СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В РАЗНЫХ ШИРОТАХ

Солнечная радиация, как всем известно, считается одним из важнейших климатообразующих факторов. Это основной источник тепловой энергии для всех процессов, которые окружают людей, а именно: влаго- и теплообмен, а также радиационный нагрев земной поверхности [1, с. 115]. Можно подробнее описать данное явление: часть солнечного излучения доходит до Земли и нагревает ее поверхность, вторая часть нагревает воздух, входящий в атмосферу, а последняя часть отражается от атмосферы обратно в космос. Все вышеописанные процессы формируют климат нашей планеты [2, с. 74].

Количество солнечной радиации, поступающее в разные части нашей планеты в свою очередь зависит от множества следующих факторов: широта местности влияет на ее увеличение при приближении к экватору, на уменьшение- при отдалении от него; время года и суток, где совершенно очевидно, что максимум приходится на полдень в летние дни; прозрачность атмосферы, что можно объяснить, как ее незагрязненность; облачность, не пропускающая часть энергии; характер подстилающей поверхности, то есть его рельеф; высота места над уровнем моря и закрытость горизонта [3, с. 56].

В нашей обширной стране эти показатели для различных городов, регионов и климатических поясов значительно отличаются друг от друга. Данные исследования могут применяться в абсолютно разных сферах деятельности, в числе которых есть строительство зданий и сооружений. Эти данные помогут подобрать оптимальную марку стекла или наклон поверхности стекла во избежание перегрева помещений в южных районах России и в тоже время переохлаждения в северной части страны.

Задача данного исследования состоит в том, чтобы определить зависимость количества падающей солнечной радиации (мощность, кВт*ч/м²) на стеклянную поверхность и изменяющимся углом, и местом расположения данной панели.

Рассмотрим в рамках научной статьи следующие города на территории России. Для начала составим таблицу с соответствующими широтами, которые будут учтены при расчетах.

Таблица 1.

Значение широт городов

Следующей переменной, необходимой для расчета мощности является угол наклона панели, направленной на Юг, из чего следует, что азимут равен 0^о. [5] Последний важнейший компонент данного расчета - это значение склонения Солнца, которое изменяется с движением Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца (смена сезонов года), а также из-за наклона её оси вращения.

Рассмотрим полученные на основании интерполяции данных суммарной солнечной радиации, представленных в СП 131.13330.2011 «Строительная климатология» (табл. 4, табл. 5) и полученных практическим путем, графики, показывающие зависимость мощности энергии (по вертикальной оси) от наклона поверхности (по горизонтальной оси) для каждого месяца по порядку. [4] [5]

На данном графике представлена зависимость в январе. Здесь можно увидеть, при каком угле наклона поверхности будет получено максимальное количество солнечной энергии, что особенно важно в зимний период для северных и умеренных широт, в которых находятся Москва и Петрозаводск.

 Рисунок 1. Графики зависимости мощности энергии в Декабре, Январе, Феврале от наклона поверхности

По всем зимним месяцам можно сделать вывод о том, что большее количество энергии поступает на вертикальную поверхность в связи с маленьким углом падения солнечной энергии относительно горизонта. (рис. 1)

Рисунок 2. Графики зависимости мощности энергии в Марте, Апреле, Мае от наклона поверхности

В весенний период начинаются изменения в графиках из-за увеличения угла падения солнечных лучей относительно горизонта. Таким образом, наибольшая мощность может быть получена с изменением угла наклона панели, в среднем, до 45 градусов. (рис. 2)

Рисунок 3. Графики зависимости мощности энергии в Июне, Июле, Августе от наклона поверхности

В летний период солнце находится высоко над горизонтом, вследствие чего наибольшая мощность наблюдается горизонтальном расположении панели. Это выгодно для городов, расположенных в северных и умеренных широтах. В южных широтах во избежание перегрева рекомендуется ставить панели в вертикальное или близкое к этому положение. (рис. 3)

Рисунок 4. Графики зависимости мощности энергии в Сентябре, Октябре, Ноябре от наклона поверхности

Осенью ситуация начинает меняться лишь к октябрю, когда солнце снова становится ближе к горизонту. (рис. 4)

Выше проведенные исследования показывают наиболее благоприятное расположение стеклянных поверхностей для каждого города в зависимости от их климата. Для Москвы, Петрозаводска и других городов, располагающихся в северной части страны стеклянные поверхности следует располагать под углом к солнцу, ближе к нулю, то есть горизонтально или под наклоном, что может быть реализовано в проектах небоскребов, а в южных районах для благоприятного микроклимата помещений стеклянные поверхности необходимо размещать вертикально.

Список литературы:

1. Николаев А.А. «Климатические ресурсы солнечной радиации на территории удмуртской республики»: Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле», 2012 вып.4, 115 с.
2. Исаков С.В., Шкляев В.А. «Оценка поступления солнечной радиации на естественные поверхности с применением геоинформационных систем»: Географический вестник, 2012, 1(20), 72 с.
3. Маслова А.А., Осокин В.Л., Сбитнев Е.А., «Анализ интенсивности солнечной радиации»: Вестник НГИЭИ, 2015, 56 с.
4. СП 131.13330.2011 «Строительная климатология», табл. 4, табл. 5.
5. John A. Duffie, William A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Process Fourth Edition, 2013, 202 с.