Долгое время считалось, что Землю от губительного воздействия космической радиации в основном защищает ее сильное магнитное поле. Но недавно ученые доказали, что это не так — нашим основным "антирадиационным" щитом является атмосфера. Таким образом, оказалось, что зарождение жизни возможно и на экзопланетах, которые не обладают магнитосферой.

Традиционно считается, что именно магнитосфера спасает жизнь на нашей планете от воздействия губительного космического излучения. Исходя из этого, ученые, обсуждая возможность возникновения жизни на других планетах, придерживаются "магнитосферного" критерия обитаемости — если магнитное поле у планеты развито слабо, то это небесное тело попадает в категорию необитаемых, даже несмотря на наличие всех других условий, благоприятных для биологической эволюции. Таким образом, в списке потенциально необитаемых к сегодняшнему дню оказалось достаточно много экзопланет, расположенных возле звезд, относящихся к красным карликам.

Тут дело все в том, что если планета находится в зоне обитаемости красного карлика, то она, по определению, не может обладать сильной магнитосферой. Вышеупомянутая зона обитаемости в такой системе находится настолько близко от звезды, что попавшая в нее экзопланета будет постоянно подвергаться приливному гравитационному захвату со стороны светила, и этот фактор вкупе с другими приводит к тому, что у нее может появиться в лучшем случае лишь очень слабое магнитное поле. Но если это действительно так, то получается, что большинство экзопланет во Вселенной должны быть совершенно безжизненными — ведь эти небесные тела встречаются чаще всего возле красных карликов, которые являются самыми широко распространенными звездами.

С другой стороны, предположение о том, что именно магнитосфера спасает земную жизнь от космической радиации, является пока совершенно не доказанным, то есть оно грешит излишней "теоретичностью". В то же время есть факты, которые заставляют усомниться в справедливости данной гипотезы — например, недавно ученые из Гельмгольцовской ассоциации германских исследовательских центров (ФРГ) выяснили, что в последний раз магнитные полюса Земли менялись местами не 780, а лишь 41 тыс. лет назад, то есть при жизни нашего биологического вида. Однако тогдашняя флора и фауна нашей планеты, не говоря уж о роде человеческом, никак не отреагировали на то, что магнитосфера в это время предельно ослабла, ведь при смене полюсов мощность магнитного поля падает как минимум в двадцать раз. И тем не менее, существование в течение 250 лет при сверхслабом магнитном поле не привело к массовым вымираниям земных живых существ от губящего космического излучения.

Выходит, что магнитосфера вовсе не является самым мощным защитным экраном, спасающим все живое на нашей планете от смертоносной космической радиации? Для того, чтобы выяснить это, сотрудник Института Земли (США) доктор Димитра Атри решил построить модель, учитывающую уровень радиации на поверхности Земли, Марса и планет с параметрами атмосферы и магнитного поля, которые являются промежуточными между этими двумя телами. Причем Марс был включен в эту модель не случайно — наш сосед обладает очень неустойчивым магнитным полем, а его атмосфера во много раз разреженнее, чем на Земле. Именно поэтому уровень радиации космических лучей на Красной планете представляет серьезную угрозу для существования там многих живых существ, в том числе, и нас с вами.

Результаты такого моделирования получились весьма неожиданными. Как говорит сам доктор Атри: "выяснилось, что толщина атмосферы — куда более важный фактор для определения дозы радиации, получаемой планетой, по сравнению с магнитным полем. То есть если вы возьмете Землю и полностью уберете ее магнитное поле, то уровень радиации… вырастет всего-навсего вдвое. Это, конечно же много, но такой эффект тем не менее будет мал и не окажет на живые существа никакого влияния. Проще говоря, они его совсем не заметят".

В то же время, сообщает ученый, если наоборот оставить у Земли ее весьма мощное магнитное поле таким, какое оно в норме и есть, а вместо этого начать уменьшать толщину атмосферы, то уже при одной десятой от нынешнего значения доза радиации, получаемая нами, вырастет в 1 600 раз! Причем, согласно данным модели, этот эффект практически не связан с тем, из каких газов состоит атмосфера — если, например, заменить в нашей атмосфере азот на углекислый газ (который является доминирующим в воздушной оболочке Венеры), то эффективность проникновения космических лучей изменится не более чем на несколько процентов. Интересно, кстати, что похоже на вышеупомянутой Венере поверхность планеты защищает от космической радиации именно ее сверхплотная атмосфера, поскольку магнитное поле второй от Солнца планеты не намного сильнее такового на Марсе.

Таким образом, можно смело утверждать, что магнитосфера не является главным и самым мощным щитом планеты против космической радиации. Соответственно, теперь можно смело вносить в список потенциально обитаемых экзопланет те, которые находятся недалеко от красных карликов — развитию жизни на них если что и может помешать, то точно не слабость магнитного поля. Впрочем, тут может быть еще одно "но" — не исключено, что сильная магнитосфера необходима для существования на планете больших водоемов.

Например, принятая сегодня большинством ученых реконструкция истории Венеры говорит о том, что именно из-за отсутствия магнитного поля планета потеряла свою воду. Произошло это так — после фотолиза живительной влаги, то есть разложения ее на кислород и водород под действием интенсивного солнечного света (ведь Венера находится ближе к светилу, чем Земля) солнечный ветер "вынес" оба этих элемента из атмосферы нашей соседки, а слабое магнитное поле не смогло этому воспрепятствовать. Возникает вопрос — а не может ли произойти подобное на экзопланетах красных карликов, ведь часто они "придвинуты" к своим звездам на еще более близкое расстояние?

Климат

Погода и климат. Климатообразующие факторы и процессы.

Погода - это то, что мы видим за окном, или, выйдя на улицу, ощущаем на себе. Погода может быть теплой, холодной, пасмурной. Ее состояние зависит от температуры воздуха, влажности, осадков, атмосферного давления, облачности, ветра. Если на одной местности несколько лет подряд наблюдать за погодой, за ее основными изменениями в течение года, то можно уже говорить о климате этой местности.

КЛИМАТ [греч. klima наклон (земной поверхности к солнечным лучам)], статистический многолетний режим погоды, одна из основных географических характеристик той или иной местности. Основные особенности климата определяются

Воздействие географических факторов на К. Климатообразующие процессы происходят при воздействии ряда географических факторов, основными из которых являются: 1) Географическая широта,2) Высота над уровнем моря. 3) Распределение суши и моря. 4) Орография. 5) Океанические течения. 6) Характер почвы, 7) Растительный покров 8) Снежный и ледовый покров 9) Состав воздуха.

Понятие "климат" гораздо сложнее определения погоды. Ведь погоду можно все время непосредственно видеть и ощущать, можно сразу описать словами или цифрами метереологических наблюдений. Чтобы составить себе даже самое приблизительное представление о климате местности, в ней нужно прожить по крайней мере несколько лет.

КЛИМАТООБРАЗУЮЩИЕ ПРОЦЕССЫ - процессы в атмосфере, формирующие климат Земли, природной зоны или отдельного региона. Они происходят по трем направлениям: 1 - прогрев Земли солнечными лучами (радиацией) и обмен теплом ее поверхности с атмосферой; 2 - общая циркуляция атмосферы; 3 - влагооборот между атмосферой и земной поверхностью.

На климатообразование каждого региона влияют также три причины (фактора): 1 - количество солнечной радиации, что зависит от широты местности; 2 - движение воздушных масс (циркуляция атмосферы) и 3 - характер подстилающей поверхности.

Строение атмосферы. Слои атмосферы и их основные особенности.

1.Атмосфера состоит из нескольких слоев, отличающихся один от другого по температурным и иным условиям. Нижняя часть атмосферы, до высоты 10-15 км, в которой сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха, носит название тропосферы. Для нее характерно то, что температура с высотой падает в среднем на 0.6 С/100м. В тропосфере содержится почти весь водяной пар, и возникают почти все облака. Сильно развита турбулентность, особенно вблизи земной поверхности,а также в струйных течениях в верхней части тропосферы.

Высота тропосферы зависит от широты местности и от сезона года. В среднем над полюсами высота 9км,в умеренных широтах 10-12км, над экваторами 15-17км. Давление воздуха на верхней границе тропосферы в 5-8 раз меньше чем у земной поверхности. Следовательно, основная масса воздуха находится именно в тропосфере. Самый нижний слой в несколько десятков метров непосредственно примыкающий к земле,носит название приземного слоя. Слой от земной поверхности до высоты 1000-1500м носит название слоя трения.

2.Над тропосферой до высоты 50-55км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура с высотой в ней в среднем растет. Переходный слой между тропосферой и стратосферой называется тропопауза. Нижняя стратосфера более или менее изотермична (температура с высотой почти не меняется). Но начиная с высоты около 25км температура быстро растет с высотой, достигая на высоте 50 км максимальных, положительных значений (от+10? до +30?).Вследствие возрастания температуры турбулентность в стратосфере мала. Водяного пара мало. Однако на высоте 20-25км в высоких широтах наблюдаются иногда перламутровые облака. Стратосфера характеризуется еще и тем,что преимущественно в ней содержится атмосферный озон. Рост температуры с высотой в стратосфере объясняется именно поглощением солнечной радиации озоном.

3.Над стратосферой лежит слой мезосферы, примерно до 80км. Здесь температура с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля. Т.к. температура быстро падает с высотой, то в мезосфере развита турбулентность. На высотах близких к верхней границе мезосферы 75-90км можно наблюдать серебристые облака.

4.Верхняя часть атмосферы, над мезосферой, характеризуется очень высокими температурами и поэтому носит название термосферы. В ней различаются две части: ионосфера и экзосфера, переходящая в земную корону. Воздух в ионосфере очень разряжен. Слой характеризуется сильной степенью ионизации воздуха. От степени ионизации зависит электропроводность атмосферы. Поэтому в ионосфере электропроводность во много раз больше чем у земной поверхности. Радиоволны испытывают в ионосфере преломление, поглощение и отражение. Именно вследствие отражения от ионосферы возможна дальняя связь на коротких волнах. В ионосфере наблюдаются полярное сияние, свечение ночного неба ионосферные магнитные бури. Температура в ионосфере на высотах около 800км достигает 1000?с. Атмосферные слои выше 800-1000км выделяются под названием экзосферы. Скорости движения частиц газов, особенно легких, здесь очень велика. Отдельные частицы имеют достаточную скорость, для того, чтобы преодолеть силу тяжести. Они могут ускользать в мировое пространство, рассеиваться. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеивания. Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в высоких слоях экзосферы. Водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли земную корону, простирающуюся более чем до 20 000км. В верхней части атмосферы и околоземном космической пространстве радиационный пояс Земли

Солнечная радиация

Солнечная радиация - электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца.

Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк - от радиоволн до рентгеновских лучей - однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.

Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов. Во время солнечных вспышек образуются также частицы больших энергий (в основном протоны и электроны), образующие солнечную компоненту космических лучей.

Энергетический вклад корпускулярной составляющей солнечной радиации в её общую интенсивность невелик по сравнению с электромагнитной. Поэтому в ряде приложений термин «солнечная радиация» используют в узком смысле, имея в виду только её электромагнитную часть.

Солнечная радиация-главный источник энергии для всех физико-географических процессов, происходящих на земной поверхности и в атмосфере (см. Инсоляция). Количество солнечной радиации зависит от высоты солнца, времени года, прозрачности атмосферы. Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени (см. Солнечная постоянная).

Влияние солнечной радиации на климат

Спектр излучения энергии различными телами и на поверхности Солнца.

Солнечная радиация сильно влияет на Землю только в дневное время, безусловно - когда Солнце находится над горизонтом. Также солнечная радиация очень сильна вблизи полюсов, в период полярных дней, когда Солнце даже в полночь находится над горизонтом. Солнечная радиация не блокируется облаками, и поэтому всё равно поступает на Землю. Солнечная радиация - это сочетание ярко-жёлтого цвета Солнца и тепла, тепло проходит и сквозь облака. Солнечная радиация передаётся на Землю посредством излучения, а не методом теплопроводности.

Сумма радиации, полученной небесным телом, зависит от расстояния между планетой и звездой - при увеличении расстояния вдвое количество радиации, поступающее от звезды на планету уменьшается вчетверо. Таким образом, даже небольшие изменения расстояния между планетой и звездой приводят к значительному изменению количества поступающей на планету радиации. Гораздо более сильно количество поступающей солнечной радиации зависит от смен времён года - в настоящее время общее количество солнечной радиации, поступающее на Землю, остаётся практически неизменным.

Несомненно, солнце это не только символ радости, тепла и жизни. Солнце почитается у всех народов во все времена, как незаменимый и необходимый "элемент" существования всего живого на Земле. Однако и ученые и врачи предупреждают, что насколько солнечные лучи полезны для всего живого, настолько они могут быть и опасны. В первую очередь это конечно касается любителей позагорать и тем более не принимая никаких мер предосторожности. Избыток ультрафиолетовых лучей может принести непоправимый вред здоровью человека.

Уровень опасности зависит от интенсивности солнечного излучения и количества времени, которое человек находится на открытом воздухе. Чем выше уровень солнечной радиации на поверхности Земли, тем больше степень риска. Люди, работающие под солнечными лучами или часто загорающие, должны учитывать еще и особенности своей кожи, то есть ее тип. Тип кожи можно определить согласно цвету глаз и волос. К первому типу относятся люди с голубыми глазами и рыжеватым оттенком волос. Для второго типа характерны светло-русые волосы и голубые или голубовато-зеленые глаза. Третий тип кожи характерен для людей с темно-русыми или каштановыми волосами с серым или серовато-коричневым цветом глаз. У жгучих брюнетов с карими глазами четвертый тип кожи.

Таким образом для жителей умеренных широт оптимальное количество время нахождения на солнце можно определить именно по типу кожи. Люди с первым и вторым типом кожи не должны находится на открытом воздухе в периоды повышенной солнечной активности больше 30 минут. Для третьего и четвертого типа безопасным будет время не 45-50 минут. В южных странах это время, нужно сокращать в два раза. Специалисты предупреждают о том, что не все помогают защитить кожу. Во-первых, ни один вид крема не гарантирует того, что вы не "сгорите". Во-вторых, крема и мази, точно не спасут от воздействия солнечной радиации.

Стоит учитывать еще один нюанс - это выбор солнечных очков. Пластмассовые точно не спасут от негативного воздействия солнца на ваши глаза. Настоящие, вернее безопасные очки, должны продаваться с пометкой о содержании УФ-В и УФ-А фильтров. Такие фильтры не пропустят опасное излучение. Даже стеклянные очки, от якобы хорошего производителя не смогут защитить глаза. Механизм защиты в глазах срабатывает тогда, когда зрачок рефлекторно сужается от яркого солнца. В ситуации с некачественными очками, сетчатка глаз не будет защищена и вредные ультрафиолетовые лучи поражают еще больше.

• ИЗЛУЧЕНИЕ УФ-С признано самым опасным для человека. До поверхности Земли такие лучи не доходят, так как поглощаются озоновым слоем. Это излучение способно убить все клетки человеческого организма. Излучение от лазеров, электросварки не менее опасно чем настоящее солнечное УФ-С излучение. Нужно стараться по мере возможности предохраняться от подобной опасности и беречь свое здоровье.
• ИЗЛУЧЕНИЕ УФ-В не полностью поглощается озоновым слоем, по данным ученых Земли достигает около 6% таких лучей. Ожоги, опухоли кожи, раковые заболевания - это все последствия последних.
• ИЗЛУЧЕНИЕ УФ-А достигает Земли в полной мере, но не столь опасно, как вышеперечисленные. Ученые выделили УФ-индекс по уровню опасности для человека, который составляет от 1 до 10 единиц. Самая минимальная степень риска для человека 0-2 условные единицы, самая опасная 10.

Таким образом, учитывая все вышесказанное можно обезопасить себя от вредного воздействия солнечных лучей и тем самым, не подвергать риску свое здоровье.

Современные общественные здания с фасадным остеклением потребляют в среднем больше энергии для кондиционирования летом, чем зимой для отопления. Не удивительно, что в последнее время все больше внимания уделяется проблеме защиты зданий от тепловых потерь.

Конструктивная защита от солнечного излучения

Чтобы получить контроль над стремительно увеличивающимися расходами на энергоресурсы, велась работа по совершенствованию энергосберегающих параметров продукции применяемой в строительстве. Это были новые конструкции оконных рам и окон с изолированными теплозащитными стеклами; высокоэффективные котельные установки; контролируемые системы вентиляции жилых помещений; конструктивное предотвращение холодных мостов; создание герметичных оболочек зданий. Все это было направлено на минимизацию затрат на отопление и имело свои положительные результаты. Но кроме отопления зданий зимой, немало энергоресурсов тратилось на кондиционирование в летние месяцы. Этого требовали большие площади остекления фасадов современных зданий, подвергающиеся перегреву. Нельзя сказать, что защита от теплового воздействия солнечных лучей не применялась. Но была ли она эффективной? Ответ на этот вопрос можно найти в таблице 1. Тенденция современной стеклянной архитектуры рисует совершенно другую картину. Приток солнечного тепла, который зимой пассивно уменьшает затраты на отопление, летом подвергает людей, находящихся внутри здания, существенному перегреву и оказывает влияние на самочувствие и производительность, приводит к увеличению затрат на кондиционирование. Эту проблему поможет решить конструктивная защита от солнечного излучения - встроенные фасадные или навесные солнцезащитные системы - как наиболее эффективные способы защиты от солнечного нагрева. Они могут эффективно повлиять на количество солнечного тепла, поступающего в здание посредством инсоляции. Основная цель - не превысить максимальные значения показателей климата помещений с минимальным использованием кондиционирования и механической вентиляции. Поступающая солнечная радиация, вызывающая приток тепла в помещения через окна, снижается за счет применения установок солнечной защиты.

Определение максимальных значений поступления теплоты солнечной радиации, зависит от различных воздействующих факторов, таких как климат региона, теплопроводность строительных ограждающих конструкций, вентиляция помещений в ночное время. Отсюда становится понятно, что значения летней солнцезащиты нужно заранее принимать во внимание при проектировании. Для оптимального подбора и выполнения солнечных затеняющих устройств необходимо понимать физику солнца. Данные положения солнца, его проекция в данный момент на фасадные поверхности также как и подсчет тепловых нагрузок - это необходимый набор данных для расчета солнцезащитных устройств.

Дифференциация при оснащении фасадов

Простым и эффективным решением является применение горизонтально установленных, выступающих в форме козырька систем пластин (ламели). Прежде всего, они подходят для юго - восточных и юго - западных фасадов. Для южных фасадов в летние месяцы выбирается расположение полного затенения оконных поверхностей, когда нет прямого попадания солнечных лучей в окно. При этом снижение поступления теплоты солнечной радиации составляет около 76%. И хотя юго - восточные фасады в утренние часы из - за низко стоящего солнца не полностью затенены, затенение окон дает снижение тепловой нагрузки до 69%. Наружное навесное устройство защиты от солнца представляет собой недорогое по цене, не требующее обслуживания долгосрочное решение для оформления фасадов. Наряду со снижением летнего перегрева зданий, такое сооружение формирует одновременно и его внешний вид. Если для южных фасадов достаточно применить неподвижные солнцезащитные устройства, то для восточных и западных фасадов, по причине значительного изменения угла движения солнца (от поверхностной до прямой инсоляции при дневном солнцестоянии), применение неподвижных солнцезащитных систем не решает проблему затенения. В этом случае лучше применять подвижные системы солнечного затенения, которые применяются при серьезном перегреве помещений, когда надо решить проблему комфортности пребывания людей. Современная конструктивная защита от солнца выполняет следующие задачи:

• затемнение или снижение прямого солнечного излучения;
• значительная минимизация летней тепловой нагрузки;
• получение естественного дневного освещения;
• сохранение визуального комфорта;
• солнечное затенение при большой скорости ветра;

Табл. №1
Коэффициент снижения проникновения солнечной радиации FC от стационарно встроенных устройств защиты от инсоляции

Без устройств защиты	1,00
Расположенные устройства защиты внутри или между оконных стекол
белые или отражающие поверхности с незначительной прозрачностью	0,75
светлой окраски и незначительной прозрачности	0,80
темной окраски и высокой прозрачности	0,90
Расположенные снаружи
пластины вращающиеся, приоткрытые	0,25
жалюзи и материалы с незначительной прозрачностью, приоткрытые	0,25
жалюзи	0,40
блочные и оконные ставни	0,30
навесы, лоджии, свободно установленные пластины	0,50
маркизы, вентилируемые сверху и сбоку	0,40

• сохранение пассивного поступления солнечной радиации зимой;
• опциональная функция управления поступающего света для дневного освещения помещений; опциональное фотогальваническое использование
• солнечной энергии;
• образное рельефное оформление фасадов.

Таким образом, конструктивная защита от солнца - это инструмент, позволяющий достигнуть комфортных условий пребывания в помещении с одновременной экономией энергоресурсов. На рис. 3 показан принцип действия наружной горизонтальной подвижной солнцезащитной установки, представляющей собой ряд подвижных пластин. Но кроме горизонтальных применяются также и вертикальные подвижные пластины. Приведенные ниже значения величин относятся к пластинам, выполненным из зеленого стекла:
-солнечное тепло за счет отражения и поглощения остается снаружи, происходит конвективное охлаждение пластин;
- одновременно достигается естественное дневное освещение в помещении. Это особенно важно для помещений с высокими требованиями комфортности, таких, где есть рабочие места с дисплеями, поскольку применение солнцезащитных устройств позволяет избежать бликов и оптимально сочетает комфортность на рабочих местах с эффективной экономией потребления энергии.

С помощью подвижных, оборудованных устройствами регулировки и слежения за положением солнца системами пластин, можно добиться оптимального распределения поступления тепла, света и воздуха в помещение. Для управления подвижными системами пластин используются различные концепты слежения за солнцем: календарные системы слежения CCS 2000 Solar Control или Soltronic, которые вычисляют позицию солнца в данный момент. В зависимости от локальных внешних погодных условий, которые регистрируются соответствующими датчиками, пластины устанавливаются в следующую необходимую позицию:

• в позицию затенения (пластины вращаются вместе с ходом солнца);
• в положение управления поступлением света (для освещения помещений);
• в диффузную позицию (пластины максимально открыты при сумрачном небе);
• в положение регулировки (возможность закрытия пластин в зимний период для снижения охлаждения здания);
• в позицию охраны здания (закрытие пластин, создание дополнительного барьера от взлома).

В зависимости от потребности пользователя настраиваются многосторонние профильные параметры системы управления подвижными пластинами. Пластины движутся автоматически, совершенно бесшумно и последовательно, с естественной инерцией и по положению солнца. Энергия систем слежения, приводящая системы в движение в зависимости от положения солнца, имеет следующие свойства:

• экологически чистая, свободна от излучения;
• без кабельной разводки;
• не требует фасадного разрыва для импульсных трубок;
• имеет бесшумный привод;
• обладает естественной инерцией (не реагирует на малое облако);
• несет гетерогенному фасадному облучению автоматический расчет и предлагает простой ввод в эксплуатацию.

Принцип действия системы слежения: цилиндры и два абсорберных элемента образуют гидравлическую систему. В зависимости от различного направления солнечных лучей происходит различное нагревание абсорберов. Температура и связанное с этим дифференциальное давление вызывает движение колбы, что поворачивает пластины по положению солнца. Пластины изготавливаются из различных материалов. Это могут быть прессованные алюминиевые профили (окрашенные или нет), трафаретные стекла и даже текстильные мембраны. Особенное применение находят системы пластин (фотовольтаик) с дополнительным использованием солнечной энергии. Здесь достигается симбиоз солнечной защиты и активного использования солнечной энергии. Система слежения, управляющая пластинами, одновременно решает задачу оптимального попадания солнечных лучей на фотогальванические элементы солнечных батарей, расположенных на пластинах, что позволяет добиться эффективного преобразования притока солнечной энергии. Показанные возможности летней теплозащиты посредством конструктивной солнечной защиты не могут рассматриваться одиночно. При проектировании, ориентированном на достижение оптимальной комфортности в помещении и одновременной экономии энергоресурсов, необходимо искать цельное решение. Из этого следует, что использовать кондиционирование надо только тогда, когда исчерпаны все строительно - технические мероприятия для достижения нужной внутренней температуры и других критериев комфортности. Иными словами, теплозащита не только зимняя, но и летняя тема! Кроме того, конструктивная солнечная защита - это нечто большее, чем просто отражение солнечных лучей. Это - новый инструмент для архитекторов и проектировщиков позволяющий не только защитить здание от перегрева, но и найти индивидуальную пластику фасадов строений. Это хорошо демонстрирует 11- этажное здание во Франкфурте, здание - призма, принадлежащее проектно - конструкторской компании (арх. Аиег - Weber - Partner, Штуттгарт). Обычно, прозрачная стеклянная конструкция ведет к перегреву здания в летний период. В данном случае, треугольная крыша внутреннего дворика, имеющая площадь около 3000 м 2, полностью остеклена. Треть крыши оборудована подвижными пластинами. Таким образом, затеняющие установки и светонаправляющие пластины, которыми оборудована стеклянная крыша, а также огромные площади остекления двойного фасада формирует стеклянный футляр здания, что создает дополнительные преимущества для решения вопросов вентиляции и энергетического оснащения.

Учитывая специфические требования, эстетичный внешний вид, хорошую аэродинамику, здесь для установки применили специальные пластины, имеющие эллиптическую форму. Пластины имеют ширину 400 мм и толщину 60 мм. В положении рассеивания светового потока пластины выглядят как тонкие черточки на стекле. Поскольку перед проектировщиками была поставлена задача - достичь не менее 90% степени отражения, на пластины была нанесена прочная алюминиевая фольга толщиной около 0,5 мм с высоким отражающим эффектом. Для защиты от атмосферных воздействий пластины покрыли тонкой акриловой пленкой, что позволяет их легко очищать. Система солнечной защиты, естественного освещения, кондиционирования здания управляются и регулируются интеллектуальной системой контроля Colt CCS 2000 Solar Control. В каждую единицу времени микропроцессор вычисляет точную позицию солнца и устанавливает с помощью датчиков света, дождя и температуры оптимальный угол затенения и управляет поступлением света. Система автоматически приводится в положение затемнения или рассеивания. После обработки данных, поступающих от датчиков, могут запускаться различные режимы: штормового запуска, морозной погоды, очистки и т.д. В управление может быть включено большое количество дополнительных производственных функций, таких как дневной, ночной режимы и режим выходного дня. Проект здания - призмы - это прекрасный пример совмещения экологических аспектов с рациональным использованием энергоресурсов, показывающий как солнечная защита дополняет архитектуру сооружения. Еще одни яркий пример - общественно - промышленное здание компании Грюневальд в г. Бохольте (Германия), за фасадом которого находятся производственные и административные помещения. Авторами проекта являются проф. Иорг Рюдемер (Берлин) и инженер Иоахим Лезон (Бухольт). Несущие конструкции: фирма Giesers StahLbau GmbH. Его необычная форма, напоминающая трубу, и элементы солнцезащиты здания привлекают внимание, а главное - отражают направленность предприятия. Компания Грюневальд занимается литьем форм, инструментальным производством, а также изготовлением пенополистирольных опалубочных форм и, наряду с этим, полимерными конструкциями, применяемыми в самолетостроении. С самого начала предполагалось оснастить здание бытовыми техническими устройствами для обеспечения максимальной комфортности на рабочих местах с условием оптимального потребления энергоресурсов. В течение нескольких месяцев была проведена консультативная и проектная работа, в результате которой было решено применить для данного предприятия в качестве устройств естественной вентиляции и солнечной защиты стеклянные пластины и пластинчатые окна, а в качестве дополнительного источника энергии - фасадные фотогальванические системы.

Следует заметить, что решение обдумывалось и принималось заказчиком несколько месяцев, и, в конце концов, проект был принят практически без изменений. Таким образом, такие фасадные сооружения как солнечные батареи на торцевом фасаде и подвижные стеклянные солнцеотражающие пластины стали составной частью здания. Сначала применение дугообразных изогнутых пластин было отвергнуто в пользу стеклянных пластин, так как наряду со значительной экономией затрат, оптически легче смоделировать изогнутую фасадную поверхность посредством сегментированных частей пластин. Форме и виду пластин уделялось особенное внимание. Наряду с энергетическими подсчетами оценивались технические возможности естественного дневного освещения и также визуальное оформление. Выбор пал на зеленое стекло (VSG - соединение) с 50% - ным тонким белым точечным покрытием. Чтобы выдержать симметрию здания, северо - западные фасады были также оборудованы системой стеклянных пластин. В начале проекта предлагался вариант неподвижного расположения пластин, который впоследствии был заменен автоматизированными подвижными управляемыми пластинами, так как расчет показал, что дополнительные затраты можно компенсировать в рамках энергетической концепции проекта. Общая несущая конструкция для солнцезащитной пластинчатой системы выполнена из нержавеющей стали, специально обработанной и отполированной. Встроенный фасадный балкон дает возможность проводить работы по обслуживанию и очистке внутреннего фасада и наружной системы пластин. Система управления и регулировки Colt CCS 2000 Solar Control, следящая за положением солнца и управляющая охранной системой здания, устанавливает пластины точно по положению солнца, принимая во внимание погодные условия. Система самостоятельно управляет большими фасадными поверхностями и группами различно ориентированных поверхностей. Для дополнительного получения энергии, в проекте применены солнечные батареи, встроенные в юго - восточный торцевой фасад. Такая ориентировка оптимально подходит для использования солнечной энергии. Четыре фотогальванических генератора вместе дают мощность 13,64 кВт. Произведенная солнечная энергия поступает через четыре преобразователя в местную электрическую сеть. Фотогальваническая панель встроена в стойку ригельной конструкции как обычные изолированные оконные стекла, причем следует обратить внимание на то, что кабель спрятан в боковую штангу. Наряду с элементами естественного дымо - и теплоудаления, стеклянные пластинчатые окна внизу фасада и на северо - западной стороне здания используются в качестве приточной вентиляции.

Завод в Бохольте - новая веха современной оснащенности здания, что позволило обеспечить максимальную функциональность наряду с рациональным использованием энергоресурсов.

На открытом воздухе поверхности изделий подвергаются действию прямых

солнечных лучей. В материалах, используемых в конструкциях систем,

под действием солнечной радиации возникают сложные процессы, вызывающие старение этих материалов. Кроме того, солнечная радиация является основным фактором формирования теплового режима атмосферы и поверхности земли. Поэтому влияние на свойства материалов высоких и низких температур воздуха определяется, в конечном счете, влиянием солнечной радиации на тепловой режим воздуха.

Приход солнечной радиации определяется, прежде всего, астрономическими факторами: продолжительностью дня и высотой солнца. Солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, является одним из основных климатических факторов. В свою очередь, она в значительной степени зависит от циркуляции атмосферы и особенностей подстилающей поверхности.

Воздействие солнечной радиации на технические изделия определяется

диапазоном электромагнитных волн, достигающих их поверхности.

Спектр излучаемой Солнцем энергии состоит из нескольких частей.

На волны ультрафиолетовой части спектра (_ _ _____10–10 м) приходится

около 9 % энергии солнечного излучения, на волны видимой части спектра

(_ = 3900_10–10...7600_10–10 м) - около 41 % и на инфракрасные волны

(_ = 7600_10–10...1000000_10–10 м) - около 50 %.

Атмосфера, окружающая Землю, поглощает около 19 % солнечной энергии

(водяным паром, озоном, углекислым газом, пылью и другими составляющими атмосферы). Около 35 % энергии поглощается в космическом пространстве. Земной поверхности достигает только 45 % солнечной энергии, но наличие облаков уменьшает количество солнечной энергии, достигающей Земли, примерно на 75 % по сравнению с ясными днями.

Поверхностная плотность теплового потока суммарной радиации

зависит от состояния облачности. Зависимо от высоты солнца (6-44,9°)

в летние месяцы поток суммарной радиации изменяется в безоблачную погоду от 11,2_10–3 до 78,4_10–3 Вт/см2, при наличии солнца и облаков -

в 9,8_10–3 до 80,5_10–3 Вт/см2, при сплошной облачности - от 4,2_10–3

до 25,9_10–3 Вт/см2.

Поток суммарной радиации также зависит и от самих облаков, если

солнце просвечивает через перистые облака, то поток суммарной радиации

будет изменяться от 4,9_10–3 до 64,4_10–3 Вт/см2, если же облака слоистые

От 3,5_10–3 до 38,5_10–3 Вт/см2. Влияние на величину суммарной

радиации оказывает также высота облаков, если облака высокие, поток изменяется от 5,6_10–3 до 49,7_10–3 Вт/см2, если низкие - от 6,3_10–3

до 27,3_10–3 Вт/см2.

Интегральная плотность теплового потока солнечной радиации зависит

от высоты. До 15 км интегральная плотность теплового потока составляет

1125 Вт/м2, в том числе плотность потока ультрафиолетовой части спектра

(_ = 280-400 мкм) - 42 Вт/м2, свыше 15 км - 1380 Вт/м2, плотность потока

ультрафиолетовой части спектра - 10,0 Вт/м2.

Изменение плотности теплового потока солнечной радиации оценивается

отношением ее максимального значения к минимальному, выраженному

в %. Наименьшие суточные изменения наблюдаются в пустынных районах,

для которых характерна безоблачность.

Наличие паров воды и пыли в воздухе существенно уменьшает плотность

теплового потока солнечной радиации. Наиболее сильное действие

на материалы и изделия оказывают солнечные лучи, перпендикулярно падающие на поверхность.

Повреждения от солнечных лучей можно разделить на две группы: фотохимические и фотоокислительные процессы.

При повреждении металлических поверхностей существенную роль играет

фотоокислительное расщепление. Одновременное воздействие кислорода

и влаги создает посредством окислительных процессов дополнительное

количество энергии. Поверхность металлов при ультрафиолетовом

облучении активируется, поэтому подвергается опасности коррозии. Для

расщепления молекулярной структуры необходима определенная частота

излучения, т. к. энергия фотона соответствует произведению постоянной

Планка на частоту. Под действием солнечных лучей в органических материалах происходят сложные фотолитические процессы - процессы разложения химических соединений, в результате чего меняются свойства материалов.

Солнечная радиация (особенно ее ультрафиолетовая часть) достаточна

для разрушения многих, даже очень сильных, связей в молекулах полимеров, отчего происходит старение и возникают определенные отказы. Процесс старения полимерных материалов ускоряют тепло, влага, кислород воздуха (атмосферное старение), излучения высоких энергий и др. В свою очередь, скорость старения под действием солнечной радиации зависит от ее интенсивности, доли ультрафиолетового излучения в солнечном спектре и лучепоглощающей способности полимеров. Установлено, что разрыв молекулярных связей и процессы старения большинства полимеров происходят при интенсивности радиации, превышающей 16,8 кДж/(м2_мин). Известно, что в основе старения полимерных материалов лежат два одновременно протекающих процесса: деструкция - разрыв связей между атомами молекул и образование осколков молекул полимера, и структурирование - образование новых связей между атомами и осколками молекул, возникших в результате деструкции. В результате старения полимерных материалов

изменяются их механические и электрические свойства, цвет и др.

Основное действие солнечного излучения - нагрев поверхности изделий

и, как следствие, повышение температуры внутри устройства.

Нагревтела солнечными лучами зависит отинтенсивности солнечной радиации,температуры окружающей средыи от отражательной способности

тела. Будучи нагретым, тело само становится источником излучения.

Закономерность теплообмена поверхностей удобно проследить на

теплообмене тонкостенного металлического кожуха. Для случая матового

черного кожуха, внутри которого нет источника, излучение энергии можно представить схемой на рис. 3.2.

Толщина стенок кожуха мала, поэтому можно допустить, что температуры

наружных и внутренних поверхностей стенок кожуха одинаковы. Исходя из закона СтефанаБольцмана, составляем баланс излучения стенок кожуха.

Верхняя крышка кожуха, поглощающая тепло солнечных лучей, излучает

его наружу и внутрь кожуха(σT )

Нижняя стенка кожуха (дно) поглощает тепло, излучаемое верхней крышкой, и излучает его внутрь кожуха и наружу(σT )

При расположении кожуха на почве нижняя стенка отдает тепло почве и может получать тепло от нее(σT )

При температурном равновесии системы справедливы следующие математические зависимости:

где: TB - температура крышки кожуха, К ;

TD - температура дна кожуха, К ;

TS - температура почвы, К ;

σ_ - постоянная излучения (постоянная Стефана-Больцмана).