HB Zonnestraling-2010

ISSO-handboek HBz

Zonnestraling en zontoetreding

ISBN: 978-90-5044-190-2

INHOUDSOPGAVE Samenvatting

5

Symbolenlijst

7

Afkortingen

7 7

Begrippenlijst

9

1

Inleiding

11

2

Zonnestralingstabellen

13

2.1

Gemiddelde waarden

13

2.2

Totaal opvallende zonnestraling

17

2.3

Beschaduwing

19

3

Zonneboilersystemen

25

4

PV-systemen

27

5

Warmteoverdracht in raamsystemen

29

5.1

Inleiding

29

5.2

Zontoetredingsfactor

29

5.3

Convectiefactor

30

5.4

U-waarde

30

5.5

Eigenschappen van glas in temperatuursimulatieprogramma's

33

5.5.1

Eenvoudige weergave

33

5.5.2

Netwerkweergave

34

5.5.3

Geavanceerd berekeningsprogramma

36

6

Lichttoetreding

39

7

Bijzondere toepassingen

41

7.1

Gelaagd glas

41

7.2

Geluidsisolerend glas

41

7.3

Vacuümglas

41

Bijlage A

Beschrijving zonnebaan en zonnestraling op schuine vlakken

43

Bijlage B

Zonnestralingstabellen

55

Bijlage C

Maandelijks gemiddelde opvallende zonnestraling voor gevels met verschillende oriëntaties 71

Bijlage D

Maandelijks gesommeerde opvallende zonnestraling voor gevels met verschillende oriëntaties en hellingshoeken

75

Bijlage E

Netwerkweergave van veel voorkomende raamsystemen

78

Bijlage F

Eigenschappen van zonweringssystemen, gecombineerd met dubbelglas

90

Bijlage G

Computerprogramma WIS

91

Bijlage H

Atmosferische absorptie en verstrooiing van de zonnestraling

Literatuurlijst

ISSO- handboek HBz

93 103

3

Zonnestraling en zontoetreding

ISSO- handboek HBz

4

Zonnestraling en zontoetreding

SAMENVATTING Voor het berekenen van de opbrengst van zonne-energiesystemen als zonneboilers en/of PV-systemen is het noodzakelijk te weten hoeveel zonnestraling er op het betreffende vlak valt. Ook van belang hierbij is of het directe zonnestraling betreft of diffuse zonnestraling.

Ook bij het berekenen van de hoeveelheid zonnestraling en/of licht dat via glasvlakken binnenkomt is het noodzakelijk te weten hoeveel zonnestraling er op de betreffende gevel valt.

In dit ISSO-handboek zijn daarom tabellen opgenomen met de opvallende zonnestraling op vlakken gelegen op de 8 hoofdoriëntaties en met 3 verschillende hellingshoeken.

De hoeveelheid opvallende zonnestraling kan ook beïnvloed worden door bebouwing in de (directe) omgeving. Om een indruk te geven van de effecten van beschaduwing door omringende gebouwen en/of obstakels is een grafische methode gegeven. Daarnaast zijn de noodzakelijke formules om een exacte berekening mogelijk te maken in bijlage A opgenomen.

In dit ISSO-handboek zijn gegevens opgenomen gebaseerd op gegevens van uurlijkse klimaatgegevens voor de lokatie De Bilt over de jaren 1986 - 2005, het energiereferentiejaar uit de NEN 5060 (uitgave 2009), de 3 ontwerpjaren uit de NEN 5060. Het tot nu toe veel gebruikte referentiejaar 64/65 is ter vergelijking ook opgenomen.

Naast de hoeveelheid op een vlak vallende zonnestraling wordt ook ruim aandacht besteed aan de thermische en lichttechnische eigenschappen van glassystemen.

Wanneer zonlicht op een glasvlak valt wordt een gedeelte van de zonnestraling gereflecteerd, een gedeelte geabsorbeerd en een gedeelte doorgelaten.

Op de verschillende warmtestromen wordt nader ingegaan. Dit gebeurt zowel met de vereenvoudigde methode die werkt met de g-waarde (absolute zontoetreding) en de convectiefactor CF als met de meer geavanceerde netwerkmethode. Voor de meest toegepaste glassoorten worden tabellen en figuren gegeven. Ook de verwijzing naar en beschrijving van een door de EEG ontwikkeld programma WIS (Windows Information System) is opgenomen.

Bij de raamsystemen is ook rekening gehouden met de invloed van zonwering (zowel binnen- als buitenzonwering) en kozijnen.

Naast de meest gebruikte glassoorten is ook aandacht besteed aan toepassingen als veiligheidsglas, vacuümglas, klimaatramen en glassoorten met betere geluidsisolerende eigenschappen.

ISSO- handboek HBz

5

Zonnestraling en zontoetreding

ISSO- handboek HBz

6

Zonnestraling en zontoetreding

SYMBOLENLIJST BR

breedtegraad (52° voor De Bilt)

[°]

d

doorlatingsfactor

[-]

g

absolute zontoetreding

[-]

G

zonnestralingsintensiteit

[W/m2]

GMT

Greenwich Mean Time

[h]

h

zonshoogte

[°]

K

uur van de dag

[h]

LNG

lengtegraad

[°]

MET

MiddelEuropese Tijd

[h]

ND

volgnummer van de dag in het jaar

[-]

Qo

extra-terrestrische straling

[W/m2]

TVER

tijdverschuiving

[h]

Ts

zonnetijd

[h]

qc

convectieve warmtestroom

[W/m2]

qd

warmtestroom tgv doorstraling

[W/m2]

qdir,o

direct extra-terrestische bestralingssterkte , d.w.z. de intensiteit van de zonstraling buiten de aardatmosfeer op een loodrecht op de stralingsrichting staand vlak

[W/m2]

qr

warmtestroom door straling

[W/m2]

T

troebelheidsfactor

[-]

U

warmtedoorgangscoëfficiënt

[W/(m2·K)]

Um

warmteverliesfactor van collector

[W/(m2·K)]

u

extinctiecoëfficiënt of uitdovingscoëfficiënt

[-]

α

absorptiefactor

[-]

β

is de hellinghoek van het vlak; 0 horizontaal: 90° vertikaal

[°]

γ

is de oriëntatie van het vlak; 0.0 zuid: 90° oost: -90° west.

[°]

δ

declinatie

[°]

ρ

reflectiefactor

[-]

θa

omgevingstemperatuur

[°C]

θm

gemiddelde temperatuur transportmedium

[°C]

τ

transmissiefactor

[-]

AFKORTINGEN ZTA

De absolute zontoetredingsfactor.

ZTR

De relatieve zontoetredingsfactor.

LTA

De absolute lichttoetredingsfactor.

LRA

De relatieve lichttoetredingsfactor.

CF

De convectiefactor van het raam.

ISSO- handboek HBz

7

Zonnestraling en zontoetreding

ISSO- handboek HBz

8

Zonnestraling en zontoetreding

BEGRIPPENLIJST (Absolute) lichttoetredingsfactor LTA De verhouding van de stralingsfluxdichtheid van de direct zichtbare zonnestraling en de totaal opvallende zichtbare zonnestraling.

Collector Een voorziening voor het opvangen van zonnestraling die met behulp van een absorber en een transportmedium warmte oplevert.

Convectiefactor CF De verhouding tussen de direct door convectie aan de vertreklucht afgegeven warmte en de in het vertrek binnenkomende zonnewarmte of verlichtingswarmte. (CF = qci/qzi).

Dagnummer Volgnummer van de dag in het jaar.

Declinatie De declinatie is de hoek tussen de stralingsrichting van de zonnestraling en het equatoriale vlak van de aarde.

Absorptiefactor De verhouding van de door het oppervlak geabsorbeerde zonnestraling en de totaal op het oppervlak vallende zonnestraling.

Diffuse zonnestraling Zonnestraling die door reflectie van stof- en vochtdeeltjes in de lucht op een horizontaal vlak valt.

Directe zonnestraling Direct van de zon afkomstige zonnestraling die op een horizontaal vlak valt.

Directe normale zonnestraling Direct van de zon afkomstige zonnestraling die op een vlak loodrecht op de zonnestraling valt.

Doorlatendheid De verhouding van de doorgelaten zonnestraling (kortgolvig) en de totaal op het vlak vallende zonnestraling (volledig spectrum) (d = qd/qze).

Globale zonnestraling De totale op een horizontaal vlak vallende zonnestraling. g-waarde De verhouding tussen de totaal binnenkomende zonnewarmte (kortgolvige zonnestraling, langgolvige stralingswarmte en convectiewarmte) en de totaal op het vlak vallende zonnestraling (g = (qad + qd)/qze).

Referentiejaar Een bestand van uurlijkse klimaatgegevens, met de lengte van een volledig jaar, dat als representatief voor een gebied beschouwd kan worden.

Reflectiefactor De verhouding van de gereflecteerde zonnestraling en de totaal op het vlak vallende zonnestraling.

Spectraal selectief oppervlak Een oppervlak dat een zeer groot deel van de opvallende kortgolvige zonnestraling absorbeert en een zeer klein deel van de langgolvige straling afgeeft.

ISSO- handboek HBz

9

Zonnestraling en zontoetreding

Transmissiecoëfficënt Het gedeelte van de opvallende zonnestraling dat door een lichaam wordt doorgelaten.

U-waarde Warmtestroom per vierkante meter en per graad door een constructie uitgedrukt in W/(m2·K).

ISSO- handboek HBz

10

Zonnestraling en zontoetreding

1

INLEIDING

Zonnestraling speelt een belangrijke rol in onze energiehuishouding. Enerzijds kunnen we gebruik maken van de energie van de zonnestraling, bijvoorbeeld bij het invangen van warmte in zonneboilers, zonnecollectoren of het opwekken van stroom met zonnecellen, anderzijds speelt zontoetreding in gebouwen een belangrijke rol. Hierbij kan de zonnewarmte in de winter bijdragen aan een comfortabel binnenklimaat terwijl juist in de zomer er teveel aan zonnewarmte kan binnentreden. Dit handboek geeft enerzijds informatie over de hoeveelheid zon die op verschillende vlakken valt en anderzijds wordt uitgebreid ingegaan op de zontoetreding in gebouwen via raamsystemen.

De hoeveelheid opvallende zonnestraling kan ook beïnvloed worden door bebouwing in de (directe) omgeving. Om een indruk te geven van de effecten van beschaduwing door omringende gebouwen en/of obstakels is een grafische methode gegeven. In bijlage A zijn de benodigde formules gegeven om gedetailleerde berekeningen te kunnen uitvoeren.

De gegevens van raamsystemen zijn benodigd voor allerlei berekeningen. Of het nu gaat om een warmteverliesberekening ,een koellastberekening of een lichttechnische berekening, de gegevens van de zonnestraling moeten omgerekend worden naar een bijdrage/belasting in het vertrek.

Ook bij de eigenschappen van raamsystemen worden twee manieren gegeven om de invloed in rekening te brengen: De eenvoudige methode die in gaat op de technische eigenschappen als U-waarde, de absolute zontoetreding g-waarde (vroeger ZTA), de convectiefactor CF en absolute lichttoetreding LTA; De netwerkmethode voor gedetailleerdere berekeningen.

Dit ISSO-handboek gaat in op de verschillende berekeningsmethodieken en geeft tabellen met informatie.

In dit ISSO-handboek wordt zowel eenvoudige methoden als de meer gecompliceerde methoden zoals die noodzakelijk zijn bij de meer geavanceerde temperatuursimulatieprogrammatuur van de benodigde gegevens voorzien.

De publicatie is ingedeeld in drie hoofdonderdelen: Warmtetoetreding/warmteverlies; Zontoetreding/beschaduwing; Lichttoetreding.

Naast de standaard raamsystemen wordt ook aandacht besteed aan zonwering en het toepassen van coatings. Ook ontwikkelingen als klimaatramen worden besproken.

ISSO- handboek HBz

11

Zonnestraling en zontoetreding