V vseh, razen v najbolj preprostih položajih, je znanje solarne geometrije ključnega pomena pri ustvarjanju uspešnih sončnih odzivnih določil. Čeprav je že od Kopernika naprej znano, da se Zemlja vrti okoli sonca, pa po svojih sedanjih namenih lahko sklepamo, da se sonce vrti okoli gradbišča. Ne samo, da je to edini način, da lahko razumemo, sončno geometrijo v zvezi z načrtovanjem stavb, ampak to je tudi tisto, kar vidimo, da sonce vzhaja vsak dan na vzhodu neba in svojo pot nadaljuje proti zahodnemu delu neba.
Prav tako predpostavimo, da je zelo velika nebesna kupola zajema gradbišče, ki je motna razen v delu, kjer sonce sije neposredno preko med letom. Prozorni del neba kupole se imenuje tudi sončno okno, in je določena s potjo sonca na vrhu v poletnem solsticiju 21. junija in na spodnji strani v zimskem solsticiju 21. decembra (glej sliko spodaj).
Slika 2 - Eden od glavnih ciljev sončnega odziva na oblikovanje stavbe je zbrati sonce tako, da sije skozi zimsko sončno okno, medtem, da zavrne sonce, ko čez poletje sije skozi okna.
Druge krivulje, prikazane na sliki 1, predstavljajo 21. dan v ostalih mesecih. Čeprav ima nebesno okno v bistvu enako obliko po vsem svetu, spremeni svoje stališče o nebesni kupoli le s širino. Na ekvatorju je središče na vrhu kupole, in se njen položaj premakne navzdol, ko se odmakne od ekvatorja. Slika 1 prikazuje sončno okno za 32 stopinj severne zemljepisne širine.
V zmernih podnebjih ima sončno okno dva dela. Zgornji del se imenuje "poletno sončno okno", ki sega od poletnega solsticija (21 junija) navzdol do dela kupole, ki ustreza z mesecem, ko se poletje konča v tem okolju.
|
Spoje, kot so sončni žarki, lahko razdelimo v navpične komponente (višinske) in horizontalne komponente (azimut). Nebesna pot je razdeljena z mrežo, da nam pomagajo meriti te komponente. Vzporedni krogi določajo višine kotnih in krožnih poti za določanje azimutnega kota, merjeno od juga. |
V zmernih podnebjih ima sončna kupola dva dela. Zgornji del se imenuje "poletno sončno okno", ki se razteza od poletnega solsticija (21. junija), do dela kupole, ki ustreza mesecem, ko se poletje konča v tem okolju.
To je prikazano na sliki (spodaj), kjer v različnih barvnih odtenkih, ki so rdeče barve odražajo tipične temperature v mesecu (temnejša rdeča, bolj vroča). Spodnji del sončnega okna v modri barvi se imenuje "zimsko sončno okno", ki z delom kupole sega navzgor do zimskega solsticija (21. december) in ustreza z mesecem, ko se v tem okolju zima konča. To je prikazano na sliki 2 v odtenkih modre barve, ki ponovno kaže značilne temperature v mesecu (temnejša modra je hladneje). Čeprav je lokacija sončnega okna odvisna od širine, oziroma velikost obeh poletnih in zimskih sončnih oken, je odvisna od stvarnega podnebja na gradbišču (to prikazuje, kako vroče je v poletnih mesecih in kako hladno v zimskih). Eden glavnih ciljev sončnega odziva na oblikovanje je zbir sonca, ki sije skozi zimsko sončno okno, medtem ko zavrača sevanje sonca skozi poletno sončno okno.
Tudi prikazana kupola na nebu (slika 1) so na njej referenčne linije za določitev višine (vertikalnega kota) in azimuta (horizontalni kot), sončnega žarka, ki poteka skozi sončno okno, na poti do stavbe pod središčem neba nad domom. V vzporednih krogih je določanje nadmorske višine kot sončnih žarkov z bazo v krogu, ki predstavlja 0 stopinj višine in najvišjo točko 90 stopinj nadmorske višine
Z radialnimi linijami se določi, pod kolikimi stopinjami sijejo sončni žarki iz severa proti južni liniji. Radialna črta od najvišje točke na južni oznaki na dnu predstavlja 0 stopinj azimuta. Sončni žarek iz vzhodne smeri leži pod azimut kotom 90 stopinj vzhodno od juga, kar je podobno, če bi žarek na zahodu bil pod kotom azimuta 90 stopinj zahodno od juga.
Slika 2. Poleti sonce sije skozi zgornji del sončne kupole (rdeča) in pozimi, sije preko spodnji del (modra).
Oblikovanje kotov za odziv na toploto
Nebo kupole je običajno prikazano v horizontalni projekciji, ki nam je na voljo v intervalih na 4 stopinjah zemljepisne širine (slika 3 spodaj). Takšne projekcije so podobne tistim, kar bi videli neposredno navzdol na nebu kupole z neskončne razdalje. Takšna horizontalna projekcija se imenuje sončna pot diagramov, kjer krivulje predstavljajo sonce na poti na 21. dan v mesecu. Samo sedem sončnih poti je potrebnih za zastopanje vseh 12 mesecev, zaradi letne sončne simetrije. Sonce naredi isto pot čez kupolo neba na 21. dan od januarja do novembra, februarja in oktobra, marca in septembra, aprila in avgusta, ter v maju in juliju. Le od 21. junija do 21. decembra sončna pot predstavlja enega na vsak dan. Višine in linije azimuta so tu predvidene kot koncentrični krogi inradialne črte.
Slika 3 – 32 stopinj severne zemljepisne širine
Poleg tega, da je na razpolago uporabna tehnologija okoli kosila imamo na voljo tudi v letni simetriji krivulje od 21. junija do decembra. Vse druge krivulje predstavljajo dve mesečni simetriji, na primer od 21. marca do 21. septembra. Nadmorska višina in azimut komponente vsak sončni žarek se lahko meri vzporedno s krogom v krožni liniji.
Za uporabo sončnih poti pri načrtovanju stavb je pomembno, da razumemo, da sončno leto s toplotnim letom ni skladno. Čeprav Zemlja prejme največ sončne energije 21. junija, je na svoji najbolj vročih v juliju / avgustu. Zaradi mase zemlje je potreben čas, dokler se Zemlja segreva po zadnjem zimskem času. Prav tako zemlja prejme 21. decembra najmanj sončne energije, saj sta januar in februar najbolj mrzla meseca in je potreben čas, dokler se zemlja ohladi po segrevanju lanskega poletja. Zato je pomembno razumeti, da sta sončna energija in učinek sončne energije ter učinek sončnega leta simetrična s soncem in nizkimi temperaturami 21. junija in 21. decembra. V odgovarjajočih omenjenih datumih morajo stavbe biti zasnovane tako, da se sami odzivajo na toplotno in sončno leto.
Diagram Sončne poti prikazuje na sliki 3 vodoravno projekcijo nebesne kupole, ki je prikazana na 32 stopinj severne zemljepisne širine. Z barvnimi odtenki rdeče in modro so predstavljene običajne temperature skozi vse leto. Tako je lahko toplotno leto zložiti na vrhu koledarskega leta, kot je prikazano na sliki 4a (spodaj). Ker pa je toplotno in sončno leto v fazi postopka, se na poti uporabita dve kopiji istega diagrama, eno za 21. junij in eno za 21. december (4a) in druga za 21. december in 21. junij (4b).
Čeprav se nam zdi izbrano podnebje kot poseben primer, to ni. Na primer, nekoliko hladnejše podnebje po koncu pregretega poletja, ki nastopi okoli 21. avgusta in traja do konca zime, približno do 21. aprila, je treba pripomniti, da sonce ne gre po isti poti po nebu do 21. avgusta. Tako kot v ozračju, kjer želimo polno senco do 21. septembra in izpostavljenost soncu do 21. marca. Previsi morajo biti sposobni vzdrževanje polnega senčenja do popolne izpostavljenosti soncu v enem dnevu.
Fiksni previsi, žal, ne morejo priti niti blizu k doseganju tega cilja. Ker so dnevne spremembe v sončnih kotih majhne, je potrebno več mesecev za fiksni previs, da preidejo iz polnega osenčenja do popolne sončne izpostavljenosti. Zato obstaja veliko vročih mesecev, ker določeni previsi ne senčijo dovolj in je veliko hladnih mesecev, ko je veliko dragocenega sonca blokiranega. Povprečna učinkovitost sistemov senčil ali katera koli druga funkcija za varčevanje z energijo ni več sprejemljivo - ohranjanje planeta je odvisna samo od zgradbe z visoko zmogljivostjo.
Položaj zasteklitve, ki temelji na letni Sončni poti
Tako nebesna kupola kot tudi diagrami na poti jasno pokažejo, da v poletni sezoni, sonce celo jutro preživi na vzhodnem delu neba, v času kosila je visoko nad nebom in popoldne na zahodnem delu neba. Glej rdečo zasenčeno območje na sliki 4a.
Slika 4b
Ker Sonce 21. marca in 21. septembra ne naredi iste poti skozi nebo, so fiksni previsi lahko na soncu samo nekje do 21. marca, da vnesejo toploto do 21. septembra. Sončni koti so enaki. Upoštevati je treba, da Sonce ne gre vzhodno in samo zahodno od enakonočja (21. marca in 21. septembra). Polovica leta se ne dvigne severno od vzhoda (v poletnih mesecih), druga polovica leta pa se dvigne južno od vzhoda (pozimi).
Da bi razumeli geometrijo sonca, lahko vidimo nebesno kupolo v izseku slike št. 5 (spodaj), ki prikazuje odsek sever-jug skozi nebesno kupolo na 32 stopinj severne zemljepisne širine. V vsaki širini lokacije je opoldne od 21.-21. Visoki, kot sonca je 23,5 stopinj v času enakonočja (marca in 21. septembra), in 23,5 stopinj nad enakonočjem 21. junija - stopinj (2 krat 23,5), kar je sprememba nadmorske višine kota v enem letu. Ni naključje, da je vzpon osi vrtenja Zemlja 23,5 stopinj od ravnine zemeljske orbite okoli Sonca. Pogled na sliki 5 je dragocen zato, ker je podoben odsek sever-jug skozi okno, obrnjen proti jugu.
Slika 5. Sever-jug, izsek kupole pomaga skozi središče neba, da pojasni logiko risanja sončnih žarkov na južnem odseku okna.
Z bazo sončne geometrije so učinkoviti pogoji za pasivno izrabo sončnega ogrevanja, senčenja in dnevne svetlobe. Ta baza pomaga tudi pri dajanju aktivnih solarnih sistemov za največjo izpostavljenost do južnega sonca z izogibanjem odtenkov dreves, sosednje zgradbe in mesta lokacije.
I.K.
