تأثير الإشعاع الشمسي على المناخ

لفترة طويلةكان يعتقد أن الأرض من الآثار الضارة للإشعاع الكوني محمية بشكل أساسي من خلال مجالها المغناطيسي القوي. لكن في الآونة الأخيرة ، أثبت العلماء أن الأمر ليس كذلك - الغلاف الجوي هو درعنا الرئيسي "المضاد للإشعاع". وهكذا ، اتضح أن أصل الحياة ممكن أيضًا على الكواكب الخارجية التي لا تحتوي على غلاف مغناطيسي.

يُعتقد تقليديًا أن الغلاف المغناطيسي هو الذي ينقذ الحياة على كوكبنا من الآثار المدمرة الإشعاع الكوني. بناءً على ذلك ، فإن العلماء الذين يناقشون إمكانية ظهور الحياة على الكواكب الأخرى ، يلتزمون بمعيار "الغلاف المغناطيسي" لصلاحية السكن - إذا كان المجال المغناطيسي للكوكب ضعيف التطور ، فإن هذا الجسم السماوي يقع في فئة غير مأهولة ، على الرغم من وجود جميع الشروط الأخرى المواتية للتطور البيولوجي. وبالتالي ، في قائمة الكواكب التي يحتمل أن تكون غير مأهولة بالسكان اليوم ، يوجد عدد كبير جدًا من الكواكب الخارجية الواقعة بالقرب من النجوم التي تنتمي إلى الأقزام الحمراء.

النقطة المهمة هنا هي أنه إذا كان الكوكب في المنطقة الصالحة للسكن لقزم أحمر ، فلا يمكن أن يكون له ، بحكم التعريف ، غلاف مغناطيسي قوي. المنطقة الصالحة للسكن المذكورة أعلاه في مثل هذا النظام قريبة جدًا من النجم لدرجة أن كوكب خارج المجموعة الشمسية الذي سقط فيه سيتعرض باستمرار لالتقاط جاذبية المد والجزر من جانب النجم ، وهذا العامل ، جنبًا إلى جنب مع العوامل الأخرى ، يؤدي إلى حقيقة أن يمكن أن يكون لها في أحسن الأحوال مجال مغناطيسي ضعيف للغاية. ولكن إذا كان هذا صحيحًا ، فقد اتضح أن معظم الكواكب الخارجية في الكون يجب أن تكون بلا حياة تمامًا - فبعد كل شيء ، غالبًا ما توجد هذه الأجرام السماوية بالقرب من الأقزام الحمراء ، وهي أكثر النجوم انتشارًا.

من ناحية أخرى ، فإن الافتراض القائل بأن الغلاف المغناطيسي هو الذي ينقذ الحياة الأرضية من الإشعاع الكوني لا يزال غير مثبت تمامًا ، أي أنه يخطئ مع "النظرية" المفرطة. في الوقت نفسه ، هناك حقائق تلقي بظلال من الشك على صحة هذه الفرضية - على سبيل المثال ، اكتشف علماء مؤخرًا من جمعية هيلمهولتز لمراكز الأبحاث الألمانية (FRG) أن آخر مرة تغيرت فيها الأقطاب المغناطيسية للأرض لم تكن 780 ، ولكن منذ 41 ألف عام فقط ، أي خلال حياتنا محيط. ومع ذلك ، فإن نباتات وحيوانات كوكبنا آنذاك ، ناهيك عن الجنس البشري ، لم تتفاعل بأي شكل من الأشكال مع حقيقة أن الغلاف المغناطيسي في ذلك الوقت كان ضعيفًا للغاية ، لأنه عندما تغير القطبان ، فإن القوة حقل مغناطيسييقع ما لا يقل عن عشرين مرة. ومع ذلك ، فإن الوجود لمدة 250 عامًا في مجال مغناطيسي شديد الضعف لم يؤد إلى انقراضات جماعية للكائنات الحية الأرضية من الإشعاع الكوني المدمر.

اتضح أن الغلاف المغناطيسي ليس أقوى شاشة واقية على الإطلاق تنقذ الحياة على كوكبنا من الإشعاع الكوني القاتل؟ من أجل معرفة ذلك ، قرر موظف معهد الأرض (الولايات المتحدة الأمريكية) ، الدكتور ديميترا أتري ، بناء نموذج يأخذ في الاعتبار مستوى الإشعاع على سطح الأرض والمريخ والكواكب مع معايير الغلاف الجوي والمجال المغناطيسي. التي هي وسيطة بين هاتين الهيئتين. علاوة على ذلك ، تم تضمين كوكب المريخ في هذا النموذج ليس عن طريق الصدفة - فجارنا لديه مجال مغناطيسي غير مستقر للغاية ، وغلافه الجوي أكثر ندرة منه على الأرض بعدة مرات. هذا هو السبب في أن مستوى إشعاع الأشعة الكونية على الكوكب الأحمر يشكل تهديدًا خطيرًا لوجود العديد من الكائنات الحية هناك ، بما في ذلك نحن.

تبين أن نتائج هذه النمذجة غير متوقعة تمامًا. كما يقول الدكتور أتري نفسه: "اتضح أن سماكة الغلاف الجوي أكبر بكثير عامل مهملتحديد جرعة الإشعاع التي يتلقاها الكوكب مقارنة بالمجال المغناطيسي. بمعنى ، إذا أخذت الأرض وأزلت مجالها المغناطيسي تمامًا ، فإن مستوى الإشعاع ... سيتضاعف فقط. هذا ، بالطبع ، كثير ، لكن مثل هذا التأثير سيكون مع ذلك صغيرًا ولن يكون له أي تأثير على الكائنات الحية. بعبارة أخرى ، لن يلاحظوا ذلك على الإطلاق ".

في الوقت نفسه ، أفاد العالم ، على العكس من ذلك ، إذا ترك المجال المغناطيسي القوي جدًا للأرض كما هو في القاعدة ، وبدلاً من ذلك نبدأ في تقليل سمك الغلاف الجوي ، فعندئذٍ بالفعل عند عُشر التيار. قيمة ، جرعة الإشعاع التي نتلقاها ستزيد 1600 مرة! علاوة على ذلك ، وفقًا لبيانات النموذج ، لا يرتبط هذا التأثير عمليًا بالغازات التي يتكون منها الغلاف الجوي - على سبيل المثال ، إذا استبدلنا النيتروجين في غلافنا الجوي بـ ثاني أكسيد الكربون(وهي السائدة في الغلاف الجوي لكوكب الزهرة) ، فإن كفاءة اختراق الأشعة الكونية لن تتغير بأكثر من نسبة قليلة. من المثير للاهتمام ، بالمناسبة ، أن سطح الكوكب مشابه لكوكب الزهرة الذي سبق ذكره أن سطح الكوكب يحمي من الإشعاع الكوني على وجه التحديد الغلاف الجوي فائق الكثافة ، لأن المجال المغناطيسي للكوكب الثاني من الشمس ليس أقوى بكثير من ذلك على المريخ. .

وبالتالي ، يمكننا أن نقول بأمان أن الغلاف المغناطيسي ليس هو الدرع الرئيسي والأقوى للكوكب ضد الإشعاع الكوني. وفقًا لذلك ، يمكننا الآن أن نضيف بأمان إلى قائمة الكواكب الخارجية التي يحتمل أن تكون صالحة للسكن تلك القريبة من الأقزام الحمراء - إذا كان أي شيء يمكن أن يتداخل مع تطور الحياة عليها ، فهو بالتأكيد ليس ضعف المجال المغناطيسي. ومع ذلك ، قد يكون هناك واحد آخر "لكن" - من الممكن أن يكون الغلاف المغناطيسي القوي ضروريًا لوجود خزانات كبيرة على الكوكب.

على سبيل المثال ، فإن إعادة بناء تاريخ كوكب الزهرة التي قبلها معظم العلماء اليوم تشير إلى أنه بسبب عدم وجود مجال مغناطيسي على وجه التحديد ، فقد الكوكب مياهه. لقد حدث مثل هذا - بعد التحلل الضوئي رطوبة الحياة، أي تحللها إلى أكسجين وهيدروجين تحت تأثير مكثف ضوء الشمس(بعد كل شيء ، الزهرة أقرب إلى النجم من الأرض) رياح مشمسة"حمل" كلا هذين العنصرين من الغلاف الجوي لجارنا ، ولم يستطع مجال مغناطيسي ضعيف منع ذلك. السؤال الذي يطرح نفسه - هل يمكن أن يحدث شيء مثل هذا على الكواكب الخارجية للأقزام الحمراء ، لأنها غالبًا ما يتم "نقلها" إلى نجومها على مسافة أقرب؟

مناخ

الطقس والمناخ. العوامل والعمليات المكونة للمناخ.

الطقس هو ما نراه خارج النافذة ، أو عندما نخرج ، نشعر به على أنفسنا. يمكن أن يكون الطقس دافئًا ، باردًا ، ملبدًا بالغيوم. وتعتمد حالته على درجة حرارة الهواء ، والرطوبة ، وهطول الأمطار ، والضغط الجوي ، والغيوم ، والرياح. إذا لاحظنا الطقس في منطقة واحدة لعدة سنوات متتالية ، وتغيراته الرئيسية خلال العام ، فيمكننا بالفعل التحدث عن مناخ هذه المنطقة.

المناخ [غرام. klima tilt (من سطح الأرض إلى أشعة الشمس)] ، وهو نظام إحصائي للطقس طويل المدى ، وهو أحد الخصائص الجغرافية الرئيسية لمنطقة معينة. يتم تحديد الملامح الرئيسية للمناخ

تأثير العوامل الجغرافية على K. تحدث عمليات تكوين المناخ تحت تأثير عدد من العوامل الجغرافية ، أهمها: 1) خط العرض الجغرافي ، 2) الارتفاع فوق مستوى سطح البحر. 3) توزيع البر والبحر. 4) علم الجبال. 5) التيارات المحيطية. 6) طبيعة التربة. 7) الغطاء النباتي. 8) الغطاء الجليدي والجليد. 9) تكوين الهواء.

إن مفهوم "المناخ" أكثر تعقيدًا بكثير من تعريف الطقس. بعد كل شيء ، يمكن رؤية الطقس مباشرة والشعور به طوال الوقت ، ويمكن وصفه على الفور بكلمات أو أرقام لرصدات الأرصاد الجوية. للحصول على فكرة تقريبية عن مناخ المنطقة ، عليك أن تعيش فيها على الأقلبعض السنوات.

عمليات تشكيل المناخ - العمليات في الغلاف الجوي التي تشكل مناخ الأرض ، منطقة طبيعيةأو منطقة معينة. تحدث في ثلاثة اتجاهات: 1- تسخين الأرض بالأشعة الشمسية (الإشعاع) والتبادل الحراري لسطحها مع الغلاف الجوي. 2 - الدوران العام للغلاف الجوي ؛ 3 - دوران الرطوبة بين الغلاف الجوي وسطح الأرض.

هناك ثلاثة أسباب (عوامل) تؤثر أيضًا على التكوين المناخي لكل منطقة: 1 - كمية الإشعاع الشمسي ، والتي تعتمد على خط عرض المنطقة ؛ 2- حركة الكتل الهوائية (دوران الغلاف الجوي) و 3- طبيعة السطح السفلي.

هيكل الغلاف الجوي. طبقات الغلاف الجوي وخصائصها الرئيسية.

1. يتكون الغلاف الجوي من عدة طبقات تختلف عن بعضها البعض في درجات الحرارة وظروف أخرى. الجزء السفليالغلاف الجوي ، الذي يصل ارتفاعه إلى 10-15 كم ، حيث يتركز 4/5 من الكتلة الكاملة للهواء الجوي ، يسمى التروبوسفير. يتميز بحقيقة أن درجة الحرارة تنخفض مع الارتفاع بمتوسط ​​0.6 درجة مئوية / 100 م. تحتوي طبقة التروبوسفير على كل بخار الماء تقريبًا ، وتتشكل الغيوم كلها تقريبًا. تم تطوير الاضطراب بشكل كبير ، خاصة بالقرب من سطح الأرض ، وكذلك في التيارات النفاثة في الجزء العلوي من طبقة التروبوسفير.

يعتمد ارتفاع طبقة التروبوسفير على خط عرض المنطقة وموسم السنة. في المتوسط ​​، يبلغ الارتفاع فوق القطبين 9 كم ، في خطوط العرض المعتدلة 10-12 كم ، فوق خط الاستواء 15-17 كم. يكون ضغط الهواء عند الحد الأعلى لطبقة التروبوسفير أقل بـ 5-8 مرات من ضغط الهواء على سطح الأرض. لذلك ، فإن معظم الهواء موجود في طبقة التروبوسفير. الطبقة الدنيا ، التي تقع على بعد عدة عشرات من الأمتار والمجاورة مباشرة للأرض ، تسمى الطبقة السطحية. تسمى الطبقة الممتدة من سطح الأرض إلى ارتفاع 1000-1500 متر طبقة الاحتكاك.

2. فوق طبقة التروبوسفير حتى ارتفاع 50-55 كم تقع طبقة الستراتوسفير ، وتتميز بحقيقة أن درجة الحرارة فيها تزداد في المتوسط ​​مع الارتفاع. تسمى الطبقة الانتقالية بين التروبوسفير والستراتوسفير بطبقة التروبوبوز. يكون الجزء السفلي من الستراتوسفير متساوي الحرارة إلى حد ما (درجة الحرارة تقريبًا لا تتغير مع الارتفاع). لكن ابتداءً من ارتفاع حوالي 25 كم ، ترتفع درجة الحرارة بسرعة مع الارتفاع ، لتصل إلى درجات الحرارة القصوى على ارتفاع 50 كم. القيم الإيجابية(من +10؟ إلى +30؟) بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، يكون الاضطراب في الستراتوسفير منخفضًا. يوجد القليل من بخار الماء. ومع ذلك ، على ارتفاع 20-25 كم في خطوط العرض المرتفعة ، لوحظ أحيانًا سحب أم اللؤلؤ. يتميز الستراتوسفير أيضًا بحقيقة أنه يحتوي بشكل أساسي على الأوزون الجوي. يتم تفسير الزيادة في درجة الحرارة مع الارتفاع في طبقة الستراتوسفير بدقة من خلال امتصاص الأوزون للإشعاع الشمسي.

3. توجد فوق طبقة الستراتوسفير طبقة من الميزوسفير تصل إلى حوالي 80 كم. هنا تنخفض درجة الحرارة مع الارتفاع إلى عدة عشرات من الدرجات تحت الصفر. لان تنخفض درجة الحرارة بسرعة مع الارتفاع ، ثم يحدث اضطراب في الغلاف الجوي. يمكن ملاحظة الغيوم المضيئة على ارتفاعات قريبة من الحدود العليا للغلاف الجوي (75-90 كم).

4. الجزء العلوي من الغلاف الجوي ، فوق طبقة الميزوسفير ، يتميز جدا درجات حرارة عاليةومن ثم يسمى الغلاف الحراري. يتكون من جزأين: الأيونوسفير والإكسوسفير ، والذي يمر في هالة الأرض. الهواء في طبقة الأيونوسفير مخلخل للغاية. تتميز الطبقة بدرجة عالية من تأين الهواء. تعتمد الموصلية الكهربائية للغلاف الجوي على درجة التأين. لذلك ، فإن الموصلية الكهربائية في طبقة الأيونوسفير أكبر بعدة مرات من تلك الموجودة على سطح الأرض. تختبر موجات الراديو الانكسار والامتصاص والانعكاس في طبقة الأيونوسفير. بسبب الانعكاس من طبقة الأيونوسفير ، أصبح الاتصال بعيد المدى على الموجات القصيرة ممكنًا. لوحظ الشفق القطبي في طبقة الأيونوسفير ، وهج السماء ليلا هو الأيونوسفير العواصف المغناطيسية. تصل درجة الحرارة في طبقة الأيونوسفير على ارتفاعات حوالي 800 كم إلى 1000 درجة مئوية. تتميز طبقات الغلاف الجوي التي يزيد ارتفاعها عن 800-1000 كم تحت اسم الغلاف الخارجي. سرعة حركة جزيئات الغاز ، خاصة الخفيفة منها ، عالية جدًا هنا. الجسيمات الفردية لديها سرعة كافية للتغلب على الجاذبية. يمكنهم الهروب إلى الفضاء العالمي ، يتبددون. لذلك ، يُطلق على الغلاف الخارجي أيضًا اسم مجال التشتت. إن ذرات الهيدروجين هي التي تتسرب في الغالب ، وهو الغاز السائد في الطبقات العليا من الغلاف الخارجي. يشكل الهيدروجين الهارب من الغلاف الخارجي هالة حول الأرض تمتد إلى أكثر من 20000 كيلومتر. في الجزء العلوي من الغلاف الجوي والفضاء القريب من الأرض ، حزام إشعاع الأرض

اشعاع شمسي

اشعاع شمسي- الإشعاع الكهرومغناطيسي والجسمي للشمس.

ينتشر المكون الكهرومغناطيسي للإشعاع الشمسي بسرعة الضوء ويخترق الغلاف الجوي للأرض. يصل الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض في شكل إشعاع مباشر ومنتشر. في المجموع ، تتلقى الأرض من الشمس أقل من واحد على ملياري من إشعاعها. النطاق الطيفي الاشعاع الكهرومغناطيسيالشمس واسعة جدًا - من موجات الراديو إلى الأشعة السينية - ومع ذلك ، فإن شدتها القصوى تقع على الجزء المرئي (الأصفر والأخضر) من الطيف.

يوجد أيضًا جزء جسمي من الإشعاع الشمسي ، يتكون أساسًا من البروتونات. خلال التوهجات الشمسية ، تتشكل أيضًا جسيمات عالية الطاقة (بشكل أساسي البروتونات والإلكترونات) مكون الطاقة الشمسيةالأشعة الكونية.

تعد مساهمة الطاقة للمكون الجسيمي للإشعاع الشمسي في شدته الكلية صغيرة مقارنة بالمكون الكهرومغناطيسي. لذلك ، في عدد من التطبيقات ، يُستخدم مصطلح "الإشعاع الشمسي" بالمعنى الضيق ، أي الجزء الكهرومغناطيسي فقط.

الإشعاع الشمسي هو المصدر الرئيسي للطاقة لجميع العمليات الفيزيائية والجغرافية التي تحدث على سطح الأرض وفي الغلاف الجوي (انظر التشمس). تعتمد كمية الإشعاع الشمسي على ارتفاع الشمس ووقت السنة وشفافية الغلاف الجوي. تستخدم مقاييس الأكتينومتر ومقاييس الحرارة لقياس الإشعاع الشمسي. عادة ما تقاس شدة الإشعاع الشمسي به التأثير الحراريويتم التعبير عنها بالسعرات الحرارية لكل وحدة سطح لكل وحدة زمنية (انظر ثابت الطاقة الشمسية).

تأثير الإشعاع الشمسي على المناخ

طيف انبعاث الطاقة مختلف الهيئاتوعلى سطح الشمس.

يؤثر الإشعاع الشمسي بشدة على الأرض فقط في النهاربالطبع - عندما تكون الشمس فوق الأفق. أيضًا ، يكون الإشعاع الشمسي قويًا جدًا بالقرب من القطبين ، خلال الأيام القطبية ، عندما تكون الشمس فوق الأفق حتى في منتصف الليل. الإشعاع الشمسي لا تحجبه الغيوم ، وبالتالي لا يزال يدخل الأرض. الإشعاع الشمسي هو مزيج من اللون الأصفر الساطع للشمس والحرارة ، كما تمر الحرارة عبر السحب. ينتقل الإشعاع الشمسي إلى الأرض من خلال الإشعاع ، وليس من خلال التوصيل الحراري.

تعتمد كمية الإشعاع التي يتلقاها جسم سماوي على المسافة بين الكوكب والنجم - حيث تتضاعف المسافة ، تقل كمية الإشعاع القادمة من النجم إلى الكوكب بمقدار أربعة أضعاف. وبالتالي ، حتى التغييرات الطفيفة في المسافة بين الكوكب والنجم تؤدي إلى تغيير كبير في كمية الإشعاع التي تدخل الكوكب. يعتمد مقدار الإشعاع الشمسي الوارد بقوة أكبر على تغير الفصول - في الوقت الحالي ، يظل إجمالي كمية الإشعاع الشمسي التي تدخل الأرض دون تغيير عمليًا.

لا شك أن الشمس ليست مجرد رمز للفرح والدفء والحياة. تحظى الشمس بالتبجيل من قبل جميع الشعوب في جميع الأوقات ، باعتبارها "عنصرًا" ضروريًا لا غنى عنه لوجود كل أشكال الحياة على الأرض. ومع ذلك ، يحذر كل من العلماء والأطباء من أنه بقدر ما تكون أشعة الشمس مفيدة لجميع الكائنات الحية ، فإنها يمكن أن تكون خطيرة للغاية. بادئ ذي بدء ، هذا بالطبع يتعلق بعشاق حمامات الشمس ، وحتى أكثر من ذلك دون اتخاذ أي احتياطات. يمكن أن تسبب الأشعة فوق البنفسجية الزائدة ضررًا لا يمكن إصلاحه لصحة الإنسان.

يعتمد مستوى الخطر على شدة الإشعاع الشمسي ومقدار الوقت الذي يقضيه الشخص في الخارج. كلما ارتفع مستوى الإشعاع الشمسي على سطح الأرض ، زادت درجة الخطر. يجب على الأشخاص الذين يعملون تحت أشعة الشمس أو في كثير من الأحيان أخذ حمام شمس في الاعتبار أيضًا خصائص بشرتهم ، أي نوعها. يمكن تحديد نوع البشرة بالعين ولون الشعر. النوع الأول يشمل الأشخاص ذوي عيون زرقاءوالشعر المحمر. النوع الثاني يتميز بشعر أشقر فاتح وعيون زرقاء أو خضراء مزرقة. النوع الثالث من الجلد نموذجي للأشخاص ذوي الشعر الأشقر الداكن أو البني مع عيون رمادية أو بنية رمادية. حرق السمراوات مع اعين بنيةالنوع الرابع من الجلد.

وبالتالي ، بالنسبة للمقيمين في مناطق خطوط العرض المعتدلة ، يمكن تحديد مقدار الوقت الأمثل الذي يقضونه في الشمس بدقة حسب نوع الجلد. يجب ألا يكون الأشخاص ذوو النوع الأول والثاني من الجلد في الهواء الطلق خلال فترات زيادة النشاط الشمسي لأكثر من 30 دقيقة. بالنسبة للنوعين الثالث والرابع ، لن يكون الوقت الآمن 45-50 دقيقة. في بلدان الجنوب ، هذه المرة يجب أن تنخفض إلى النصف. يحذر الخبراء من أن ليس كل شيء يساعد في حماية الجلد. أولاً ، لا يضمن أي نوع من الكريم أنك لن "تحترق". ثانياً ، الكريمات والمراهم بالتأكيد لن تقيك من التعرض للإشعاع الشمسي.

هناك شيء آخر يجب مراعاته وهو الاختيار نظارة شمسيه. البلاستيك بالتأكيد لن ينقذك من التأثير السلبيالشمس على عينيك. يجب بيع النظارات الحقيقية أو الآمنة مع وضع علامة على محتوى مرشحات UV-B و UV-A. هذه المرشحات لن تمر إشعاع خطير. حتى عدسات النظارات، من المفترض مصنع جيدلا يستطيعون حماية عيونهم. يتم تشغيل آلية الحماية في العين عندما يضيق التلميذ انعكاسيًا من أشعة الشمس الساطعة. في حالة النظارات ذات الجودة الرديئة ، لن تكون شبكية العين محمية وضارة الأشعة فوق البنفسجيةضرب أكثر.

• الأشعة فوق البنفسجية - جالمعترف بها على أنها الأكثر خطورة على البشر. لا تصل هذه الأشعة إلى سطح الأرض ، حيث يتم امتصاصها طبقة الأوزون. يمكن لهذا الإشعاع أن يقتل جميع الخلايا جسم الانسان. الإشعاع من الليزر ، اللحام الكهربائي لا يقل خطورة عن الأشعة فوق البنفسجية الشمسية الحقيقية. يجب أن نحاول قدر الإمكان حماية أنفسنا من مثل هذا الخطر وحماية صحتنا.
• إشعاع UV-Bلا تمتصها طبقة الأوزون تمامًا ، وفقًا لعلماء الأرض تصل إلى حوالي 6٪ من هذه الأشعة. الحروق وأورام الجلد أمراض السرطان- هذه كلها عواقب هذا الأخير.
• الأشعة فوق البنفسجيةيصل إلى الأرض بالكامل ، ولكن ليس بخطورة ما سبق. حدد العلماء مؤشر الأشعة فوق البنفسجية من خلال مستوى الخطر على الإنسان والذي يتراوح من 1 إلى 10 وحدات. أقل درجة مخاطرة لشخص 0-2 الوحدات التقليدية، أخطر 10.

وبالتالي ، مع الأخذ في الاعتبار كل ما سبق ، يمكنك حماية نفسك من تأثيرات مؤذيةضوء الشمس وبالتالي لا تعرض صحتك للخطر.

تستهلك المباني العامة الحديثة المزودة بزجاج الواجهة في المتوسط ​​طاقة أكثر لتكييف الهواء في الصيف مقارنة بالتدفئة في الشتاء. ليس من المستغرب أن في في الآونة الأخيرةيتم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام لمشكلة حماية المباني من فقد الحرارة.

الحماية الهيكلية من الطاقة الشمسية

من أجل التحكم في تكاليف الطاقة المتزايدة بسرعة ، كان العمل جارياً لتحسين معايير توفير الطاقة للمنتجات المستخدمة في البناء. كانت هذه تصميمات جديدة لإطارات النوافذ والنوافذ بزجاج عازل للحرارة ؛ محطات غلايات عالية الكفاءة ؛ أنظمة تهوية سكنية يتم التحكم فيها ؛ الوقاية البناءة من الجسور الباردة. إنشاء قذائف محكمة الغلق للمباني. كل هذا كان يهدف إلى تقليل تكاليف التدفئة وكان له تأثيره الخاص نتائج إيجابية. ولكن بالإضافة إلى تدفئة المباني في الشتاء ، تم إنفاق الكثير من موارد الطاقة على تكييف الهواء في أشهر الصيف. كان هذا مطلوبًا مناطق واسعةواجهات زجاجية للمباني الحديثة المعرضة لارتفاع درجة الحرارة. لا يمكن أن يقال أن الحماية التأثير الحراريلم يتم تطبيق ضوء الشمس. لكن هل كانت فعالة؟ يمكن العثور على إجابة هذا السؤال في الجدول 1. يرسم اتجاه العمارة الزجاجية الحديثة صورة مختلفة تمامًا. إن تدفق الحرارة الشمسية ، الذي يقلل بشكل سلبي من تكاليف التدفئة في الشتاء ، يعرض ركاب المبنى لارتفاع درجة الحرارة بشكل كبير في الصيف ويؤثر على الرفاهية والإنتاجية ، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف تكييف الهواء. يمكن حل هذه المشكلة عن طريق الحماية البناءة من الإشعاع الشمسي - واجهة مدمجة أو أنظمة حماية من أشعة الشمس المفصلية - كأكثر طرق فعالةالحماية من التسخين الشمسي. يمكنهم التأثير بشكل فعال على كمية الحرارة الشمسية التي تدخل المبنى من خلال التشمس. الهدف الرئيسي هو عدم تجاوز الحد الأقصى لقيم المناخ الداخلي مع الحد الأدنى من استخدام تكييف الهواء والتهوية الميكانيكية. يتم تقليل الإشعاع الشمسي الوارد ، الذي يتسبب في تدفق الحرارة إلى المباني من خلال النوافذ ، من خلال استخدام تركيبات الحماية من الشمس.

يعتمد تحديد القيم القصوى لمدخلات حرارة الإشعاع الشمسي على عوامل مؤثرة مختلفة ، مثل مناخ المنطقة ، والتوصيل الحراري للمبنى الذي يحيط بالبنى ، وتهوية المباني ليلاً. من هذا يتضح أن قيم الحماية من أشعة الشمس الصيفية يجب أن تؤخذ في الاعتبار مسبقًا عند التصميم. من أجل الاختيار والتنفيذ الأمثل لأجهزة التظليل الشمسي ، من الضروري فهم فيزياء الشمس. بيانات موقع الشمس ، وإسقاطها في الوقت الحالي على أسطح الواجهة ، وكذلك حساب الأحمال الحرارية ، هي المجموعة اللازمةبيانات لحساب أجهزة الحماية من الشمس.

التمايز عند تجهيز الواجهات

بسيط و حل فعالهو استخدام أنظمة مثبتة أفقيًا ، بارزة في شكل أنظمة حاجب من الألواح (lamellas). بادئ ذي بدء ، فهي مناسبة للواجهات الجنوبية الشرقية والجنوبية الغربية. بالنسبة للواجهات الجنوبية في أشهر الصيف ، يتم اختيار موقع التظليل الكامل لأسطح النوافذ ، عندما لا يكون هناك ضوء شمس مباشر يدخل النافذة. في الوقت نفسه ، يبلغ الانخفاض في تدفق الحرارة من الإشعاع الشمسي حوالي 76 ٪. وعلى الرغم من أن الواجهات الجنوبية الشرقية في الصباح ليست مظللة بالكامل بسبب الشمس المنخفضة ، فإن تظليل النوافذ يقلل من الحمل الحراري بنسبة تصل إلى 69٪. المظلة الخارجية هي حل تصميم للواجهة فعال من حيث التكلفة ولا يحتاج إلى صيانة ولا يحتاج إلى صيانة. إلى جانب انخفاض ارتفاع درجة حرارة المباني في الصيف ، فإن مثل هذا الهيكل يشكل في نفس الوقت مظهر خارجي. إذا كان يكفي للواجهات الجنوبية استخدام أجهزة حماية ثابتة من أشعة الشمس ، فعندئذٍ بالنسبة للواجهتين الشرقية والغربية ، بسبب تغير كبير في زاوية حركة الشمس (من التشمس السطحي إلى التشمس المباشر في وقت الانقلاب النهاري) ، فإن استخدام أنظمة الحماية الثابتة من الشمس لا تحل مشكلة التظليل. في هذه الحالة ، من الأفضل استخدام أنظمة تظليل شمسية متنقلة ، والتي تُستخدم في حالة ارتفاع درجة حرارة المبنى بشكل خطير ، عندما يكون من الضروري حل مشكلة راحة إقامة الأشخاص. تقوم الحماية الحديثة البناءة من أشعة الشمس بالمهام التالية:

• التعتيم أو تقليل ضوء الشمس المباشر ؛
• التقليل الكبير من الحمل الحراري الصيفي ؛
• الحصول على ضوء النهار الطبيعي
• الحفاظ على الراحة البصرية.
• التظليل الشمسي في السرعه العاليهريح؛

فاتورة غير مدفوعة. # 1
عامل تقليل اختراق الإشعاع الشمسي FC من أجهزة الحماية من الشمس المدمجة بشكل دائم

• الحفاظ على الإشعاع الشمسي السلبي في الشتاء ؛
• وظيفة التحكم في الإضاءة الواردة الاختيارية لإضاءة غرفة ضوء النهار ؛ استخدام اختياري الكهروضوئية
• طاقة شمسية؛
• تصميم الإغاثة التصويرية للواجهات.

وبالتالي ، فإن الحماية البناءة من أشعة الشمس هي أداة تسمح لك بتحقيق ظروف مريحة للبقاء في الداخل مع توفير الطاقة. على التين. يوضح الشكل 3 مبدأ تشغيل التثبيت الأفقي للحماية من أشعة الشمس المتحركة في الهواء الطلق ، وهو عبارة عن سلسلة من اللوحات المتحركة. ولكن بالإضافة إلى الألواح الأفقية ، يتم أيضًا استخدام الألواح العمودية المتحركة. تشير القيم التالية إلى ألواح مصنوعة من الزجاج الأخضر:
- تبقى الحرارة الشمسية في الخارج بسبب الانعكاس والامتصاص ، ويحدث التبريد الحراري للألواح ؛
- في نفس الوقت يتحقق ضوء النهار الطبيعي في الغرفة. هذا مهم بشكل خاص في المناطق التي تتطلب راحة عالية ، مثل أماكن العمل مع شاشات العرض ، حيث أن استخدام واقيات الشمس يتجنب الوهج ويجمع على النحو الأمثل بين الراحة في مكان العمل وتوفير الطاقة الفعال.

بمساعدة أنظمة الألواح المتحركة المجهزة بأجهزة لضبط وتتبع موضع الشمس ، من الممكن تحقيق التوزيع الأمثل لتدفق الحرارة والضوء والهواء إلى الغرفة. تُستخدم مفاهيم مختلفة لتتبع الشمس للتحكم في أنظمة الألواح المتحركة: CCS 2000 Solar Control أو أنظمة تتبع تقويم Soltronic ، والتي تحسب موقع الشمس في لحظة معينة. اعتمادًا على الظروف الجوية الخارجية المحلية ، والتي يتم تسجيلها بواسطة المستشعرات المقابلة ، يتم تثبيت الألواح في الموضع المطلوب التالي:

• في وضع التظليل (تدور الصفائح مع مسار الشمس) ؛
• إلى موضع التحكم في تدفق الضوء (لغرف الإضاءة) ؛
• في وضع منتشر (تكون الصفائح مفتوحة إلى أقصى حد في سماء قاتمة) ؛
• إلى وضع الضبط (إمكانية إغلاق اللوحات في فترة الشتاءلتقليل تبريد المبنى) ؛
• في موقع أمن المبنى (إغلاق اللوحات ، وإنشاء حاجز إضافي ضد السطو).

اعتمادًا على احتياجات المستخدم ، يتم تعديل معلمات الملف الشخصي المتعددة لنظام التحكم في اللوحة المنزلقة. تتحرك الصفائح تلقائيًا ، بصمت تام وباستمرار ، مع خمول طبيعي ووفقًا لموضع الشمس. تتمتع طاقة أنظمة التتبع ، التي تُحرك الأنظمة وفقًا لموضع الشمس ، بالخصائص التالية:

• صديقة للبيئة وخالية من الإشعاع ؛
• بدون كابلات
• لا يتطلب فاصلًا أماميًا لأنابيب الدفع ؛
• لديه محرك صامت
• لديه خمول طبيعي (لا يتفاعل مع سحابة صغيرة) ؛
• يجلب الحساب التلقائي للإشعاع غير المتجانسة للواجهة ويوفر سهولة في التشغيل.

مبدأ تشغيل نظام التتبع: تشكل الأسطوانات وعنصري الامتصاص نظامًا هيدروليكيًا. يعتمد على اتجاه مختلفضوء الشمس يسبب تسخين مختلف للامتصاص. تؤدي درجة الحرارة والضغط التفاضلي المرتبط بها إلى تحريك المصباح ، مما يؤدي إلى تدوير الصفائح لتتناسب مع موضع الشمس. لوحات مصنوعة من مواد متعددة. يمكن أن تكون هذه الأشكال المبثوقة من الألومنيوم (مطلية أم لا) وزجاج الشاشة وحتى أغشية النسيج. أنظمة الألواح (الكهروضوئية) ذات استخدام إضافيطاقة شمسية. هنا ، يتحقق التعايش بين الحماية الشمسية والاستخدام الفعال للطاقة الشمسية. يحل نظام التتبع الذي يتحكم في اللوحات في وقت واحد مشكلة التعرض الأمثل لأشعة الشمس للخلايا الكهروضوئية للألواح الشمسية الموجودة على الألواح ، مما يجعل من الممكن تحقيق تحويل فعال لتدفق الطاقة الشمسية. لا يمكن النظر في الاحتمالات الموضحة للحماية الحرارية الصيفية من خلال الحماية الشمسية البناءة وحدها. عند التصميم لتوفير الراحة المثلى في الأماكن المغلقة وتوفير الطاقة في نفس الوقت ، يجب البحث عن حل كامل. ويترتب على ذلك أنه من الضروري استخدام تكييف الهواء فقط عندما يتم استنفاد جميع الإجراءات الإنشائية والتقنية لتحقيق درجة الحرارة الداخلية المرغوبة ومعايير الراحة الأخرى. بمعنى آخر ، الحماية الحرارية ليست مجرد شتاء ، بل هي أيضًا موضوع صيفي! بالإضافة إلى ذلك ، الحماية الشمسية البناءة هي أكثر من مجرد انعكاس أشعة الشمس. هذه أداة جديدة للمهندسين المعماريين والمصممين لا تسمح فقط بحماية المبنى من ارتفاع درجة الحرارة ، ولكن أيضًا لإيجاد اللدونة الفردية لواجهات المباني. يتجلى ذلك جيدًا في المبنى المكون من 11 طابقًا في فرانكفورت ، المبنى - منشور ، مملوك لشركة تصميم (المهندس المعماري Aur - Weber - Partner ، Stuttgart). عادة ، يؤدي الهيكل الزجاجي الشفاف إلى ارتفاع درجة حرارة المبنى فترة الصيف. في هذه الحالة ، فإن السقف المثلث للفناء ، الذي تبلغ مساحته حوالي 3000 م 2 ، مزجج بالكامل. ثلث السقف مجهز بألواح متحركة. وبالتالي ، فإن وحدات التظليل وألواح التوجيه الضوئية المجهزة بسقف زجاجي ، وكذلك المساحات الضخمة من الزجاج للواجهة المزدوجة ، تشكل الصندوق الزجاجي للمبنى ، مما يخلق مزايا إضافية لحل مشاكل معدات التهوية والطاقة.

مع الأخذ بعين الاعتبار المتطلبات المحددة ، المظهر الجمالي ، الديناميكا الهوائية الجيدة ، تم استخدام لوحات خاصة ذات شكل بيضاوي للتركيب. يبلغ عرض الألواح 400 مم وسمكها 60 مم. في موقع التشتت تدفق مضيئةتبدو اللوحات كخطوط رفيعة على الزجاج. نظرًا لتكليف المصممين بتحقيق 90٪ على الأقل من درجة الانعكاس ، تم تطبيق رقائق ألمنيوم قوية بسمك حوالي 0.5 مم على الألواح ذات التأثير الانعكاسي العالي. للحماية من الطقس ، يتم تغطية الألواح بغشاء أكريليك رقيق ، مما يجعلها سهلة التنظيف. يتم التحكم في الحماية الشمسية والإضاءة الطبيعية وتكييف الهواء في المبنى وتنظيمها بواسطة نظام التحكم الذكي Colt CCS 2000 Solar Control. في كل وحدة زمنية ، يحسب المعالج الدقيق الموقع الدقيق للشمس وباستخدام مستشعرات الضوء والمطر ودرجة الحرارة ، يضبط زاوية التظليل المثلى ويتحكم في تدفق الضوء. ينتقل النظام تلقائيًا إلى الوضع الخافت أو المنتشر. بعد معالجة البيانات من المستشعرات ، يمكن تشغيل أوضاع مختلفة: بدء العاصفة ، والطقس الفاتر ، والتنظيف ، وما إلى ذلك. يمكن أن تشمل الإدارة عدد كبير منوظائف إنتاج إضافية مثل وضع النهار والليل والعطلة. يعد مشروع بناء المنشور مثالًا ممتازًا للجمع بين الجوانب البيئية والاستخدام المستدام لموارد الطاقة ، مما يوضح كيف تكمل الحماية الشمسية بنية المبنى. مثال صارخ آخر هو المبنى العام والصناعي لشركة Grunewald في Bocholt (ألمانيا) ، والذي يوجد خلف واجهته مباني إنتاجية وإدارية. مؤلفو المشروع هم الأستاذ. Jorg Ruedemer (برلين) والمهندس Joachim Leson (Bucholt). الهياكل الداعمة: Giesers StahLbau GmbH. له شكل غير عادي، التي تشبه الأنبوب ، وعناصر الحماية من أشعة الشمس للمبنى تجذب الانتباه ، والأهم من ذلك - تعكس اتجاه المؤسسة. تعمل شركة Grunewald في صب القوالب ، وإنتاج الأدوات ، فضلاً عن تصنيع قوالب صب الخرسانة المصنوعة من البوليسترين ، بالإضافة إلى هياكل البوليمر المستخدمة في صناعة الطائرات. منذ البداية ، تم التخطيط لتجهيز المبنى بالأجهزة التقنية المنزلية لضمان أقصى قدر من الراحة في مكان العمل مع ظروف الاستهلاك الأمثل للطاقة. في غضون بضعة أشهر ، استشاري و مشروع العمل، ونتيجة لذلك تقرر التقدم لهذه المؤسسة كأجهزة تهوية طبيعيةوألواح زجاجية للحماية من أشعة الشمس ونوافذ ذات ألواح وأنظمة فلطائية ضوئية للواجهة كمصدر إضافي للطاقة.

وتجدر الإشارة إلى أن العميل قد تم النظر فيه واتخاذه لعدة أشهر ، وفي النهاية تم قبول المشروع دون أي تغييرات تقريبًا. وهكذا ، أصبحت هياكل الواجهة مثل الألواح الشمسية على الواجهة النهائية والألواح الزجاجية العاكسة للشمس المتحركة جزء لا يتجزأبناء. في البداية ، تم رفض استخدام الألواح المنحنية على شكل قوس لصالح الألواح الزجاجية ، لأنه ، إلى جانب توفير كبير في التكلفة ، من الأسهل بصريًا تصميم سطح واجهة منحني عن طريق أجزاء لوحة مجزأة. تم إيلاء اهتمام خاص لشكل ونوع اللوحات. إلى جانب حسابات الطاقة ، تم تقييم الإمكانيات الفنية لضوء النهار الطبيعي وكذلك التصميم المرئي. وقع الاختيار على الزجاج الأخضر (VSG - اتصال) بطبقة نقطية بيضاء رقيقة بنسبة 50 ٪. للحفاظ على تناسق المبنى ، تم تجهيز الواجهات الشمالية الغربية أيضًا بنظام من الألواح الزجاجية. في بداية المشروع ، تم اقتراح بديل للترتيب الثابت للألواح ، والذي تم استبداله لاحقًا بلوحات آلية متحركة متحركة ، حيث أظهر الحساب أنه يمكن تعويض التكاليف الإضافية ضمن مفهوم الطاقة في المشروع. الهيكل الداعم الكلي لنظام الألواح الشمسية مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ ، ومشكّل ومصقول بشكل خاص. تتيح شرفة الواجهة المدمجة إمكانية إجراء أعمال الصيانة والتنظيف للواجهة الداخلية ونظام الألواح الخارجية. نظام التحكم والتعديل في Colt CCS 2000 Solar Control ، والذي يراقب وضع الشمس وأدوات التحكم نظام الأمنبناء ، يتم تثبيت اللوحات بدقة في موضع الشمس ، مع مراعاة الظروف الجوية. يدير النظام بشكل مستقل أسطح الواجهات الكبيرة ومجموعات الأسطح ذات التوجهات المختلفة. للحصول على طاقة إضافية ، يستخدم المشروع الألواح الشمسية المدمجة في الواجهة الجنوبية الشرقية. هذا الاتجاه هو الأمثل لاستخدام الطاقة الشمسية. توفر أربعة مولدات كهروضوئية معًا قدرة 13.64 كيلو واط. أنتجت طاقة شمسيةيتم توفيره من خلال أربعة محولات للشبكة الكهربائية المحلية. تم دمج اللوحة الكهروضوئية في العمود المستعرض مثل الألواح المعزولة التقليدية ، مع إخفاء الكابل في الشريط الجانبي. جنبا إلى جنب مع عناصر الدخان الطبيعي وإزالة الحرارة ، يتم استخدام النوافذ الزجاجية في الجزء السفلي من الواجهة وعلى الجانب الشمالي الغربي من المبنى لتهوية الإمداد.

مصنع في Bocholt - معلم جديدالمعدات الحديثة للمبنى ، والتي جعلت من الممكن ضمان أقصى قدر من الوظائف إلى جانب الاستخدام الرشيد لموارد الطاقة.