokonjunktivitisa, pa čak i katarakte; kršenje imunološkog sustava živih organizama, kao i mutageni procesi u biljkama; promjena svojstava i uništavanje polimernih materijala koji se široko koriste u građevinarstvu i arhitekturi. Na primjer, UVR može promijeniti boju fasadnih boja ili dovesti do mehaničkog uništenja polimernih završnih i strukturalnih građevinskih proizvoda.

Arhitektonsko-građevinski značaj sunčevog zračenja. Podaci o solarnoj energiji koriste se u proračunu toplinske ravnoteže zgrada i sustava grijanja i klimatizacije, u analizi procesa starenja različitih materijala, uzimajući u obzir utjecaj zračenja na toplinsko stanje čovjeka, odabiru optimalnog vrstnog sastava zelene boje. prostori za uređenje određenog prostora, te mnoge druge namjene. Sunčevo zračenje određuje način prirodnog osvjetljenja zemljine površine, čije je poznavanje neophodno pri planiranju potrošnje električne energije, projektiranju različitih građevina i organiziranju rada transporta. Dakle, režim zračenja jedan je od vodećih urbanističkih i arhitektonsko-građevinskih čimbenika.

Insolacija zgrada jedan je od najvažnijih uvjeta za higijenu zgrada, stoga se zračenju površina izravnim sunčevim svjetlom pridaje posebna pažnja kao važnom čimbeniku okoliša. Istodobno, Sunce ne samo da ima higijenski učinak na unutarnju okolinu, ubijajući patogene, već i psihički utječe na osobu. Učinak takvog zračenja ovisi o trajanju procesa izlaganja sunčevoj svjetlosti, pa se insolacija mjeri u satima, a njezino trajanje je normirano relevantnim dokumentima Ministarstva zdravlja Rusije.

Potreban minimum sunčevog zračenja, koji osigurava ugodne uvjete za unutarnje okruženje zgrada, uvjete za rad i slobodno vrijeme čovjeka, sastoji se od potrebne osvjetljenosti stambenih i radnih prostorija, količine ultraljubičastog zračenja potrebnog za ljudski organizam, količina topline koju apsorbiraju vanjske ograde i prenesu u zgrade, pružajući toplinsku udobnost unutarnjem okruženju. Na temelju ovih zahtjeva donose se arhitektonsko-planske odluke, određuje se orijentacija dnevnih soba, kuhinja, pomoćnih i radnih prostorija. Uz višak sunčevog zračenja, predviđena je ugradnja lođa, roleta, kapaka i drugih uređaja za zaštitu od sunca.

Preporuča se analizirati zbrojeve sunčevog zračenja (izravnog i difuznog) koji pristižu na različito orijentirane površine (vertikalne i horizontalne) prema sljedećoj skali:

• manje od 50 kW h / m 2 mjesečno - beznačajno zračenje;
• 50-100 kW h / m 2 mjesečno - prosječno zračenje;
• 100-200 kW h / m 2 mjesečno - visoko zračenje;
• više od 200 kW h / m 2 mjesečno - višak zračenja.

Uz neznatno zračenje, koje se u umjerenim geografskim širinama opaža uglavnom u zimskim mjesecima, njegov je doprinos toplinskoj bilanci zgrada toliko mali da se može zanemariti. S prosječnim zračenjem u umjerenim geografskim širinama dolazi do prijelaza u područje negativnih vrijednosti ​​balansa zračenja zemljine površine i zgrada, građevina, umjetnih premaza itd. koji se nalaze na njoj. S tim u vezi, oni počinju gubiti više toplinske energije u dnevnom tijeku nego što primaju toplinu od sunca tijekom dana. Ovi gubici u toplinskoj bilanci zgrada nisu pokriveni unutarnjim izvorima topline (električni uređaji, toplovodne cijevi, metaboličko oslobađanje topline ljudi i sl.), a moraju se nadoknaditi radom. sustavi grijanja- počinje razdoblje grijanja.

Na visoko zračenje a pod pravim oblačnim uvjetima toplinska pozadina urbanog područja i unutarnjeg okruženja zgrada je u zoni komfora bez korištenja umjetnih sustava grijanja i hlađenja.

Uz višak zračenja u gradovima umjerenih geografskih širina, posebno onih koji se nalaze u umjereno kontinentalnoj i oštro kontinentalnoj klimi, ljeti se može primijetiti pregrijavanje zgrada, njihovog unutarnjeg i vanjskog okruženja. U tom smislu, arhitekti su suočeni sa zadatkom zaštite arhitektonskog okruženja od pretjerane insolacije. Primjenjuju odgovarajuća prostorno-planska rješenja, odabiru optimalnu orijentaciju zgrada na stranama horizonta, arhitektonske elemente za zaštitu od sunca na fasadama i svjetlosnim otvorima. Ako arhitektonska sredstva za zaštitu od pregrijavanja nisu dovoljna, onda postoji potreba za umjetnim kondicioniranjem unutarnjeg okoliša zgrada.

Režim zračenja također utječe na izbor orijentacije i dimenzija svjetlosnih otvora. Pri niskom zračenju, veličina svjetlosnih otvora može se povećati na bilo koju veličinu, pod uvjetom da se gubici topline kroz vanjske ograde održavaju na razini koja ne prelazi standard. U slučaju prekomjernog zračenja, svjetlosni otvori se izrađuju minimalnih dimenzija, zadovoljavajući zahtjeve za insolaciju i prirodno osvjetljenje prostora.

Lakoća fasada, koja određuje njihovu reflektivnost (albedo), također se odabire na temelju zahtjeva zaštite od sunca ili, obrnuto, uzimajući u obzir mogućnost maksimalnog upijanja sunčevog zračenja u područjima s hladnom i hladnom vlažnom klimom i sa prosječna ili niska razina sunčevog zračenja u ljetnim mjesecima. Za odabir materijala za oblaganje na temelju njihove refleksivnosti potrebno je znati koliko sunčevog zračenja ulazi u zidove zgrada različitih usmjerenja i koja je sposobnost različitih materijala da apsorbiraju to zračenje. Budući da dolazak zračenja na zid ovisi o geografskoj širini mjesta i o tome kako je zid orijentiran u odnosu na strane horizonta, o tome će ovisiti zagrijavanje zida i temperatura unutar susjednih prostorija.

Sposobnost upijanja različitih materijala za završnu obradu fasada ovisi o njihovoj boji i stanju (tablica 1.10.). Ako su poznati mjesečni zbroji sunčevog zračenja koje ulazi u zidove različitih orijentacija 1 i albedo tih zidova, tada se može odrediti količina topline koju oni apsorbiraju.

Tablica 1.10

Sposobnost upijanja građevinskih materijala

Podaci o količini dolaznog sunčevog zračenja (izravnog i difuznog) na nebu bez oblaka na okomitim površinama različitih usmjerenja dani su u Zajedničkom poduzeću "Građevinska klimatologija".

Odabir odgovarajućih materijala i boja za građevinske ovojnice, t.j. promjenom albeda zidova moguće je promijeniti količinu zračenja koje zid apsorbira i na taj način smanjiti ili povećati zagrijavanje zidova sunčevom toplinom. Ova tehnika se aktivno koristi u tradicionalnoj arhitekturi raznih zemalja. Svima je poznato da se južni gradovi razlikuju po općenitoj svijetloj (bijeloj s obojenim dekorom) bojom većine stambenih zgrada, dok su, primjerice, skandinavski gradovi uglavnom gradovi izgrađeni od tamne cigle ili korištenjem tesa tamne boje za oblaganje zgrada.

Računa se da 100 kWh/m 2 apsorbiranog zračenja podiže temperaturu vanjske površine za oko 4°C. Zidovi zgrada u većini regija Rusije u prosjeku primaju takvu količinu zračenja po satu ako su orijentirani na jug i istok, kao i zapadni, jugozapadni i jugoistočni ako su od tamne cigle i nisu ožbukani ili imaju žbuka tamne boje.

Za pomak od prosječne temperature zida za mjesec dana bez uzimanja u obzir zračenja na najčešće korištenu karakteristiku u termotehničkim proračunima - temperaturu vanjskog zraka, uvodi se dodatni temperaturni aditiv Na, ovisno o mjesečnoj količini sunčevog zračenja koje apsorbira zid VK(slika 1.15). Dakle, poznavajući intenzitet ukupnog sunčevog zračenja koje dolazi na zid i albedo površine tog zida, moguće je izračunati njegovu temperaturu uvođenjem odgovarajuće korekcije temperature zraka.

VK, kWh/m2

Riža. 1.15. Povećanje temperature vanjske površine zida zbog apsorpcije sunčevog zračenja

U općem slučaju, dodavanje temperature zbog apsorbiranog zračenja određuje se pod inače jednakim uvjetima, t.j. pri istoj temperaturi zraka, vlažnosti i toplinskom otporu ovojnice zgrade, bez obzira na brzinu vjetra.

Za vedrog vremena u podne, južni, prije podne - jugoistočni i poslijepodne - jugozapadni zidovi mogu apsorbirati i do 350-400 kWh/m 2 sunčeve topline i zagrijati se tako da njihova temperatura može prijeći 15-20 °C vanjskog zraka temperatura. To stvara veliku temperaturnu kon-

povjerenja između zidova iste zgrade. Ti se kontrasti u nekim područjima pokazuju značajnim ne samo ljeti, već iu hladnoj sezoni uz sunčano vrijeme s slabim vjetrom, čak i pri vrlo niskim temperaturama zraka. Posebno podvrgnut jakom pregrijavanju metalne konstrukcije. Dakle, prema dostupnim zapažanjima, u Jakutiji, smještenoj u umjerenoj oštro kontinentalnoj klimi, koju karakterizira oblačno vrijeme zimi i ljeti, u podne s vedrim nebom, aluminijski dijelovi ograđenih konstrukcija i krov Yakutske HE griju za 40-50 °C iznad temperature zraka, čak i pri niskim vrijednostima potonje.

Pregrijavanje izoliranih zidova zbog apsorpcije sunčevog zračenja mora se predvidjeti već u fazi arhitektonskog projektiranja. Ovaj učinak zahtijeva ne samo zaštitu zidova od prekomjerne insolacije arhitektonskim metodama, već i odgovarajuća planska rješenja zgrada, korištenje sustava grijanja različitih kapaciteta za različito orijentirane fasade, polaganje u projektu šavova za ublažavanje naprezanja u konstrukcijama i kršenje nepropusnosti spojeva zbog njihovih temperaturnih deformacija itd.

U tablici. 1.11 kao primjer, mjesečni zbroji apsorbiranog sunčevog zračenja u lipnju za nekoliko zemljopisnih objekata bivšeg SSSR-a dani su za dane vrijednosti albeda. Ova tablica pokazuje da ako je albedo sjevernog zida zgrade 30%, a južnog 50%, onda će se u Odesi, Tbilisiju i Taškentu zagrijati u istoj mjeri. Ako se u sjevernim regijama albedo sjevernog zida smanji na 10%, tada će dobiti gotovo 1,5 puta više topline od zida s albedom od 30%.

Tablica 1.11

Mjesečne sume sunčevog zračenja koje apsorbiraju zidovi zgrada u lipnju pri različitim albedo vrijednostima (kWh/m2)

Navedeni primjeri, temeljeni na podacima o ukupnom (izravnom i difuznom) sunčevom zračenju sadržanim u Zajedničkom poduhvatu "Građevinska klimatologija" i klimatskim referentnim knjigama, ne uzimaju u obzir sunčevo zračenje reflektirano od zemljine površine i okolnih objekata (npr. postojeće zgrade) koji dolaze do raznih zidova zgrada. To manje ovisi o njihovoj orijentaciji, stoga nije navedeno u regulatornim dokumentima za gradnju. Međutim, ovo reflektirano zračenje može biti prilično intenzivno i po snazi ​​usporedivo s izravnim ili difuznim zračenjem. Stoga se u arhitektonskom projektiranju mora uzeti u obzir, računajući za svaki konkretan slučaj.

PREDAVANJE 2.

SOLARNO ZRAČENJE.

Plan:

1. Vrijednost sunčevog zračenja za život na Zemlji.

2. Vrste sunčevog zračenja.

3. Spektralni sastav sunčevog zračenja.

4. Apsorpcija i disperzija zračenja.

5.PAR (fotosintetski aktivno zračenje).

6. Ravnoteža zračenja.

1. Glavni izvor energije na Zemlji za sva živa bića (biljke, životinje i ljude) je energija sunca.

Sunce je plinska kugla polumjera 695300 km. Polumjer Sunca je 109 puta veći od polumjera Zemlje (ekvatorijalni 6378,2 km, polarni 6356,8 km). Sunce se sastoji uglavnom od vodika (64%) i helija (32%). Ostatak čini samo 4% njegove mase.

Sunčeva energija je glavni uvjet za postojanje biosfere i jedan od glavnih čimbenika koji stvaraju klimu. Zbog energije Sunca, zračne mase u atmosferi se neprestano kreću, što osigurava postojanost plinovitog sastava atmosfere. Pod djelovanjem sunčevog zračenja ogromna količina vode isparava s površine rezervoara, tla, biljaka. Vodena para koju vjetar prenosi s oceana i mora na kontinente glavni je izvor oborina za kopno.

Sunčeva energija je neizostavan uvjet za postojanje zelenih biljaka koje tijekom fotosinteze pretvaraju sunčevu energiju u visokoenergetske organske tvari.

Rast i razvoj biljaka proces je asimilacije i prerade sunčeve energije, stoga je poljoprivredna proizvodnja moguća samo ako sunčeva energija dospije na površinu Zemlje. Ruski znanstvenik je napisao: „Daj najboljem kuharu koliko god želiš. svježi zrak, sunčeva svjetlost, cijela rijeka čista voda, zamolite ga da od svega toga skuha šećer, škrob, masti i žitarice, pa će pomisliti da mu se smijete. Ali ono što se čovjeku čini apsolutno fantastičnim, ostvaruje se nesmetano u zelenim listovima biljaka pod utjecajem energije Sunca. Procjenjuje se da 1 sq. metar listova na sat proizvodi gram šećera. Zbog činjenice da je Zemlja okružena kontinuiranom ljuskom atmosfere, sunčeve zrake prije nego što dođu do površine zemlje prolaze kroz cijelu debljinu atmosfere, koja ih djelomično reflektira, djelomično se raspršuje, tj. mijenja količinu i kvaliteta sunčeve svjetlosti koja ulazi na površinu zemlje. Živi organizmi su osjetljivi na promjene u intenzitetu osvjetljenja koje stvara sunčevo zračenje. Zbog različitog odgovora na intenzitet svjetlosti, svi oblici vegetacije se dijele na svjetloljubive i sjenovito tolerantne. Nedovoljna osvijetljenost u usjevima uzrokuje, na primjer, slabu diferencijaciju tkiva slame žitnih usjeva. Zbog toga se smanjuje snaga i elastičnost tkiva, što često dovodi do polijeganja usjeva. U zadebljanim usjevima kukuruza, zbog slabe osvijetljenosti sunčevim zračenjem, oslabljeno je formiranje klipova na biljkama.

Sunčevo zračenje utječe na kemijski sastav poljoprivrednih proizvoda. Na primjer, sadržaj šećera u repi i voću, sadržaj proteina u zrnu pšenice izravno ovise o broju sunčanih dana. Količina ulja u sjemenkama suncokreta, lana također se povećava s povećanjem dolaska sunčevog zračenja.

Osvjetljenje nadzemnih dijelova biljaka značajno utječe na apsorpciju hranjivih tvari korijenjem. Pri slabom osvjetljenju usporava se prijenos asimilata u korijenje, a kao rezultat toga inhibiraju se biosintetski procesi koji se odvijaju u biljnim stanicama.

Osvjetljenje također utječe na nastanak, širenje i razvoj biljnih bolesti. Razdoblje infekcije sastoji se od dvije faze koje se međusobno razlikuju po odgovoru na svjetlosni faktor. Prvi od njih - stvarno klijanje spora i prodor infektivnog principa u tkiva zahvaćene kulture - u većini slučajeva ne ovisi o prisutnosti i intenzitetu svjetlosti. Drugi je - nakon klijanja spora - najaktivniji u uvjetima jakog osvjetljenja.

Pozitivan učinak svjetlosti također utječe na brzinu razvoja patogena u biljci domaćinu. To je osobito vidljivo kod gljivica hrđe. Što je više svjetla, kraće je razdoblje inkubacije za rđu pšenice, žutu hrđu ječma, hrđu lana i graha itd. A to povećava broj generacija gljivica i pojačava intenzitet zaraze. Plodnost se povećava kod ovog patogena pod intenzivnim svjetlosnim uvjetima.

Neke se bolesti najaktivnije razvijaju pri slabom osvjetljenju, što uzrokuje slabljenje biljaka i smanjenje njihove otpornosti na bolesti (uzročnici raznih vrsta truleži, osobito povrća).

Trajanje rasvjete i biljaka. Ritam sunčevog zračenja (izmjenjivanje svijetlih i tamnih dijelova dana) najstabilniji je okolišni čimbenik koji se ponavlja iz godine u godinu. Kao rezultat dugogodišnjeg istraživanja, fiziolozi su utvrdili ovisnost prijelaza biljaka u generativni razvoj o određenom omjeru duljine dana i noći. U tom smislu, kulture prema fotoperiodičnoj reakciji mogu se razvrstati u skupine: kratak dančiji je razvoj odgođen pri duljini dana većoj od 10 sati. Kratak dan potiče stvaranje cvjetova, dok ga dugi dan sprječava. U takve usjeve spadaju soja, riža, proso, sirak, kukuruz itd.;

dug dan do 12-13 sati, zahtijevaju dugotrajno osvjetljenje za njihov razvoj. Njihov razvoj ubrzava kada je duljina dana oko 20 sati.Te kulture uključuju raž, zob, pšenicu, lan, grašak, špinat, djetelina i dr.;

neutralan s obzirom na duljinu dana, čiji razvoj ne ovisi o duljini dana, na primjer, rajčica, heljda, mahunarke, rabarbara.

Utvrđeno je da je za početak cvjetanja biljaka neophodna prevlast određenog spektralnog sastava u zračnom toku. Biljke kratkog dana razvijaju se brže kada maksimalno zračenje padne na plavo-ljubičaste zrake, a biljke dugog dana - na crvene. Trajanje svjetlosnog dijela dana (astronomska duljina dana) ovisi o dobu godine i geografskoj širini. Na ekvatoru, trajanje dana tijekom cijele godine je 12 sati ± 30 minuta. Pri kretanju od ekvatora prema polovima nakon proljetnog ekvinocija (21.03.) duljina dana se povećava prema sjeveru, a smanjuje prema jugu. Nakon jesenskog ekvinocija (23.09.) distribucija duljine dana je obrnuta. Na sjevernoj hemisferi 22. lipnja je najduži dan, koji traje 24 sata sjeverno od arktičkog kruga.Najkraći dan na sjevernoj hemisferi je 22. prosinca, a izvan arktičkog kruga u zimskim mjesecima Sunce ne uopće se uzdignuti iznad horizonta. U srednjim geografskim širinama, na primjer, u Moskvi, duljina dana tijekom godine varira od 7 do 17,5 sati.

2. Vrste sunčevog zračenja.

Sunčevo zračenje sastoji se od tri komponente: izravnog sunčevog zračenja, raspršenog i ukupnog.

IZRAVNO SUNČEVO ZRAČENJES- zračenje koje dolazi od sunca u atmosferu, a zatim na površinu zemlje u obliku snopa paralelnih zraka. Njegov intenzitet se mjeri u kalorijama po cm2 u minuti. Ovisi o visini sunca i stanju atmosfere (oblačnost, prašina, vodena para). Godišnja količina izravnog sunčevog zračenja na horizontalnoj površini teritorija Stavropoljskog teritorija iznosi 65-76 kcal/cm2/min. Na razini mora, uz visok položaj Sunca (ljeto, podne) i dobru prozirnost, izravno sunčevo zračenje iznosi 1,5 kcal/cm2/min. Ovo je dio spektra kratke valne duljine. Kada tok izravnog sunčevog zračenja prolazi kroz atmosferu, ono slabi zbog apsorpcije (oko 15%) i raspršivanja (oko 25%) energije plinovima, aerosolima, oblacima.

Protok izravnog sunčevog zračenja koji pada na vodoravnu površinu naziva se insolacija. S= S grijeh Hoje vertikalna komponenta izravnog sunčevog zračenja.

S – količina topline koju primi površina okomita na gredu ,

Ho – visina Sunca, tj. kut koji formira sunčeva zraka s vodoravnom površinom .

Na granici atmosfere intenzitet sunčevog zračenja jeTako= 1,98 kcal/cm2/min. - prema međunarodnom ugovoru iz 1958. godine. Zove se solarna konstanta. To bi bilo na površini da je atmosfera apsolutno prozirna.

Riža. 2.1. Put sunčevih zraka kroz atmosferu različite visine Sunce

RASPORENO ZRAČENJED – dio sunčevog zračenja kao rezultat raspršenja atmosferom vraća se u svemir, ali značajan dio ulazi u Zemlju u obliku raspršenog zračenja. Maksimalno raspršeno zračenje + 1 kcal/cm2/min. Primjećuje se na vedrom nebu, ako na njemu ima visokih oblaka. Pod oblačnim nebom, spektar raspršenog zračenja sličan je spektru sunca. Ovo je dio spektra kratke valne duljine. Valna duljina 0,17-4 mikrona.

UKUPNO ZRAČENJEP- sastoji se od difuznog i izravnog zračenja na horizontalnu površinu. P= S+ D.

Omjer izravnog i difuznog zračenja u sastavu ukupnog zračenja ovisi o visini Sunca, naoblačenosti i onečišćenosti atmosfere te visini površine iznad razine mora. S povećanjem visine Sunca, udio raspršenog zračenja na nebu bez oblaka opada. Što je atmosfera prozirnija i što je Sunce više, to je manji udio raspršenog zračenja. Uz kontinuirane guste oblake, ukupno zračenje se u potpunosti sastoji od raspršenog zračenja. Zimi se zbog refleksije zračenja od snježnog pokrivača i njegovog sekundarnog raspršivanja u atmosferi osjetno povećava udio raspršenog zračenja u ukupnom sastavu.

Svjetlost i toplina koju biljke primaju od Sunca rezultat su djelovanja ukupnog sunčevog zračenja. Stoga su podaci o količinama zračenja koje prima površina po danu, mjesecu, vegetacijskoj sezoni i godini od velike važnosti za poljoprivredu.

reflektirano sunčevo zračenje. Albedo. Ukupno zračenje koje je dospjelo do Zemljine površine, djelomično se od nje reflektira, stvara reflektirano sunčevo zračenje (RK), usmjereno s površine zemlje u atmosferu. Vrijednost reflektiranog zračenja uvelike ovisi o svojstvima i stanju reflektirajuće površine: boji, hrapavosti, vlažnosti itd. Reflektivnost bilo koje površine može se okarakterizirati njezinim albedom (Ak), koji se shvaća kao omjer reflektiranog sunčevog zračenja do ukupno. Albedo se obično izražava u postocima:

Promatranja pokazuju da albedo različitih površina varira u relativno uskim granicama (10...30%), s izuzetkom snijega i vode.

Albedo ovisi o vlažnosti tla, s čijim se povećanjem smanjuje, što je važno u procesu promjene toplinskog režima navodnjavanih polja. Zbog smanjenja albeda, kada je tlo navlaženo, apsorbirano zračenje se povećava. Albedo različitih površina ima dobro izraženu dnevnu i godišnju varijaciju, zbog ovisnosti albeda o visini Sunca. Najniža vrijednost albedo se promatra u podnevnim satima, a tijekom godine - ljeti.

Zemljino vlastito zračenje i protuzračenje atmosfere. Učinkovito zračenje. Zemljina površina kao fizičko tijelo s temperaturom iznad apsolutne nule (-273°C) izvor je zračenja, koje se naziva Zemljino vlastito zračenje (E3). Usmjerava se u atmosferu i gotovo ga potpuno apsorbira vodena para, vodene kapljice i ugljični dioksid sadržan u zraku. Zračenje Zemlje ovisi o temperaturi njezine površine.

Atmosfera se, apsorbirajući malu količinu sunčevog zračenja i gotovo svu energiju koju emitira zemaljska površina, zagrijava i zauzvrat također zrači energiju. Oko 30% atmosferskog zračenja odlazi u svemir, a oko 70% dolazi na površinu Zemlje i naziva se protuatmosfersko zračenje (Ea).

Količina energije koju emitira atmosfera izravno je proporcionalna njezinoj temperaturi, sadržaju ugljičnog dioksida, ozonu i naoblačenosti.

Površina Zemlje apsorbira ovo protuzračenje gotovo u potpunosti (za 90...99%). Dakle, on je važan izvor topline za zemljinu površinu uz apsorbirano sunčevo zračenje. Ovaj utjecaj atmosfere na toplinski režim Zemlje naziva se staklenički ili staklenički efekt zbog vanjske analogije s djelovanjem stakala u staklenicima i staklenicima. Staklo dobro propušta sunčeve zrake, koje zagrijavaju tlo i biljke, ali odgađa toplinsko zračenje zagrijanog tla i biljaka.

Razlika između vlastitog zračenja Zemljine površine i protuzračenja atmosfere naziva se efektivno zračenje: Eef.

Eef= E3-Ea

U vedrim i malo oblačnim noćima efektivno zračenje je mnogo veće nego u oblačnim noćima, pa je i noćno hlađenje zemljine površine veće. Tijekom dana blokiran je apsorbiranim ukupnim zračenjem, uslijed čega temperatura površine raste. Istodobno se povećava i učinkovito zračenje. Zemljina površina u srednjim geografskim širinama zbog djelotvornog zračenja gubi 70...140 W/m2, što je otprilike polovica količine topline koju prima apsorpcijom sunčevog zračenja.

3. Spektralni sastav zračenja.

Sunce, kao izvor zračenja, ima različite emitirane valove. Tokovi energije zračenja duž valne duljine uvjetno se dijele na kratki val (x < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) zračenje. Spektar sunčevog zračenja na granici Zemljine atmosfere je praktički između valnih duljina od 0,17 i 4 mikrona, a zemaljskog i atmosferskog zračenja - od 4 do 120 mikrona. Posljedično, tokovi sunčevog zračenja (S, D, RK) odnose se na kratkovalno zračenje, a zračenje Zemlje (£3) i atmosfere (Ea) - na dugovalno zračenje.

Spektar sunčevog zračenja može se podijeliti na tri kvalitativno različita dijela: ultraljubičasto (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) i infracrveno (0,76 µm < Y < 4 µm). Prije ultraljubičastog dijela spektra sunčevog zračenja nalazi se rendgensko zračenje, a iza infracrvenog - radijska emisija Sunca. Na gornjoj granici atmosfere ultraljubičasti dio spektra čini oko 7% energije sunčevog zračenja, 46% vidljive i 47% infracrvene.

Zračenje koje emitiraju zemlja i atmosfera naziva se daleko infracrveno zračenje.

Biološki učinak različitih vrsta zračenja na biljke je različit. ultraljubičasto zračenje usporava procese rasta, ali ubrzava prolazak faza formiranja reproduktivnih organa u biljkama.

Vrijednost infracrvenog zračenja, koji aktivno apsorbira voda u lišću i stabljikama biljaka, njegov je toplinski učinak, koji značajno utječe na rast i razvoj biljaka.

daleko infracrveno zračenje proizvodi samo toplinsko djelovanje na biljkama. Njegov utjecaj na rast i razvoj biljaka je neznatan.

Vidljivi dio sunčevog spektra, prvo, stvara osvjetljenje. Drugo, takozvano fiziološko zračenje (A, = 0,35 ... 0,75 μm), koje apsorbiraju pigmenti lista, gotovo se podudara s područjem vidljivog zračenja (djelomično hvatajući područje ultraljubičastog zračenja). Njegova energija ima važan regulatorni i energetski značaj u životu biljaka. Unutar ovog područja spektra razlikuje se područje fotosintetski aktivnog zračenja.

4. Apsorpcija i raspršivanje zračenja u atmosferi.

Prolazeći kroz Zemljinu atmosferu, sunčevo zračenje se slabi zbog apsorpcije i raspršenja atmosferskim plinovima i aerosolima. Istodobno se mijenja i njegov spektralni sastav. Na različitim visinama sunca i različitim visinama točke promatranja iznad zemljine površine, duljina puta koji prolazi sunčeva zraka u atmosferi nije ista. Smanjenjem nadmorske visine ultraljubičasti dio zračenja posebno se jako smanjuje, vidljivi se nešto smanjuje, a tek neznatno infracrveni dio.

Raspršivanje zračenja u atmosferi nastaje uglavnom kao posljedica kontinuiranih fluktuacija (fluktuacija) gustoće zraka u svakoj točki atmosfere, uzrokovanih stvaranjem i uništavanjem nekih "klastera" (grudica) molekula atmosferskog plina. Aerosolne čestice također raspršuju sunčevo zračenje. Intenzitet raspršenja karakterizira koeficijent raspršenja.

K = dodaj formulu.

Intenzitet raspršenja ovisi o broju raspršenih čestica po jedinici volumena, o njihovoj veličini i prirodi, a također i o valnim duljinama samog raspršenog zračenja.

Zrake se raspršuju što jače, što je valna duljina kraća. Na primjer, ljubičaste zrake raspršuju se 14 puta više od crvenih, što objašnjava plavu boju neba. Kao što je gore navedeno (vidi odjeljak 2.2), izravno sunčevo zračenje koje prolazi kroz atmosferu djelomično se raspršuje. U čistom i suhom zraku intenzitet koeficijenta molekularnog raspršenja zadovoljava Rayleighov zakon:

k= s/Y4 ,

gdje je C koeficijent koji ovisi o broju molekula plina po jedinici volumena; X je duljina raspršenog vala.

Budući da su daleke valne duljine crvene svjetlosti gotovo dvostruko veće od valnih duljina ljubičaste svjetlosti, prve se raspršuju molekulama zraka 14 puta manje od druge. Budući da je početna energija (prije raspršenja) ljubičastih zraka manja od plave i plave, maksimalna energija u raspršenoj svjetlosti (raspršeno sunčevo zračenje) se prebacuje na plavo-plave zrake, što određuje plavu boju neba. Dakle, difuzno zračenje je bogatije fotosintetski aktivnim zrakama od izravnog zračenja.

U zraku koji sadrži nečistoće (male kapljice vode, kristali leda, čestice prašine itd.), raspršenje je jednako za sva područja vidljivog zračenja. Stoga nebo dobiva bjelkastu nijansu (pojavljuje se izmaglica). Elementi oblaka (velike kapljice i kristali) uopće ne raspršuju sunčeve zrake, već ih difuzno reflektiraju. Kao rezultat toga, oblaci obasjani Suncem su bijeli.

5. PAR (fotosintetski aktivno zračenje)

Fotosintetski aktivno zračenje. U procesu fotosinteze ne koristi se cijeli spektar sunčevog zračenja, već samo njegov

dio u rasponu valnih duljina od 0,38 ... 0,71 mikrona, - fotosintetski aktivno zračenje (PAR).

Poznato je da se vidljivo zračenje, koje ljudsko oko percipira kao bijelo, sastoji od obojenih zraka: crvene, narančaste, žute, zelene, plave, indigo i ljubičaste.

Asimilacija energije sunčevog zračenja lišćem biljaka je selektivna (selektivna). Najintenzivniji listovi apsorbiraju plavo-ljubičaste (X = 0,48 ... 0,40 mikrona) i narančasto-crvene (X = 0,68 mikrona) zrake, manje žutozelene (A. = 0,58 ... 0,50 mikrona) i daleko crvene (A .\u003e 0,69 mikrona) zrake.

Na površini zemlje, maksimalna energija u spektru izravnog sunčevog zračenja, kada je Sunce visoko, pada na područje žuto-zelenih zraka (sunčev disk je žut). Kada je Sunce blizu horizonta, daleke crvene zrake imaju najveću energiju (sunčev disk je crven). Stoga je energija izravne sunčeve svjetlosti malo uključena u proces fotosinteze.

Budući da je PAR jedan od kritični čimbenici produktivnost poljoprivrednih biljaka, podaci o količini pristigle PAR, obračun njezine distribucije po teritoriju iu vremenu od velike su praktične važnosti.

Intenzitet PAR se može mjeriti, ali to zahtijeva posebne svjetlosne filtere koji prenose samo valove u rasponu od 0,38 ... 0,71 mikrona. Takvi uređaji postoje, ali se ne koriste na mreži aktinometrijskih postaja, ali mjere intenzitet integralnog spektra sunčevog zračenja. Vrijednost PAR može se izračunati iz podataka o dolasku izravnog, difuznog ili ukupnog zračenja pomoću koeficijenata koje je predložio H. G. Tooming i:

Qfar = 0,43 S"+0,57 D);

izrađene su karte distribucije mjesečnih i godišnjih iznosa Fara na teritoriju Rusije.

Za karakterizaciju stupnja korištenja PAR-a po usjevima, koristi se PAR učinkovitost:

KPIfar = (zbrojP/ prednja svjetla/zbrojP/ prednja svjetla) 100%,

gdje iznosP/ prednja svjetla- količina PAR-a utrošena na fotosintezu tijekom vegetacije biljaka; iznosP/ prednja svjetla- iznos PAR primljen za usjeve u ovom razdoblju;

Usjevi prema njihovim prosječnim vrijednostima CPIF-a podijeljeni su u skupine (prema): obično promatrano - 0,5 ... 1,5%; dobro-1,5...3,0; rekord - 3,5...5,0; teoretski moguće - 6,0 ... 8,0%.

6. RAVNOTEŽA ZRAČENJA ZEMLJINE POVRŠINE

Razlika između dolaznih i izlaznih tokova energije zračenja naziva se radijacijska ravnoteža zemljine površine (B).

Dolazni dio radijacijske bilance zemljine površine tijekom dana sastoji se od izravnog sunčevog i difuznog zračenja, kao i atmosferskog zračenja. Rashodni dio bilance je zračenje zemljine površine i reflektirano sunčevo zračenje:

B= S / + D+ Ea-E3-Rk

Jednadžba se također može napisati u drugom obliku: B = P- RK - Eef.

Za noćno vrijeme, jednadžba ravnoteže zračenja ima sljedeći oblik:

B \u003d Ea - E3, ili B \u003d -Eef.

Ako je ulaz zračenja veći od izlaznog, tada je bilanca zračenja pozitivna i aktivna površina* se zagrijava. S negativnim saldom se hladi. Ljeti je bilanca zračenja pozitivna danju, a negativna noću. Prelazak nule događa se ujutro otprilike 1 sat nakon izlaska sunca, a navečer 1-2 sata prije zalaska sunca.

Godišnja radijacijska bilanca u područjima gdje je uspostavljen stabilan snježni pokrivač ima negativne vrijednosti u hladnoj sezoni, a pozitivne vrijednosti u toploj sezoni.

Ravnoteža zračenja zemljine površine značajno utječe na raspodjelu temperature u tlu i površinskom sloju atmosfere, kao i na procese isparavanja i topljenja snijega, stvaranje magle i mraza, promjene svojstava zračnih masa (njihovih transformacija).

Poznavanje režima zračenja poljoprivrednog zemljišta omogućuje izračunavanje količine zračenja koje apsorbiraju usjevi i tlo ovisno o visini Sunca, strukturi usjeva i fazi razvoja biljaka. Podaci o režimu također su potrebni za ocjenjivanje različitih metoda regulacije temperature i vlage tla, isparavanja, o čemu ovisi rast i razvoj biljaka, formiranje usjeva, njegova količina i kvaliteta.

Učinkovite agronomske metode utjecaja na zračenje i, posljedično, na toplinski režim aktivne površine su malčiranje (prekrivanje tla tankim slojem tresetnih krhotina, trulog stajskog gnoja, piljevine itd.), pokrivanje tla plastičnom folijom i navodnjavanje . Sve to mijenja reflektirajuću i upijajuću sposobnost aktivne površine.

* Aktivna površina - površina tla, vode ili vegetacije, koja izravno apsorbira sunčevo i atmosfersko zračenje i emitira zračenje u atmosferu, čime se regulira toplinski režim susjednih slojeva zraka i ispod njih slojeva tla, vode, vegetacije.

Solarno zračenje

Solarno zračenje

elektromagnetsko zračenje od sunca i u Zemljinu atmosferu. Valne duljine sunčevog zračenja su koncentrirane u rasponu od 0,17 do 4 mikrona s maks. na valu od 0,475 mikrona. U REDU. 48% energije sunčevog zračenja otpada na vidljivi dio spektra (valna duljina od 0,4 do 0,76 mikrona), 45% - na infracrveno (više od 0,76 mikrona), a 7% - na ultraljubičasto (manje od 0,4 mikrona). µm). Sunčevo zračenje - glavno. izvor energije procesa u atmosferi, oceanu, biosferi itd. Mjeri se u jedinicama energije po jedinici površine u jedinici vremena npr. W/m². Sunčevo zračenje na gornjoj granici atmosfere na usp. naziva se udaljenost zemlje od sunca solarna konstanta i iznosi cca. 1382 W/m². Prolazeći kroz Zemljinu atmosferu, sunčevo zračenje mijenja intenzitet i spektralni sastav zbog apsorpcije i raspršenja česticama zraka, plinovitim nečistoćama i aerosolom. Na površini Zemlje spektar sunčevog zračenja ograničen je na 0,29–2,0 µm, a intenzitet je značajno smanjen ovisno o sadržaju nečistoća, nadmorskoj visini i naoblačenosti. Izravno zračenje dopire do površine zemlje, oslabljeno pri prolasku kroz atmosferu, kao i difuzno, nastalo izravnim raspršivanjem u atmosferi. Dio izravnog sunčevog zračenja odbija se od zemljine površine i oblaka i odlazi u svemir; raspršeno zračenje također djelomično bježi u svemir. Ostatak sunčevog zračenja u glavnom. pretvara u toplinu, zagrijavajući površinu zemlje i dijelom zrak. Sunčevo zračenje, pa dol., jedno je od glavnih. komponente radijacijske ravnoteže.

Geografija. Moderna ilustrirana enciklopedija. - M.: Rosman. Pod uredništvom prof. A. P. Gorkina. 2006 .

Pogledajte što je "sunčevo zračenje" u drugim rječnicima:

Elektromagnetno i korpuskularno zračenje Sunca. Elektromagnetsko zračenje pokriva raspon valnih duljina od gama zračenja do radio valova, njegov energetski maksimum pada na vidljivi dio spektra. Korpuskularna komponenta solarne ... ... Velika enciklopedijski rječnik

solarno zračenje- Ukupan protok elektromagnetskog zračenja koje emituje Sunce i udara u Zemlju... Geografski rječnik

Ovaj izraz ima druga značenja, vidi Zračenje (značenja). U ovom članku nedostaju poveznice na izvore informacija. Informacije moraju biti provjerljive, inače se mogu dovesti u pitanje... Wikipedia

Svi procesi na površini zemaljske kugle, kakvi god oni bili, imaju svoj izvor sunčeve energije. Proučavaju li se čisto mehanički procesi, kemijski procesi u zraku, vodi, tlu, fiziološki procesi ili bilo što... Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron

Elektromagnetno i korpuskularno zračenje Sunca. Elektromagnetsko zračenje pokriva raspon valnih duljina od gama zračenja do radio valova, njegov energetski maksimum pada na vidljivi dio spektra. Korpuskularna komponenta solarne ... ... enciklopedijski rječnik

solarno zračenje- Saulės spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. sunčevo zračenje vok. Sonnenstrahlung, f rus. sunčevo zračenje, n; sunčevo zračenje, f; sunčevo zračenje, n pranc. rayonnement solaire, m … Fizikos terminų žodynas

solarno zračenje- Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės atmosferos elektromagnetinė (infraraudonoji 0,76 nm sudaro 45%, matomoji 0,38–0,76 nm – 48% ga ultraviolet – 48% Ekologijos terminų aiskinamasis žodynas

Zračenje Sunca elektromagnetske i korpuskularne prirode. S. r. glavni izvor energije za većinu procesa koji se odvijaju na Zemlji. Korpuskularni S. r. sastoji se uglavnom od protona s brzinama od 300 1500 u blizini Zemlje ... ... Velika sovjetska enciklopedija

E-mail magn. i korpuskularno zračenje Sunca. E-mail magn. zračenje pokriva raspon valnih duljina od gama zračenja do radio valova, njegovu energiju. Maksimum je u vidljivom dijelu spektra. Korpuskularna komponenta S. str. sastoji se od pogl. arr. od… … Prirodna znanost. enciklopedijski rječnik

izravno sunčevo zračenje- Sunčevo zračenje koje dolazi izravno iz solarnog diska... Geografski rječnik

knjige

• Sunčevo zračenje i Zemljina klima, Fedorov Valerij Mihajlovič. U knjizi su prikazani rezultati istraživanja varijacija Zemljine insolacije povezanih s nebesko-mehaničkim procesima. Analiziraju se niskofrekventne i visokofrekventne promjene sunčeve klime…

Dazhbog kod Slavena, Apolon kod starih Grka, Mitra kod Indoiranaca, Amon Ra kod starih Egipćana, Tonatiu kod Asteka - u drevnom panteizmu ljudi su Boga nazivali Suncem ovim imenima.

Od davnih vremena ljudi su shvatili koliko je Sunce važno za život na Zemlji i pobožančili su ga.

Sjaj Sunca je ogroman i iznosi 3,85x10 23 kW. Sunčeva energija koja djeluje na površinu od samo 1 m 2 sposobna je napuniti motor od 1,4 kW.

Izvor energije je termonuklearna reakcija koja se odvija u jezgri zvijezde.

Dobiveni 4 He je gotovo (0,01%) cijeli helij Zemlje.

Zvijezda našeg sustava emitira elektromagnetsko i korpuskularno zračenje. S vanjske strane Sunčeve korone, Sunčev vjetar, koji se sastoji od protona, elektrona i α-čestica, “puva” u svemir. Sa solarnim vjetrom godišnje se izgubi 2-3x10 -14 masa svjetiljke. Magnetske oluje i polarna svjetlost povezuju se s korpuskularnim zračenjem.

Elektromagnetno zračenje (sunčevo zračenje) dopire do površine našeg planeta u obliku izravnih i raspršenih zraka. Njegov spektralni raspon je:

• ultraljubičasto zračenje;
• X-zrake;
• γ-zrake.

Na kratkovalni dio otpada samo 7% energije. Vidljiva svjetlost čini 48% energije sunčevog zračenja. Uglavnom se sastoji od plavo-zelenog spektra emisije, 45% čini infracrveno zračenje, a samo mali dio predstavlja radio emisija.

Ultraljubičasto zračenje, ovisno o valnoj duljini, dijeli se na:

Većina ultraljubičastog zračenja duge valne duljine dopire do površine zemlje. Količina UV-B energije koja dopire do površine planeta ovisi o stanju ozonskog omotača. UV-C gotovo potpuno apsorbira ozonski omotač i atmosferski plinovi. Još 1994. godine WHO i WMO predložili su uvođenje ultraljubičastog indeksa (UV, W / m 2).

Atmosfera ne apsorbira vidljivi dio svjetlosti, već se valovi određenog spektra raspršuju. Infracrvena boja ili toplinska energija u rasponu srednjih valova uglavnom se apsorbira vodenom parom i ugljičnim dioksidom. Izvor dugovalnog spektra je zemljina površina.

Svi navedeni rasponi su od velike važnosti za život na Zemlji. Značajan dio sunčevog zračenja ne dopire do površine Zemlje. Registriran je u blizini površine planeta sljedeće vrste radijacija:

• 1% ultraljubičastog;
• 40% optički;
• 59% infracrveno.

Intenzitet sunčevog zračenja ovisi o:

• zemljopisna širina;
• sezona;
• vrijeme dana;
• stanje atmosfere;
• značajke i topografija zemljine površine.

NA različite točke Sunčevo zračenje Zemlje na različite načine utječe na žive organizme.

Fotobiološki procesi koji nastaju pod djelovanjem svjetlosne energije, ovisno o njihovoj ulozi, mogu se podijeliti u sljedeće skupine:

• sinteza biološki djelatne tvari(fotosinteza);
• fotobiološki procesi koji pomažu u navigaciji u prostoru i pomažu u dobivanju informacija (fototaksija, vid, fotoperiodizam);
• štetni učinci (mutacije, karcinogeni procesi, destruktivni učinci na bioaktivne tvari).

Svjetlosno zračenje djeluje stimulativno na fotobiološke procese u tijelu – sintezu vitamina, pigmenata, fotostimulaciju stanica. Trenutno se istražuje senzibilizirajući učinak sunčeve svjetlosti.

Ultraljubičasto zračenje, djelujući na kožu ljudskog tijela, potiče sintezu vitamina D, B4 i proteina, koji su regulatori mnogih fizioloških procesa. Ultraljubičasto zračenje utječe na:

• metabolički procesi;
• imunološki sustav;
• živčani sustav;
• endokrilni sustav.

Senzibilizirajući učinak ultraljubičastog zračenja ovisi o valnoj duljini:

Stimulirajući učinak sunčeve svjetlosti izražava se u povećanju specifičnog i nespecifičnog imuniteta. Tako se, primjerice, kod djece koja su izložena umjerenom prirodnom UV zračenju broj prehlada smanjuje za 1/3. Istodobno se povećava učinkovitost liječenja, nema komplikacija, a razdoblje bolesti se smanjuje.

Baktericidna svojstva kratkovalnog spektra UV zračenja koriste se u medicini, Industrija hrane, farmaceutska proizvodnja za dezinfekciju okoliša, zraka i proizvoda. Ultraljubičasto zračenje uništava bacil tuberkuloze u roku od nekoliko minuta, stafilokok - za 25 minuta, a uzročnika trbušnog tifusa - za 60 minuta.

Nespecifična imunost, kao odgovor na ultraljubičasto zračenje, reagira povećanjem titra komplimenta i aglutinacije, povećanjem aktivnosti fagocita. Ali povećano UV zračenje uzrokuje patološke promjene u tijelu:

• rak kože;
• solarni eritem;
• oštećenje imunološkog sustava, koje se izražava u pojavi pjegica, nevusa, solarnog lentiga.

Vidljivi dio sunčeve svjetlosti:

• omogućuje dobivanje 80% informacija pomoću vizualnog analizatora;
• ubrzava metaboličke procese;
• poboljšava raspoloženje i opću dobrobit;
• grije;
• utječe na stanje središnjeg živčanog sustava;
• određuje dnevne ritmove.

Stupanj izloženosti infracrvenom zračenju ovisi o valnoj duljini:

• dugovalni - ima slabu sposobnost prodiranja i u velikoj mjeri se apsorbira na površini kože, uzrokujući eritem;
• kratkovalni - prodire duboko u tijelo, pružajući vazodilatacijski učinak, analgetski, protuupalni.

Osim utjecaja na žive organizme, sunčevo zračenje ima veliku važnost u oblikovanju klime na Zemlji.

Značaj sunčevog zračenja za klimu

Sunce je glavni izvor topline koji određuje klimu na Zemlji. U ranim fazama razvoja Zemlje, Sunce je zračilo 30% manje topline nego sada. Ali zbog zasićenosti atmosfere plinovima i vulkanskom prašinom, klima na Zemlji bila je vlažna i topla.

U intenzitetu insolacije uočava se cikličnost koja uzrokuje zagrijavanje i hlađenje klime. Cikličnost objašnjava malo glacijalno razdoblje, koji je došao u XIV-XIX stoljeću. i zagrijavanje klime uočeno u razdoblju 1900-1950.

U povijesti planeta bilježi se periodičnost promjene nagiba osi i ekstremnost orbite, što mijenja preraspodjelu sunčevog zračenja na površini i utječe na klimu. Na primjer, ove promjene se ogledaju u povećanju i smanjenju područja pustinje Sahare.

Interglacijalna razdoblja traju oko 10 000 godina. Zemlja se trenutno nalazi u interglacijalnom razdoblju koje se naziva heliocen. Zbog rane ljudske poljoprivredne aktivnosti, ovo razdoblje traje dulje od izračunatog.

Znanstvenici su opisali cikluse klimatskih promjena od 35-45 godina, tijekom kojih se suha i topla klima mijenja u hladnu i vlažnu. Oni utječu na punjenje unutarnjih voda, razinu Svjetskog oceana, promjene u glacijaciji na Arktiku.

Sunčevo zračenje je različito raspoređeno. Primjerice, u srednjim geografskim širinama u razdoblju od 1984. do 2008. godine došlo je do povećanja ukupnog i izravnog sunčevog zračenja te smanjenja raspršenog zračenja. Tijekom godine bilježe se i promjene intenziteta. Dakle, vrhunac pada na svibanj-kolovoz, a minimum - zimi.

Budući da su visina Sunca i trajanje dnevnog svjetla ljeti duži, to razdoblje čini i do 50% ukupnog godišnjeg zračenja. A u razdoblju od studenog do veljače - samo 5%.

Količina sunčevog zračenja koja pada na određenu površinu Zemlje utječe na važne klimatske pokazatelje:

• temperatura;
• vlažnost;
• Atmosferski tlak;
• oblačnost;
• taloženje;
• brzina vjetra.

Povećanje sunčevog zračenja povećava temperaturu i atmosferski tlak, a ostale karakteristike su obrnuto povezane. Znanstvenici su otkrili da razine ukupnog i izravnog sunčevog zračenja imaju najveći utjecaj na klimu.

Mjere zaštite od sunca

Sunčevo zračenje djeluje senzibilizirajuće i štetno na osobu u vidu toplinskog i sunčanog udara, negativnih učinaka zračenja na kožu. Sada se pokretu protiv tamnjenja pridružio veliki broj poznatih osoba.

Angelina Jolie, primjerice, kaže da zarad dva tjedna opeklina ne želi žrtvovati nekoliko godina svog života.

Da biste se zaštitili od sunčevog zračenja, morate:

1. sunčanje ujutro i navečer je najsigurnije vrijeme;
2. koristiti sunčane naočale;
3. u razdoblju aktivnog sunca:

• pokrij glavu i otvorenim površinama tijelo;
• koristiti kremu za sunčanje s UV filterom;
• kupiti posebnu odjeću;
• zaštitite se šeširom širokog oboda ili suncobranom;
• promatrati režim pijenja;
• izbjegavajte intenzivnu tjelesnu aktivnost.

Uz razumnu upotrebu, sunčevo zračenje ima blagotvoran učinak na ljudski organizam.

Sunčevo zračenje je zračenje svojstveno svjetlu našeg planetarnog sustava. Sunce je glavna zvijezda oko koje se okreće Zemlja, kao i susjedni planeti. Zapravo, ovo je ogromna vruća plinska kugla, koja neprestano emitira energiju koja teče u prostor oko nje. To je ono što zovu radijacija. Smrtonosna, ujedno je ta energija - jedan od glavnih čimbenika koji omogućuju život na našem planetu. Kao i sve na ovom svijetu, dobrobiti i štete sunčevog zračenja za organski život usko su međusobno povezane.

Opći pogled

Da biste razumjeli što je sunčevo zračenje, prvo morate razumjeti što je Sunce. Glavni izvor topline, koji osigurava uvjete za organsko postojanje na našem planetu, u univerzalnim prostorima je samo mala zvijezda na galaktičkoj periferiji Mliječne staze. Ali za zemljane, Sunce je središte mini-svemira. Uostalom, oko ovog plinskog ugruška vrti se naš planet. Sunce nam daje toplinu i svjetlost, odnosno opskrbljuje oblike energije bez kojih bi naše postojanje bilo nemoguće.

U davna vremena izvor sunčevog zračenja - Sunce - bilo je božanstvo, predmet vrijedan obožavanja. Sunčeva putanja preko neba ljudima se činila očitim dokazom Božje volje. Pokušaji da se udubi u suštinu fenomena, da se objasni što je ovo luminar, učinjeni su dugo vremena, a posebno im je značajan doprinos dao Kopernik, koji je formirao ideju heliocentrizma, koja se upečatljivo razlikovala od geocentrizam općenito prihvaćen u to doba. Međutim, pouzdano je poznato da su znanstvenici još u davna vremena više puta razmišljali o tome što je Sunce, zašto je toliko važno za sve oblike života na našem planetu, zašto je kretanje ove svjetiljke upravo onakav kakav ga vidimo .

Napredak tehnologije omogućio je bolje razumijevanje što je Sunce, koji se procesi odvijaju unutar zvijezde, na njezinoj površini. Znanstvenici su naučili što je sunčevo zračenje, kako plinoviti objekt utječe na planete u svojoj zoni utjecaja, posebno na klimu Zemlje. Sada čovječanstvo ima dovoljno veliku bazu znanja da može s povjerenjem reći: bilo je moguće saznati što je zračenje koje emitira Sunce, kako izmjeriti ovaj energetski tok i kako formulirati značajke njegovog utjecaja na različite oblike organskog života na Zemlja.

O terminima

Najvažniji korak u savladavanju suštine pojma napravljen je u prošlom stoljeću. Tada je ugledni astronom A. Eddington formulirao pretpostavku: termonuklearna fuzija se događa u sunčevim dubinama, što omogućuje oslobađanje ogromne količine energije u prostor oko zvijezde. Pokušavajući procijeniti količinu sunčevog zračenja, nastojali su se utvrditi stvarni parametri okoliša na zvijezdi. Dakle, temperatura jezgre, prema znanstvenicima, doseže 15 milijuna stupnjeva. To je dovoljno da se nosi s međusobnim odbojnim utjecajem protona. Sudar jedinica dovodi do stvaranja jezgri helija.

Nove informacije privukle su pozornost mnogih istaknutih znanstvenika, uključujući A. Einsteina. U pokušaju da procijene količinu sunčevog zračenja, znanstvenici su otkrili da su jezgre helija inferiorne po masi u odnosu na ukupnu vrijednost od 4 protona potrebna za formiranje nove strukture. Tako je otkrivena značajka reakcija, nazvana "masni defekt". Ali u prirodi ništa ne može nestati bez traga! U pokušaju da pronađu "pobjegle" količine, znanstvenici su usporedili oporavak energije i specifičnosti promjene mase. Tada je bilo moguće otkriti da razliku emitiraju gama kvanti.

Zračeni objekti probijaju se od jezgre naše zvijezde do njezine površine kroz brojne plinovite atmosferske slojeve, što dovodi do fragmentacije elemenata i stvaranja elektromagnetskog zračenja na njihovoj osnovi. Među ostalim vrstama sunčevog zračenja je svjetlost koju percipira ljudsko oko. Približne procjene sugerirale su da proces prolaska gama zraka traje oko 10 milijuna godina. Još osam minuta - i zračila energija stiže do površine našeg planeta.

Kako i što?

Sunčevo zračenje naziva se ukupnim kompleksom elektromagnetskog zračenja koje karakterizira prilično širok raspon. To uključuje takozvani solarni vjetar, odnosno tok energije koji čine elektroni, svjetlosne čestice. Na graničnom sloju atmosfere našeg planeta konstantno se opaža isti intenzitet sunčevog zračenja. Energija zvijezde je diskretna, njezin se prijenos odvija kroz kvante, dok je korpuskularna nijansa toliko neznatna da se zrake mogu smatrati elektromagnetskim valovima. A njihova se raspodjela, kako su otkrili fizičari, odvija ravnomjerno i ravnomjerno. Dakle, za opis sunčevog zračenja potrebno je odrediti njegovu karakterističnu valnu duljinu. Na temelju ovog parametra uobičajeno je razlikovati nekoliko vrsta zračenja:

• srdačno;
• radio val;
• Bijelo svjetlo;
• ultraljubičasto;
• gama;
• rendgenski snimak.

Omjer najboljeg infracrvenog, vidljivog, ultraljubičastog procjenjuje se na sljedeći način: 52%, 43%, 5%.

Za kvantitativnu procjenu zračenja potrebno je izračunati gustoću energetskog toka, odnosno količinu energije koja dosegne ograničeno područje površine u određenom vremenskom razdoblju.

Istraživanja su pokazala da sunčevo zračenje uglavnom apsorbira planetarna atmosfera. Zbog toga dolazi do zagrijavanja na temperaturu ugodnu za organski život, karakterističnu za Zemlju. Postojeća ozonska ljuska propušta samo stoti dio ultraljubičastog zračenja. Istodobno, kratke valne duljine koje su opasne za živa bića su potpuno blokirane. Atmosferski slojevi su u stanju raspršiti gotovo trećinu sunčevih zraka, još 20% se apsorbira. Posljedično, ne više od polovice sve energije dospijeva na površinu planeta. Upravo se taj "ostatak" u znanosti naziva izravnim sunčevim zračenjem.

Što kažete na detaljnije?

Poznato je nekoliko aspekata koji određuju koliko će biti intenzivno izravno zračenje. Najznačajnijim se smatra upadni kut ovisno o geografskoj širini ( geografsko obilježje teren na globusu), godišnje doba koje određuje koliko je određena točka udaljena od izvora zračenja. Mnogo ovisi o karakteristikama atmosfere – koliko je zagađena, koliko oblaka ima u datom trenutku. Konačno, značajnu ulogu ima priroda površine na koju zraka pada, odnosno njezina sposobnost reflektiranja dolaznih valova.

Ukupno sunčevo zračenje je vrijednost koja kombinira raspršene volumene i izravno zračenje. Parametar koji se koristi za procjenu intenziteta procjenjuje se u kalorijama po jedinici površine. Istodobno, podsjeća se da se u različito doba dana vrijednosti inherentne zračenju razlikuju. Osim toga, energija se ne može ravnomjerno rasporediti po površini planeta. Što je bliže polu, intenzitet je veći, dok su snježni pokrivači jako reflektirajući, što znači da se zrak ne može zagrijati. Dakle, što je dalje od ekvatora, to će ukupni pokazatelji zračenja sunčevih valova biti niži.

Kako su znanstvenici uspjeli otkriti, energija sunčevog zračenja ima ozbiljan utjecaj na planetarnu klimu, potčinjava vitalnu aktivnost različitih organizama koji postoje na Zemlji. U našoj zemlji, kao i na području njezinih najbližih susjeda, kao iu drugim zemljama koje se nalaze na sjevernoj hemisferi, zimi dominantan udio ima raspršeno zračenje, ali ljeti dominira izravno zračenje.

infracrveni valovi

Od ukupne količine ukupnog sunčevog zračenja, impresivan postotak pripada infracrvenom spektru, koji ljudsko oko ne percipira. Zbog takvih valova, površina planeta se zagrijava, postupno prenosi toplinsku energiju na zračne mase. To pomaže u održavanju ugodne klime, održavanju uvjeta za postojanje organskog života. Ako nema ozbiljnih kvarova, klima ostaje uvjetno nepromijenjena, što znači da sva stvorenja mogu živjeti u svojim uobičajenim uvjetima.

Naša svjetiljka nije jedini izvor valova infracrvenog spektra. Slično zračenje karakteristično je za svaki grijani predmet, uključujući običnu bateriju u ljudskoj kući. Na principu percepcije infracrvenog zračenja djeluju brojni uređaji koji omogućuju vidjeti ugrijana tijela u mraku, inače neugodnim uvjetima za oči. Usput, po sličnom principu i oni koji su postali toliko popularni u novije vrijeme kompaktni uređaji za procjenu kroz koje dijelove zgrade nastaju najveći toplinski gubici. Ovi su mehanizmi posebno rašireni među graditeljima, kao i vlasnicima privatnih kuća, jer pomažu identificirati kroz koja područja se gubi toplina, organiziraju njihovu zaštitu i sprječavaju nepotrebnu potrošnju energije.

Nemojte podcjenjivati ​​utjecaj infracrvenog sunčevog zračenja na ljudsko tijelo samo zato što naše oči ne mogu percipirati takve valove. Konkretno, zračenje se aktivno koristi u medicini, jer omogućuje povećanje koncentracije leukocita u krvožilnom sustavu, kao i normalizaciju protoka krvi povećanjem lumena krvnih žila. Uređaji temeljeni na IR spektru koriste se kao profilaktička sredstva protiv kožnih patologija, terapijski kod upalnih procesa u akutnom i kroničnom obliku. Najsuvremeniji lijekovi pomažu u suočavanju s koloidnim ožiljcima i trofičnim ranama.

Zanimljivo je

Na temelju proučavanja čimbenika sunčevog zračenja bilo je moguće stvoriti uistinu jedinstvene uređaje zvane termografi. Omogućuju pravovremeno otkrivanje raznih bolesti koje nisu dostupne za otkrivanje na druge načine. Ovako možete pronaći rak ili krvni ugrušak. IR u određenoj mjeri štiti od ultraljubičastog zračenja, opasnog za organski život, što je omogućilo korištenje valova ovog spektra za vraćanje zdravlja astronauta koji su dugo bili u svemiru.

Priroda oko nas i danas je tajanstvena, to se odnosi i na zračenje. razne duljine valovi. Konkretno, infracrveno svjetlo još uvijek nije u potpunosti istraženo. Znanstvenici znaju da njegova nepravilna uporaba može naštetiti zdravlju. Stoga je neprihvatljivo koristiti opremu koja stvara takvo svjetlo za liječenje gnojnih upaljenih područja, krvarenja i malignih novotvorina. Infracrveni spektar je kontraindiciran za osobe koje pate od poremećenog rada srca, krvnih žila, uključujući i one smještene u mozgu.

vidljivo svjetlo

Jedan od elemenata ukupnog sunčevog zračenja je svjetlost vidljiva ljudskom oku. Zrake valova šire se u ravnim linijama, tako da nema superpozicije jedna na drugu. Svojedobno je to postalo tema velikog broja znanstveni radovi: znanstvenici su krenuli shvatiti zašto postoji toliko nijansi oko nas. Pokazalo se da ključni parametri svjetla igraju ulogu:

• lom;
• odraz;
• apsorpcija.

Kako su znanstvenici otkrili, objekti sami po sebi ne mogu biti izvori vidljive svjetlosti, ali mogu apsorbirati zračenje i reflektirati ga. Kutovi refleksije, frekvencija valova variraju. Tijekom stoljeća, sposobnost osobe da vidi postupno se poboljšavala, ali određena ograničenja nastaju zbog biološke strukture oka: mrežnica je takva da može percipirati samo određene zrake reflektiranih svjetlosnih valova. Ovo zračenje je mali jaz između ultraljubičastih i infracrvenih valova.

Brojne znatiželjne i tajanstvene svjetlosne značajke ne samo da su postale tema mnogih radova, već su bile i osnova za rađanje nove fizičke discipline. Istodobno su se pojavile ne-znanstvene prakse, teorije, čiji pristaše vjeruju da boja može utjecati na fizičko stanje osobe, psihu. Na temelju takvih pretpostavki ljudi se okružuju predmetima koji im najviše ugode oku, čineći svakodnevni život ugodnijim.

Ultraljubičasto

Jednako važan aspekt ukupnog sunčevog zračenja je ultraljubičasta studija, formirana od valova velike, srednje i male duljine. Oni se međusobno razlikuju i po fizičkim parametrima i po osobitostima utjecaja na oblike organskog života. Dugi ultraljubičasti valovi, na primjer, uglavnom se raspršuju u atmosferskim slojevima, a samo mali postotak dopire do površine zemlje. Što je valna duljina kraća, takvo zračenje dublje može prodrijeti u ljudsku (i ne samo) kožu.

S jedne strane, ultraljubičasto zračenje je opasno, ali bez njega je nemoguće postojanje raznolikog organskog života. Takvo zračenje odgovorno je za stvaranje kalciferola u tijelu, a ovaj element je neophodan za izgradnju koštanog tkiva. UV spektar je moćna prevencija rahitisa, osteohondroze, što je posebno važno u djetinjstvo. Osim toga, takvo zračenje:

• normalizira metabolizam;
• aktivira proizvodnju esencijalnih enzima;
• pojačava regenerativne procese;
• potiče protok krvi;
• širi krvne žile;
• stimulira imunološki sustav;
• dovodi do stvaranja endorfina, što znači da se smanjuje živčana pretjerana ekscitacija.

ali u drugu ruku

Gore je navedeno da je ukupno sunčevo zračenje količina zračenja koja je stigla do površine planeta i raspršena u atmosferi. U skladu s tim, element ovog volumena je ultraljubičasto zračenje svih duljina. Treba imati na umu da ovaj čimbenik ima i pozitivne i negativne aspekte utjecaja na organski život. Sunčanje, iako je često korisno, može biti opasno po zdravlje. Predugo izlaganje izravnoj sunčevoj svjetlosti, osobito u uvjetima pojačane aktivnosti svjetiljke, štetno je i opasno. Dugotrajni učinci na tijelo, kao i previsoka aktivnost zračenja, uzrokuju:

• opekline, crvenilo;
• edem;
• hiperemija;
• toplina;
• mučnina;
• povraćanje.

Dugotrajno ultraljubičasto zračenje izaziva kršenje apetita, rad središnjeg živčanog sustava i imunološkog sustava. Također, počinje me boljeti glava. Opisani simptomi su klasične manifestacije sunčanice. Sama osoba ne može uvijek shvatiti što se događa - stanje se postupno pogoršava. Ako se primijeti da je nekome u blizini pozlilo, treba pružiti prvu pomoć. Shema je sljedeća:

• pomoći da se premjestite iz izravnog svjetla na hladno zasjenjeno mjesto;
• stavite pacijenta na leđa tako da noge budu više od glave (to će pomoći normalizaciji protoka krvi);
• ohladite vrat i lice vodom, a na čelo stavite hladan oblog;
• otkopčati kravatu, pojas, skinuti tijesnu odjeću;
• pola sata nakon napada dajte piti hladnu vodu (mala količina).

Ako je žrtva izgubila svijest, važno je odmah potražiti pomoć liječnika. Hitna pomoć će premjestiti osobu u sigurno mjesto i dati injekciju glukoze ili vitamina C. Lijek se ubrizgava u venu.

Kako se pravilno sunčati?

Kako ne biste iz iskustva naučili koliko može biti neugodna pretjerana količina sunčevog zračenja primljenog tijekom sunčanja, važno je pridržavati se pravila sigurnog provođenja vremena na suncu. Ultraljubičasto svjetlo pokreće proizvodnju melanina, hormona koji pomaže koži da se zaštiti negativan utjecaj valovi. Pod utjecajem ove tvari koža postaje tamnija, a nijansa se pretvara u brončanu. Do danas ne jenjavaju sporovi o tome koliko je to korisno i štetno za osobu.

S jedne strane, opekline su pokušaj tijela da se zaštiti od prekomjernog izlaganja zračenju. To povećava vjerojatnost nastanka malignih neoplazmi. S druge strane, preplanulost se smatra modernim i lijepim. Kako biste rizike za sebe sveli na najmanju moguću mjeru, razumno je prije početka postupaka na plaži analizirati koliko je opasna količina sunčevog zračenja primljenog tijekom sunčanja, kako minimizirati rizike za sebe. Kako bi iskustvo bilo što ugodnije, sunčani bi trebali:

• piti puno vode;
• koristiti proizvode za zaštitu kože;
• sunčati se navečer ili ujutro;
• provesti ne više od sat vremena pod izravnim zrakama sunca;
• ne piti alkohol;
• u jelovnik uvrstite namirnice bogate selenom, tokoferolom, tirozinom. Ne zaboravite na beta-karoten.

Vrijednost sunčevog zračenja za ljudski organizam je iznimno visoka, ne treba zanemariti ni pozitivne ni negativne aspekte. Morate biti svjesni da se kod različitih ljudi javljaju biokemijske reakcije s individualnim karakteristikama, pa za nekoga čak i pola sata sunčanja može biti opasno. Prije sezone plaže razumno je konzultirati se s liječnikom, procijeniti vrstu, stanje koža. To će pomoći spriječiti štetu po zdravlje.

Ako je moguće, treba izbjegavati opekline od sunca u starijoj dobi, u razdoblju rađanja djeteta. Bolesti raka, mentalni poremećaji, kožne patologije i zatajenje srca ne kombiniraju se sa sunčanjem.

Ukupno zračenje: gdje je manjak?

Prilično zanimljiv za razmatranje je proces distribucije sunčevog zračenja. Kao što je gore spomenuto, samo oko polovica svih valova može doseći površinu planeta. Gdje nestaju ostali? Različiti slojevi atmosfere i mikroskopske čestice od kojih se formiraju igraju svoju ulogu. Impresivan dio, kako je naznačeno, apsorbira ozonski omotač - sve su to valovi čija je duljina manja od 0,36 mikrona. Dodatno, ozon može apsorbirati neke vrste valova iz spektra vidljivog ljudskom oku, odnosno intervala od 0,44-1,18 mikrona.

Ultraljubičasto zračenje u određenoj mjeri apsorbira sloj kisika. To je karakteristično za zračenje valne duljine 0,13-0,24 mikrona. Ugljični dioksid, vodena para mogu apsorbirati mali postotak infracrvenog spektra. Atmosferski aerosol apsorbira dio (IR spektar) ukupne količine sunčevog zračenja.

Valovi iz kratke kategorije raspršeni su u atmosferi zbog prisutnosti mikroskopskih nehomogenih čestica, aerosola i oblaka ovdje. Nehomogeni elementi, čestice čije su dimenzije inferiorne u odnosu na valnu duljinu, izazivaju molekularno raspršenje, a za veće je karakteristična pojava koju opisuje indikatrisa, odnosno aerosol.

Ostatak sunčevog zračenja dopire do površine zemlje. Kombinira izravno zračenje, difuzno.

Ukupno zračenje: važni aspekti

Ukupna vrijednost je količina sunčevog zračenja primljenog na teritoriju, kao i apsorbiranog u atmosferi. Ako na nebu nema oblaka, ukupna količina zračenja ovisi o geografskoj širini područja, nadmorskoj visini nebeskog tijela, vrsti zemljine površine na tom području i razini prozirnosti zraka. Što je više čestica aerosola raspršeno u atmosferi, to je niže izravno zračenje, ali se udio raspršenog zračenja povećava. Normalno, u nedostatku zamućenosti u ukupnom zračenju, difuzno je jedna četvrtina.

Naša zemlja spada u one sjeverne, pa je veći dio godine u južnim krajevima zračenje znatno veće nego u sjevernim. To je zbog položaja zvijezde na nebu. Ali kratko vremensko razdoblje svibanj-srpanj je jedinstveno razdoblje, kada je čak i na sjeveru ukupna radijacija prilično impresivna, budući da je sunce visoko na nebu, a danje je duže nego u drugim mjesecima u godini. Pritom je u prosjeku u azijskoj polovici zemlje, u nedostatku oblaka, ukupna radijacija značajnija nego na zapadu. Maksimalna jačina valnog zračenja opaža se u podne, a godišnji maksimum događa se u lipnju, kada je sunce najviše na nebu.

Ukupno sunčevo zračenje je količina sunčeve energije koja stiže do našeg planeta. Pritom se mora imati na umu da različiti atmosferski čimbenici dovode do toga da je godišnji dolazak ukupnog zračenja manji nego što bi mogao biti. Najveća razlika između stvarno uočenog i maksimalno mogućeg tipična je za dalekoistočne regije ljeti. Monsuni izazivaju iznimno gustu naoblaku, pa se ukupna radijacija smanjuje za otprilike polovicu.

znatiželjan znati

Najveći postotak maksimalno moguće izloženosti sunčevoj energiji zapravo se opaža (preračunato za 12 mjeseci) na jugu zemlje. Pokazatelj doseže 80%.

Oblačnost ne rezultira uvijek istom količinom sunčevog raspršenja. Oblik oblaka igra ulogu, značajke solarnog diska u određenom trenutku. Ako je otvoren, tada naoblaka uzrokuje smanjenje izravnog zračenja, dok se raspršeno zračenje naglo povećava.

Postoje i dani kada je izravno zračenje približno iste jačine kao i raspršeno zračenje. Dnevna ukupna vrijednost može biti čak i veća od zračenja karakterističnog za dan potpuno bez oblaka.

Na temelju 12 mjeseci posebnu pozornost treba posvetiti astronomskim pojavama kao određivanju ukupnih brojčanih pokazatelja. Istodobno, oblačnost dovodi do činjenice da se pravi maksimum zračenja može promatrati ne u lipnju, već mjesec dana ranije ili kasnije.

Zračenje u svemiru

Od granice magnetosfere našeg planeta i dalje u svemir, sunčevo zračenje postaje čimbenik povezan s smrtonosna opasnost za osobu. Već 1964. objavljeno je važno znanstveno-popularno djelo o obrambenim metodama. Njegovi autori bili su sovjetski znanstvenici Kamanin, Bubnov. Poznato je da za osobu doza zračenja tjedno ne bi trebala biti veća od 0,3 rendgena, dok bi za godinu dana trebala biti unutar 15 R. Za kratkotrajno izlaganje, granica za osobu je 600 R. Letovi u svemir , osobito u uvjetima nepredvidive sunčeve aktivnosti, može biti popraćeno značajnom izloženošću astronauta, što obvezuje poduzimanje dodatnih mjera zaštite od valova različitih duljina.

Nakon misija Apollo, tijekom kojih su testirane metode zaštite, proučavani su čimbenici koji utječu na zdravlje ljudi, prošlo je više od jednog desetljeća, ali do danas znanstvenici ne mogu pronaći učinkovite, pouzdane metode za predviđanje geomagnetskih oluja. Prognozu možete raditi satima, ponekad i nekoliko dana, ali čak i za tjednu prognozu šanse za realizaciju nisu veće od 5%. sunčani vjetar- još nepredvidiviji fenomen. S vjerojatnošću od jedan od tri, astronauti, krećući se na novu misiju, mogu pasti u snažne tokove zračenja. To čini još važnijim pitanje kako istraživanja i predviđanja svojstava zračenja, tako i razvoja metoda zaštite od njega.