Vị trí mặt trời
Mô tả giải pháp
Sự di chuyển của mặt trời trong ngày và trong năm là yếu tố môi trường cốt yếu nhất cần tìm hiểu khi thiết kế một công trình hiệu suất cao.
Nếu bạn thiết kế công trình với sự xem xét kĩ lưỡng đường đi mặt trời, bạn có thể tận dụng được ưu điểm của các chiến lược như chiếu sáng tự nhiên, sưởi ấm thụ động, sản suất năng lượng mặt trời và thậm chí cả thông gió tự nhiên.
Tuy nhiên, nếu bất cẩn, những cơ hội này có thể phản tác dụng như gây chói hoặc quá nóng.
Đường đi và vị trí của mặt trời
Điều đầu tiên bạn cần biết là đường đi của mặt trời ở ví trí của bạn.
Ở mỗi điểm cho trước trên đường đi của mặt trời, độ cao của nó trên bầu trời được gọi là góc cao, và góc ngang tương đối với hướng bắc được gọi là góc phương vị.
Góc cao là góc thẳng đứng mặt trời tạo ra với mặt đất (0o < alt , 90o)
Góc phương vị là góc nằm ngang giữa mặt trời và phương bắc (-180 < azi < 180o, chiều dương theo chiều kim đồng hồ từ hướng bắc)
Sự biến đổi theo mùa và các ngày quan trọng
Đường đi của mặt trời thay đổi quanh năm. Vào mùa hè, mặt trời ở vị trí cao trên bầu trời, mọc lên và lặn xuống phía bắc của trục đông-tây ở Bắc bán cầu (ở Nam bán cầu, nó là phía nam của Đông-tây).
Mặt trời cũng mọc lên sớm hơn và lặn xuống muộn hơn nhiều vào mùa hè so với mùa đông.
Để nghiên cứu về cực hạn của mặt trời nóng mùa hè, bạn cần nghiên cứu về đường đi của mặt trời ở hạ chí, ngày mà mặt trời ở vị trí cao nhất giữa trưa.
Vào mùa đông mặt trời ở vị trí thấp trên bầu trời, mọc và lặn ở phía nam của trục đông-tây ở Nam bán cầu (ở Nam bán cầu, nó là phía Bắc của trục đông-tây).
Để nghiên cứu cực hạn của đường đi mặt trời mùa đông, bạn cần nghiên cứu về đường đi mặt trời ngày đông chí, ngày mà mặt trời ở vị trí thấp nhất giữa trưa.
Để nghiên cứu các vị trí trung bình hơn, bạn có thể xem xét đường đi mặt trời vào các ngày xuân phân và thu phân, khi mặt trời mọc và lặn đúng trục đông-tây.
Góc cao của mặt trời giữa trưa vào 2 điểm phân được xác định bởi vĩ độ của khu đất.
Đây là lý do quy tắc ngón cái cho góc tối ưu của các tấm pin mặt trời là vĩ độ của khu đất. Ở góc này, các tia mặt trời vuông góc nhất với các tấm pin trong phần lớn năm.
Có 4 ngày quan trọng cần nhớ khi xem xét vị trí mặt trời
Một số mẹo và kinh nghiệm bao gồm:
Nghiên cứu những ngày đặc biệt:
Các điểm chí: nghiên cứu những cực hạn của vị trí mặt trời.
Các điểm phân: nghiên cứu vị trí trung bình của mặt trời.
Nghiên cứu các mùa khác nhau:
Nghiên cứu mùa đông: Làm cách nào để hấp thu tối đa mặt trời để sưởi ấm thụ động cho công trình
Nghiên cứu mùa hè: Làm cách nào để hấp thu tối thiểu mặt trời để làm mát thụ động cho công trình
Hãy xét một số thời điểm cụ thể trong ngày
Buổi sáng: bạn có thể muốn thu năng lượng mặt trời để làm ấm không gian khi mặt trời ở thấp trên bầu trời. Nhưng cũng cần tránh hiện tượng chói.
Buổi trưa: Mặt trời mạnh nhất và cao nhất trên bầu trời. Bạn có thể muốn tránh mặt trời nóng giữa ngày để giảm tải lạnh trong một vài khu vực.
Lưu ý rằng đôi khi buổi trưa không phải là góc cao nhất. Đó là do sự chênh lệch giữa “giờ mặt trời” (xác định bởi vị trí mặt trời) và “giờ địa phương” (xác định bởi múi giờ).
Buổi chiều: bạn có thể muốn chống quá nóng và chói.
Giờ lưu trú: Bạn có thể đặc biệt quan tâm đến những thời điểm khi công trình được lưu trú nhiều nhất.
Giờ mặt trời và Giờ địa phương
Trong phần lớn địa điểm, sẽ thường có sự chênh lệch giữa giờ mặt trời và giờ địa phương. Giờ mặt trời được xác định bởi vị trí của mặt trời. Buổi trưa nó có độ cao lớn nhất, mặt trời mọc và lặn xảy ra ở những thời điểm đối xứng 2 bên buổi trưa. Giờ địa phương được xác định bởi múi giờ địa phương và được lấy trên một kinh độ quy chiếu.
Ví dụ, múi giờ địa phương ở Perth được lấy trên vĩ độ 120o (ở miền trung của Tây Úc). Tuy nhiên, kinh độ thực của Perth là 116o. Mỗi độ chênh lệch kinh độ giữa thực tế và quy chiếu tương đương 4 phút thời gian chênh lệch. Vì vậy, để chuyển giờ mặt trời về giờ địa phương, sử dụng công thức sau:
Tđịa phương = Tmặt trời + ((Kinh độ – Kinh độ quy chiếu)*4)
Nếu bạn để ý thấy trong một số phân tích của bạn, mặt trời không ở cao nhất vào buổi trưa trên khu đất xây dựng, đây chính là lý do.Bạn sẽ thường muốn phân tích theo giờ địa phương, đó là giờ mà tất cả các thành viên khác trong nhóm thiết kế sẽ tham khảo cho những thứ như lịch trình hoạt động.
Mô phỏng đường đi mặt trời
Có một số cách để hình dung về đường đi của mặt trời.
Đường đi mặt trời mùa hè
Mô hình 3D của biểu đồ nổi của sơ đồ bên phải, thể hiện sự di chuyển của mặt trời trong ngày vào 21 tháng 6 (hạ chí)
Đường đi mặt trời mùa đông
Mô hình 3D của biểu đồ nổi của sơ đồ bên phải, thể hiện sự di chuyển của mặt trời trong ngày vào 21 tháng 12 (đông chí)
Đọc biểu đồ đường đi mặt trời
Biểu đồ đường đi mặt trời được sử dụng để đọc góc cao và góc phương vị trong ngày và trong năm tại một địa điểm cho trước trên Trái Đất.
Chúng có thể được liên tưởng đến một bức ảnh của bầu trời, chụp thẳng đứng lên thiên đỉnh, với góc máy mắt cá 180o. Đường đi của mặt trời ở các thời điểm khác nhau trong năm có thể được chiếu lên hình cầu phẳng này cho mọi vị trí của trái đất.
Lưu ý rằng những biểu đồ nổi này không giống y như ảnh mắt cá: những hình ảnh như vậy sẽ bị lật trái-qua-phải.
Những biểu đồ này là từ góc nhìn bầu trời xuống mặt đất, bạn có thể đặt chồng nó lên một bản đồ hoặc một mặt bằng công trình mà không bị rối. (Bạn có thể thấy điều này bằng cách theo các đường giờ từ đông sang tây trên biểu đồ).
Đường góc phương vị – Góc phương vị chạy quanh cạnh của biểu đồ.
Đường góc cao – Góc cao được biểu diễn như các vòng nét đứt đồng tâm chạy từ tâm của biểu đồ ra.
Đường ngày – Chạy từ cạnh phía đông của biểu đồ đến cạnh phía tây và thể hiện đường đi của mặt trời vào một ngày cụ thể trong năm. Ở Ecotect, ngày đầu tháng 1 đến tháng 6 được thể hiện bằng các nét đặc, trong khi tháng 7 đến 12 là các nét đứt.
Đường giờ / Analemma – Đường giờ được thể hiện như các đường hình số 8 cắt qua đường ngày và thể hiện vị trí của mặt trời tại một giờ cụ thể trong ngày. Điểm giao cắt giữa đường ngày và giờ thể hiện vị trí của mặt trời.
1.Đinh vị đường giờ cần xem trên biểu đồ
2.Định vị đường ngày cần xem, nhớ rằng nét liền cho tháng 1-6, nét đứt cho tháng 7-12
3.Tìm điểm giao cắt giữa đường ngày và giờ. Nhớ cắt nét liền với nét liền và nét đứt với nét đứt.
4.Vẽ một đường từ tâm biểu đồ, qua điểm giao cắt, đến chu vi của biểu đồ.
5.Đọc góc phương vị như là góc lấy theo chiều kim đồng hồ từ hướng Bắc. Trong trường hợp này, giá trị là khoảng 62o
6.Đi theo vòng tròn đồng tâm quanh điểm cắt đến trục thẳng đứng phía bắc, trên đó thể hiện góc cao.
7.Đánh dấu giữa các đường tròn đồng tâm để tìm ra độ cao. Trong trường hợp này điểm giao cắt năm ở chính xác đường 30 độ.
8.Điều này đưa ra vị trí chính xác của mặt trời, xác định đầy đủ góc phương vị và cao độ.
Đọc vị trí mặt trời (theo từng bước)
Biểu đồ mặt trời mô tả sự khác biệt giữa đường di chuyển của mặt trời theo vĩ tuyến.
Từ khóa
