Linijka słońca - opis i sposób użycia
Linijka słońca jest tradycyjnym narzędziem wykorzystywanym do obliczenia czasu nasłonecznienia budynków. W poniższej serii artykułów poruszamy tematykę obliczania przesłaniania, czasu nasłonecznienia pomieszczeń, zacieniania oraz wyznaczenia strefy oddziaływania budynku.
Powyżej zamieszczony jest najczęściej stosowany w Polsce diagram Linijki słońca. Wykreślony on został dla szerokości geograficznej Warszawa (52º2'), czasu miejscowego (słonecznego) uśrednionego i dni równonocy (21 marca i września).
Sposób użycia linijki słońca
Linijka słońca służy do wyznaczenia czasu w jakim dane okno jest nasłonecznione bezpośrednim promieniowaniem słońca. W tym celu należy przyłożyć linijkę szczytem trójkąta, wyznaczonego przez linie oznaczające godziny, do środka otworu okiennego tak aby prosta wyznaczona przez godziny 6:00 i 18:00 znajdowała się w licu przeszklenia a wspomniany wcześnie trójką na zewnątrz budynku. Następnie korzystając z podziałki (poziomych linii) należy odnaleźć sąsiadujące budynki, które mogą zacieniać badane okno. Kolejnym krokiem jest wyznaczenie względnej wysokości przesłanianego budynku (od parapetu badanego okna do szczytu zacieniającego budynku) i porównać ją ze skala podziałki. Jeśli wysokość budynku jest większa zacienia on, w danym czasie, badane okno. Wykonując tą procedurę dla wszystkich budynków sąsiednich i całego zakresu godzin otrzymamy całościową informację o czasie nasłonecznienia badanego okna.
Metoda budowy diagramu i geneza jego powstania
Stosowana w Polsce linijka słońca jest inspirowana rozwiązaniem powstałym w latach 70-tych i wprowadzonym Związku Radzieckim przepisami standardów sanitarnych, które weszły w życie na początku lat 80-tych. Rozwiązanie opracował zespól w składzie D. V. Bakharev i L. N. Orlova.
Pionierem badań nad metodami wyznaczania czasu nasłonecznienia w Związku Radzieckim był Nikolay Alekseyevich Rynin. Niemal równolegle z nim swoje badanie w Polsce prowadził Mieczyslaw Twarowski, którego książka pt. "Słońce w Architekturze" przyczyniła się do popularyzacji tego narzędzia.
Poniżej znajduje się tłumaczenia opisu wyznaczania diagramu linijki słońca zamieszczonego na stornie http://www.bakharev.org
"Wykreśl wzajemnie prostopadłe linie m i n. Opisz półkole sfery niebieskiej o dowolnym promieniu (6-8 cm) ze środkiem w punkcie O wyznaczonym przez przecięcie m i n. Rozważymy lewą ćwiartkę okręgu jako jej rzut na płaszczyznę południka niebiańskiego, a odcinek linii Om jako horyzont.
Przez punkt O pod kątem φ , równym szerokości geograficznej placu budowy, narysujemy równik niebieski AO , nachylony do horyzontu pod kątem 90º – φ . Od punktu A do punktu przecięcia z m należy wykreślić linię prostopadłą do płaszczyzny horyzontu, uzyskamy w ten sposób punkt B. Następnie wykreślamy ćwierćłuk o promieniu BO i środku O. Przyjmujemy, że prawą ćwiartką koła jest projekcja sfery niebieskiej na prawdziwym horyzoncie.Dzielimy koncentryczne łuki okręgów na sześć części odpowiadających godzinom części (co 15 stopni). Łączymy ze sobą odpowiadające sobie punktu znajdujące się na obu łukach, budujemy na nich trójkąty takie jak MNL. Z wierzchołka L prowadzimy proste przez punkt O wyznaczając azymuty dla kolejnych godzin 13, 14, ..., itd., w równych odstępach godzinowych. Aby poprawić dokładność obliczeń, przedziały godzinowe należy podzielić na 20-minutowe (5-stopniowe).Następnie należy wyznaczyć poziome linie odpowiadające wysokościom budynków. Wykreślamy serię poziomych linii z 2-milimetrową gradacją. Skala metryczna nadaje się do pracy z rysunkami w dowolnej skali. Na przykład na planie głównym skali 1: 500 linia pozioma o znaku 4 cm odpowiada wysokości 20 m, dla skali 1: 1000 - 2 cm odpowiada wysokości 20m itp.Prawa połowa wykresu jest symetryczna i ma wartości godzinowe (od 6 do 12 godzin)."
Krytyka
Szerokość geograficzna
Warto tu jeszcze raz przytoczyć słowa prof. Bakhareva odnośnie stosowania Linijki słońca dla innej lokalizacji niż została ona wyznaczona:
"Zgodnie z pkt 7.2 SanPiN "Do obliczenia czasu nasłonecznienia w zakresie ± 2,5 ° można wykorzystać wykres nasłonecznienia opracowany dla określonej szerokości geograficznej.
Na przykład zbudowany dla 55º N Wykres może być stosowany na szerokościach od 52,5 ° do 57,5° N. Należy jednak pamiętać, że układanie konturów w ekstremalnych szerokościach geograficznych będzie w przybliżeniu ± 9% różne od położenia przy 55 ° N. Dlatego obliczenia wykonane dla wysokich budynków, zlokalizowanych daleko od szerokości dla której wykonane wykres, mogą być niewiarygodne. Na przykład, jeśli budynek zacieniający ma wysokość 30 m i znajduje się na 52,5º, zasięg cienia przesunie się o 2,88 m. Przy 57,5° wręcz przeciwnie, zasieg cienia skróci się o 2,7. Tak wykonane obliczenia mogą dać fikcyjny czas nasłonecznienia,
Obliczenie zgodnie z harmonogramem, miasta zbudowanego dla szerokości geograficznej, określona z dokładnością około ± 0,25 °, można uznać za dość wiarygodne i technicznie odpowiednie wymagania SanPiN."
Analema
Powyżej znajduje się wykres cienia rzucanego przez obiekt dla dni 21 każdego miesiąca. Wykres rzuconego cienia uwzględnia Analemę i zastał naniesiony na Linijkę słońca dla zaznaczenia różnic. Ze względu na zjawisko anlemy pozycja słońca w zenicie nie pokrywa się z kierunkiem południowym przez większość dni w roku. Dla dni równonocy odchyleni to odpowiadało by kilkunastu minutom czasu. Linijka słońca ignoruje istnienie tego zjawiska.
Data przesilania i różnica pomiędzy latami
Linijka słońca jest wykonana dla czasu słonecznego uśrednionego oraz uśrednionego roku słonecznego, w tego powodu wyznaczone przy jej pomocy zacienienie nie będzie odpowiadać rzeczywistemu zacienieniu obserwowanemu w naturze. Ze względu na fakt iż rok przestępny jest o jeden dzień dłuższy błąd będzie wynosił do jednego dnia dla równonocy wiosennej.
Dni równonocy
Warunki techniczne wymagają przygotowania analizy nasłonecznienia dla dni równonocy. Ze względy na zjawisko analemy wynik dla równonocy wiosennej nie jest taki sam jak dla jesiennej. Równonoc jesienna przypada w zależności od roku 22 lub 23 września. Nigdy nie wypada 21 września. Z tego względu Linijki słońca zamieszczonej na początku artykułu nie można zastosować do wyznaczenia zacienienia w czasie równonocy jesiennej.
