Opis danych promieniowania słonecznego

Część 5

W związku z brakiem powszechnie dostępnych danych promieniowania słonecznego dla potrzeb badań napromieniowania powierzchni różnie usytuowanych (względem słońca i powierzchni ziemi), w wyniku współpracy autorki z Bogdańską z IMiGW, powstał model promieniowania słonecznego w reprezentatywnym uśrednionym roku. Przy dostępie do rzeczywistych pomiarowych danych promieniowania słonecznego, ze względu na ich stochastyczny charakter, chcąc uzyskać właściwy obraz napromieniowania (pewną powtarzalność warunków nasłonecznienia), konieczne jest
korzystanie z danych wieloletnich, najlepiej kilkudziesięcioletnich.

Jednakże, przy ogromnej liczbie danych pomiarowych zebranych w okresie kilkudziesięciu lat nie jest możliwe korzystanie z nich w sposób bezpośredni.
Dane te muszą być odpowiednio przetworzone i opracowane dla potrzeb danej analizy. Najczęściej uśredniania się je. W rozważaniach dotyczących dostępności promieniowania zachodzi konieczność analizowania danych z dokładnością do godzinnych sum promieniowania, w odniesieniu nie tylko do promieniowania całkowitego, ale także jego poszczególnych składowych. Dane godzinne promieniowania odzwierciedlają zmienność w czasie warunków napromieniowania powierzchni obudowy budynku.

Wykorzystane, do badań będących przedmiotem niniejszej rozprawy, dane promieniowania odnoszą się do czasu słonecznego i przedstawiają reprezentatywne dla obszaru Polski Centralnej wielkości promieniowania całkowitego i rozproszonego na płaszczyznę poziomą, otrzymane w wyniku uśredniania zmierzonych rzeczywistych wartości. Wykorzystane dane zostały otrzymane po uśrednieniu (arytmetycznym) rzeczywistych danych pomiarowych gęstości sum godzinnych promieniowania całkowitego i rozproszonego dla stacji aktynometrycznej na Bielanach w Warszawie. Do uśredniania wykorzystano dane 30 letnie z okresu lat 1971 - 2000. Najpierw zostały uśrednione sumy godzinne promieniowania całkowitego i rozproszonego dla poszczególnych dni w danym miesiącu każdego roku. W ten sposób otrzymano średnie wartości sum godzinnych dla uśrednionego dnia każdego miesiąca w każdym roku z 30 lat objętych uśrednianiem. Następnie dla danych ze wszystkich kolejnych 30 lat, stworzono model uśrednionych sum godzinnych średniego dnia każdego z miesięcy uśrednionego roku (uśrednionego za okres 30 lat). W ten sposób powstał model reprezentatywnego (uśrednionego) promieniowania słonecznego oparty na rzeczywistych danych pomiarowych dla Warszawy. Model ten stał się podstawą do przeprowadzonych w rozprawie obliczeń napromieniowania różnie usytuowanych powierzchni.

Dla warunków polskich charakterystyczna jest znaczna zmienność napromieniowania w krótkich przedziałach czasu, odpowiadająca zmianom w ciągu jednej doby. Sytuację tę w sposób zbiorczy dla wszystkich uśrednionych dni w kolejnych miesiącach uśrednionego reprezentatywnego roku ilustrują rys. 2.1.a i 2.1.b, sporządzone odpowiednio dla promieniowania całkowitego i rozproszonego padającego na płaszczyznę poziomą w kolejnych godzinach dnia (wg czasu słonecznego) kolejnych miesięcy roku.

Należy zaznaczyć, że sumy godzinne promieniowania są funkcją schodkową (dyskretną). Jednakże ze względu na dużą liczbę danych, często o bardzo zbliżonych wartościach, dla przejrzystości obrazu na rysunkach, sumy godzinne zostały przedstawione jako punkty połączone linią ciągłą o zróżnicowanej kolorystyce (każdy miesiąc ma inny kolor).

Rysunki 2.1a i 2.1b obrazują także zróżnicowanie w napromieniowywaniu powierzchni poziomej w dłuższym okresie czasu, tj. w całym roku. Największe wartości sum godzinnych w skali dnia występują od godziny 11-tej do 14 –tej, natomiast w skali roku w czerwcu, lipcu i sierpniu. Najmniejsze napromieniowanie ma miejsce w grudniu, styczniu i listopadzie. Kąt nachylenia krzywej, łączącej punkty kolejnych sum godzinnych w danym dniu miesiąca, do osi czasu ilustruje szybkość zmian napromieniowania (w określonych przedziałach czasowych).

Analizując wykresy, zamieszczone na rys. 2.1a i 2.1b, należy zwrócić uwagę na duże zróżnicowanie czasu nasłonecznienia w poszczególnych miesiącach. Promieniowanie słoneczne najkrócej oświetla ziemię w naszym kraju w listopadzie, grudniu i styczniu, czas operacji słonecznej wynosi w tym okresie średnio dziennie 8 godzin (najkrótsze dni). Najdłużej Słońce świeci w maju, czerwcu i lipcu, 16 godzin (najkrótsze noce).

Inną dość istotną cechą promieniowania słonecznego jest duży udział promieniowania rozproszonego w promieniowaniu całkowitym, co jest szczególnie wyraŹne w grudniu, a także w listopadzie i styczniu. Promieniowanie rozproszone dominuje również wyraŹnie tuż po wschodzie słońca i przed jego zachodem, i to niezależnie od pory roku.

Rys. 2.2. Rozkład gęstości sum dziennych promieniowania całkowitego i rozproszonego na płaszczyznę poziomą w uśrednionych dniach kolejnych miesięcy roku w Warszawie

Rysunek 2.2 przedstawia rozkład sum dziennych promieniowania całkowitego i rozproszonego na płaszczyznę poziomą w uśrednionych dniach kolejnych miesięcy roku. Rysunek ten obrazuje charakterystyczną dla warunków polskich znaczną zmienność nasłonecznienia na przełomie roku. Widoczne jest duże zróżnicowanie pomiędzy promieniowaniem w okresie póŹnej jesieni i zimy (szczególnie od listopada do końca stycznia), a póŹną wiosną i latem (szczególnie od maja do końca sierpnia).

Przedstawione w tym punkcie rozdziału dane dotyczą wartości promieniowania na powierzchni poziomej w określonym czasie i są podstawą do obliczeń wartości napromieniowania powierzchni pochylonych do poziomu pod dowolnym kątem i dowolnie zorientowanych względem stron świata w rozważanym czasie, co jest tematem analizy kolejnych punktów tego rozdziału. Należy zaznaczyć, że w analizach dostępności promieniowania do obudowy budynku, rozważaniom powinien być poddany przedział czasu odpowiadający całemu rokowi, bowiem budynek jest wystawiony na oddziaływanie promieniowania słonecznego cały czas, a więc znajomość napromieniowania we wszystkich porach roku jest istotna dla właściwego zaprojektowania obudowy i struktury budynku.

Komentarze (0) >>

Write comment