Sunčevo zračenje kroz kupoleod dvostrukog pleksi staklaMiroslav Demirović

U poslednje vreme kupole od pleksistakla upotrebljavaju se sve više ugrađevinarstvu. Pored poznatogbazena u Primoštenu javljaju se i drugiobjekti, gde se kupole koriste zaosvetljavanje prostorija dnevnomsvetlošću. Međutim, radi se uglavnomo kupolama relativno malih di·manzjja, koje ne podstiču jedanstudiozniji prilaz problemimasunčevog zračenja i odvođenja toploteiz prostorije. Tek u projektu Bibliotekeu Prištini, projektant, poznatizagrebački arhitekt Andrija Mutnja-ković, smelo primenjuje kupolu odpleksi stakla u sasvim novom obimu,koji omogućuje potpuno novi kvalitet.Kupola na adekvatan način obezbeđujednevnu svetlost u prostorijama tokomdana, bez obzira na položaj prostorijeu odnosu na fasadu, dok se u tokunoći, fluorescentnim svetlom, upra-vljenim prema površini kupole, dobijavrlo lep spoljni efekat.

Na objektu Biblioteke primenjeno jepet osnovnih kupola, od kojih najvećaima prečnik 11 m. Jasno je da ovakvaprimena kupola postavlja mnogeprobleme i od projektanta zahtevapoznavanje tehnike osvetljavanja po-moću dnevne svetlosti, kao i fizikesunčevog zračenja. Među ostalim,javljaju se i problemi kondenzacijevodene pare na untrašnjimpovršinama kupole.

Kao što je poznato, VDI 2078 od1972. godime sadrži proračunsunčevog zračenja kroz vertikalnestaklone površine, kroz staklonepovršine pod određenim uglom —najčešće kod šeda i za horizontalnepovršine. Ni u visoko razvijenimzemljama još noma većih iskustava uradu sa kupolama većih dimenzija, štose može potvrditi u kontaktu sa po-

jedinim renomiranim proizvođačima.Prema tome, projektani se nalazi predjodnom novom problematikom, začije rešavanje teško može naćipodatke u literaturi, a ne može ihdobiti ni od proizvođača.

1. DEJSTVO SUNČEVOGSPEKTRA

Termotehničari po navici stečenoj upraksi zaključuju, da kada se radi oproračunu sunčevog zračenja, trebaračunati sa infracrvenim delomspektra sunčeve svetlosti. Kao što jepoznato, spektar sunčeve svetlosti delise na tri osnovna područja, premadužinama. Ultravioletno zračenjeobuhvata najkraće talasne dužine —,do 380 nm.* Talasne dužine od 380do 780 nm predstavljaju vidljivi deospektra, dok je područje infracrvenogdela spektra od 780 do 2 000 nm. CIE(Internacionalna komisija za osvetlje-nje) je ovakvu podelu usvojila 1967.godine. Na sl. 1. prikazana je relativnaspektralna podela za ukupno sunčevozračenje.

Kada treba izračunati toplotnoopterećonje od zračenja, često se tražepodaci o delovanju infracrvenog delaspektra, što je u slučaju kupola odpleksi stakla pogrešno. Dr U. Fišer(Fischer), iz firme Rohrn iz Darmštatasmatra da na pitanje koji je deo spek-tra važan u pogledu sunčevogzračenja, nije moguće dati jednoznačan odgovor, odnosno da jetakvo pitanje neumesno, jer je zaizračunavanje toplotnog opterećenjamerodavno celokupno sunčevozračenje [1].

2. PROPUSTLJIVOST MATERI-JALA NA SUNČEVO ZRAČENJE

U odnosu na propustljivost,usvojena su dva pojma — jedan

* 1 nm = 10-9 m

u odnosu na svetlosni deo spektra, adrugi u odnosu na ukupno zračenje.Nas u ovom slučaju interesuje ukupnozračenje, pa ćemo se pozabavitikoeficijentom transmisije ukupnogzračenja.

Ukupno zračenje zavisi od položajaSunca i atmosferskih uslova. Uovakvim ispitivanjima uvek se radi ovisini Sunca od 60° iznad horizonta,što je za srednjoevropske usloveujedno i najviši mogući položaj. Zaistraživanja, a i za projektovanje, ovostanje je najinteresantnije, jer dajemaksimalne vrednosti. CIE je J967.godine za položaj Sunca od 60° iznadhorizonta usvojila relativnu spektralnupodelu, prikazanu dijagramom na sl. 1Skrećemo pažnju da se radi o srednjimvrednostima.

Da bi se moglo izrazitii, koji deozračenja određeni materijal propušta,usvojen je pojam koeficijetntatransmisije, definisan izrazom:

Veličina Φ,λ se uzima sa sl. 1. i ona jeproporcionalna relativnoj podelizračenja. Razmere pri tome nisuvažne, jer se međusobno skraćuju. Ugornjem izrazu umesto veličinc V(λ),stoji vrednost 1 ispod integrala, štoznači da predmetno zračenje uopšle nezavisi od talasne dužine [ 1 ]. Doovakvih dijagrama za providne uzorkematerijala moguće je doći direktnimmerenjima koefioijenta transmiisije zasunčevo i globalno zračenje.Koeficijent transmisije se možeizmeriti i indirektnim metodom: trebameriti termička naprezanja pre i posleprobe zračenja i odnos tih dvejuvrednosti predstavlja koeficijenttransmisije.

3. UTICAJ DEFORMACIJE PRIOBRADI MATERIJALA

Prilikom obrade, u najvećem brojuslučajeva na presama, materijal pretrpirelativno velike deformacije, što uvelikoj meri menja njegov koeficijenttransmisije. Da bi se ovaj uticaj mo-gao uzeti u obzir, usvojen je pojamkoeficijenta deformacije. Materijaldeformacijom menja svoje tehničko-svetlosne osobine, kao i osobine upogledu fizike zračenja. Uticajdeformacija materijala prilikomobrade nije teško utvrditi. Treba samovršiti merenja pre i posle deformacija.Na sl. 2. i 3. dat je uticaj defor-macijena koeficijent transmisije na vrstamabelog pleksi stakla 010 i 017. Ovevrste pleksi stakla

Sl. 2 — Koeficijent globalnog sun-čevog zračenja u zavisnosti od koe-ficijenta deformacije za vrstu belogpleksi stakla 010

proizvela je firma Rohm u Darm-štatu.

Potrebno je detaljnije objasnitipojam koeficijenta transmisije. Pločaod pleksi materijala nakonodgovarajućeg zagrevanja trpi»biaksijalnu deformaoiju«, pri čemu sedimenzije u oba smera menjaju. Tedeformaoije mogu bili izvanrednovelike. U najvećem broju slučajevaradi se o povećanju dimenzija od 25%,međutim, kako se iz dijagrama vidi,ono može iznositi i do 140%.

Prilikom obrade deformacijom,svaka tačka u zavisnosti od visinestrele na profilu, trpi različitedeformacije. To nas navodi na merenjedebljine materijala i na izražavanjekoeficijenla deformacije (R)pomoću debljine.

Ako sa d0 označimo debljinumaterijala pre deformacije, a sa dRnakon defarmacije, onda je koeficijentdeformacije:

R = (V d0/dR—1) ·100%

U praksi ovakva definicija vezana zadebljinu omogućava relativno lakamerenja i određivanje koeficijentadeformacije. S ovim koeficijentommora se računati, jer koeficijenttransmisije umnugome zavisi oddeformacije materijala. Ta zavisnost jedata na slikama 2. i 3. Svi podaci uzetisu od firme Rohm, a dobijenii su nauzorcima debljine 3 mm. Mi ćemo sepozabaviti samo vrstama belog pleksistakla 010 i 017, jer su za primenu nakupolama najpovoljnije u pogledukorišćenja sunčeve svetlosti zaosvetljavanje prostorija, pri dovoljnosmanjenom dejstvu sunčevog zra-čenja.

Kod kupola od pleksi stakla radi senajčešće o takvim deformacijama istrelama profila, kod kojih koeficijentdeformacije ne prelazi 20%. Međutim,kao što se iz dijagrama vidi, prirastkrive najveći je u intervalu od 0do

20%. Treba napomenuti da kodbezbojnih vrsta pleksi stakla nakondeformacije pri obradi ne dolazi dopromena koeficijenta transmisije.

Međutim, kod vrsta belog stakla010 i 017, taj uticaj je znatan i urelativno velikoj meri pogoršavasituaciju sa zračenjem, povećavajućikoeficijent transmisije.

4. VIŠESLOJNE KUPOLE

Kao što je poznato, prema VDI2078 od 1972. godine, pri iz-računavanju spoljnjeg opterećenjausled zračenja, ukupni koeficijenttransmisije b izračunava semultiplikacijom pojedinih ko-eficijenata. Ako imamo dvoslojnukupolu, postavlja se pitanje sa kojimkoeficijentom treba računati zračenje.

Pojedini proizvođači kupola od većdobijenog polufabrikata smatraju dase pri izračunavanju ukupnogkoeficijenta transmisije ne smeju vršitimnoženja koefioijenata za pojedineslojeve. Ovo bi umnogome pogoršalouslove i mogućnosti korišćenja kupolau građevinarstvu, pogotovo kupolaveaih dimenzija.

Kod kupola sa dva sloja, koje sunajčešće u praksi, visina strelepojedinih slojeva je različita. Strelaspoljnjeg sloja je viša od

SI. 3 — Koeficijent globalnog sun-čevog zračenja u zavisnosti od koe-ficijenta deformacije za vrstu belogpleksi stakla 017

Sl. 1 — Relativna spektralna podelaza globalno zračenje pri visini Sunca60° iznad horizonta

unutrašnjeg. Uzeti srednji koeficijentdeformacije ne bi bilo ispravno, već semora ići postepeno. Za svaki materijaltreba uzeti odgovarajući koeficijentdeformacije.

Prema [l] pojedini koeficijenti semogu množiti, da bi se dobiokoeficijent kroz kupolu. Na sl. 4, datje jedan takav slučaj dvoslojne kupole,gde je spoljni sloj od pleksi stakla233, a unutrašnji od belog stakla 010.Koeficijent transmisije za kupolu do-bijamo, ako iz dijagiama na sl. 2. i 3,za određeni koeficijent deformacije,uzmemo odgovarajuće koeficijentetransmisije, pa nakon toga izvršimomultiplikaciju. Vrednost kojudobijemo predstavlja najmanjumoguću vrednost. Iz bilansa koji je datna sl. 4, vidi se da povećanje od 1 %praktično može da se zanemari. Doove razlike dolazi zbog refleksije nagraničnim slojevima malerijala ivazduha.

5. PROPUSTLJIVOST ULTRAVI-OLETNOG DELA SPEKTRA

Propustljivost atmosfere za zra-čenje u ultravioletnom području,zavisi od mnogih faktora: nadmorskevisine, visine Sunca nad horizontom,dima u atmosferi stepena oblačnostiitd.

Merenja propustljivosti za UVpodručje vršena su pri srednjoj visiniSunca, na nadmorskoj visini 0 m.Srednja visina Sunca od 30° je uzetapri merenjima jer je potrebno dostavremena da se registruje dejstvo tihzraka. Kod bezbojnih vrsta pleksistakla koeficijent propustljivosti zaprirodno zračenje manji je od 1%,osim vrste 218 (88%) i 233 (10%).Takođe je ispod 1% za obe namapoznate vrste belog stakla 010 i 017.Na dijagramu na sl. 5, data jezavisnost koeficijenta transmisije odkoeficijcn-

ta deformacije za UV zračenje. Izdijagrama se vidi povećanjekoeficijenta koje je kod ove dve vrstesasvim različito, mada su one inačevrlo slične.

6. KOEFICIJENT TRANSMISIJEGLOBALNOG ZRACENJA ZAMATERIJAL U STANJU U KO-ME SE ISPORUCUJE SA SKLA-DIŠTA

Materijal pri obradi trpi raznedeformaoije, pa treba računati samnogim uticajima. Međutim, uvektreba uzeti tačnu početnu vrednost zaodređeni materijal. Prema podacimaproizvođača za osnovne vrste pleksistakla firme Rohm, treba uzimatisledeće vrednosti:

— pleksi slaklo bez bojeτe = 85%

— pieksi staklo 010 beloτe = 67,4%

— pleksi staklo 017 beloτe = 79,4%

7. TEMPERATURE UPROSTORIJI

Na osnovu izloženog može sczaključiti da jedan deo sunčevogzračenja dospeva u kupolu. Koji će todeo biti, zavisi najviše od koeficijentatransmisije. Ovaj deo zračenja, koji jedospeo u prostor ispod kupole,zagreva pod, zidove i sve predmete uprostoriji. Jcdan manji deo zraka na-kon višestruke refleksije odlazi i vankupole. Međutim, pod dejstvomzračanja, predmeti u prostoriji sezagrevaju i postaju i sami izvorzračenja. To zračenje pri temperaturiod 27°C nalazi se u infracrvenompodručju i njegov maksimum pada na10 000 nm. Za sada nema materijalakoji bi mogao da propusti zračenjetako velike talasne dužine. Prematome, najveći deo energije ima štetnodejstvo i povećava direktnoopterećenje hlađenja.

Usled zagrevanja prostora podkupolom, dolazi do konvektivnogprenosa toplote, čiji gradijent imasmer prema spolja. Međutim, često sekoriste razni oblici klapni da bi seomogućilo vertikalno strujanjevazduha za odvod toplote izprostorije.

Sl. 5 — UV koeficijent transmisije zabelo pleksi staklo 010 i 017 za visinuSunca 30° 10 m nadmorske

Sl. 4 — Koeficijcnt transmisije zadvoslojnu kupolu

8. KOEFICIJENTSELEKTIVNOSTI

Proizvođači specijalnog stakla safolijama metala koje reflektujuinfiracrveni deo zračcnja, definisali sukoeficijent selektivnosti kao odnossvetlosnog koeficijenta transmisije ikoeficijenta transmisije za globalnozračenje.

Ukoliko je vrednost koeficijentaselektivnosti, pri istom intenzitetuosvetljenja dnevnom svetlošću veća,zagrevanje prostora pod kupolom,usled radijacije, je manje.

U tabeli su date vrednosti koe-ficijenata transmisije svetlosnog delaspektra, koeficijenata transmisije zaglobalno zračenje i, na bazi ovihvrednosti, izračunate vrednostikoeficijenata selektivnosti za raznevrste pleksi stakla. Ova tabela jedovoljna projektantu da tačno odredipotrebnu kombinaciju dve vrste zaodređani slučaj u praksi.

9. NACIN OBRAČUNAVANJASUNČEVOG ZRACENJA

O izračunavanju zračenja krozkupolu, nije ništa rečeno u VDI 2078od 1972. godine. Međutim, date suvrednosti za vertikalno zastakljenje, zastaklene površine pod uglom i zahorizontalnu površinu. Prema onomešto smo već izneli, jasno je da je zaizra-čunavanje zračenja merodavnaprojektovana površina kupole, od-nosno površina osnovnog kruga. Sobzirom da su za jul i avgust zazračenje kroz horizontalnu površinu uVDI 2078 date relativno velikevrednosti, jasno je da kod velikihformi treba očekivati relativno velikekoličine toplote, čija je posledicaadekvatno povećanje kanala zadistribuciju vazduha.

Vrsta pleksi Koeficijent

stakla % τs % τr selektivnosti

233. 209 92 85 1,08

010 66 67 0,99017 85 79 1,08400 16 38 0,42800 70 81 0,86801 59 76 0,77802 57 64 0,89837 10 70 014838 20 44 0,45853 11 36 0,31855 4 59 0,07882 47 79 0,59

1 710 14 30 0,47

LITERATURA

[1] Fischer, U. dr ing.: »Lichttech· nischeKennzeichnung von Licht kuppelnaus Plexiglas«

[2] DIN 5036, Blatt 3 Bewertung undMessung der lichttechni schenEigenschaften von Verkstoffen;lichttechnische Stoff-kennzahlen;Messverfahren; Aus gabe Marz 1970

[3] Fischer, U., Hosch, L., Kindin ger, K.:Ulbrichtsche Kugel aus matweissemplexiglas zur messung lichttechnischerStoffkennzahlen, Lichttecbnik 22(1970) Heft 2 s. 66—68

[4] DIN5033 Blatt 8: Farbmessung,Messbediingungen fiir Lichtquellen;Ausgabe September 1966

[5] DIN 5034 Innenraumbeleuchtung mitTageslicht; Leitsatze; AusgabeNowember 1959

[6] Robinson, E.: Solarradiiation. ElsevierPublishing Companv, Amsterdam/London/ New York, 1966, s. 19

[7] DIN 5036, Blatt 2: Bewertung undMessung der Lichttechnf-schenEigenschaften von Werk-stoffen;Mchttechnischen Stoff-kenmzahlen;Begfiffe; Ausgabe Marz 1970

KGH broj 1/1974.