太陽と大気の温度

太陽大気温度( T_太陽大気) は、建物の冷却負荷を計算し、外部表面からの総熱取得量を決定するために使用される変数です。これは、次のものよりも優れています。

${\displaystyle {\frac {q}{A}}=h_{o}(T_{o}-T_{s})}$

どこ：

• ${\displaystyle q}$= 熱伝達率 [W]
• ${\displaystyle A}$= 熱伝達面積 [m ² ]
• ${\displaystyle h_{o}}$= 放射（長波）と対流の熱伝達係数 [W/m ² K]
• ${\displaystyle T_{o}}$= 屋外の周囲の温度 [°C]
• ${\displaystyle T_{s}}$= 外表面温度 [°C]

上記の式では、温度差のみが考慮されており、1) 太陽放射量と 2) 上空からの赤外線交換という 2 つの重要なパラメータが無視されています。そのため、 T _sol-airの概念が導入され、これらのパラメータを改良された計算に含めることができるようになりました。次の式が成り立ちます。

${\displaystyle T_{\mathrm {sol-air} }=T_{o}+{\frac {(a\cdot I-\Delta Q_{ir})}{h_{o}}}}$

どこ：

• ${\displaystyle a}$= 太陽放射吸収率（物質の表面太陽吸収率または太陽反射率の逆数）[-]
• ${\displaystyle I}$= 全天日射量（すなわち、地表に当たる太陽放射の総量）[W/m ² ]
• ${\displaystyle \Delta Q_{ir}}$= 外気温と見かけの空の温度差による余分な赤外線放射。これは[W/m ² ]と表すことができます。${\displaystyle \Delta Q_{ir}=F_{r}*h_{r}*\Delta T_{o-sky}}$

先ほど求めた積を使用して、以下のように単位面積あたりの熱伝達量を計算できます。 ${\displaystyle T_{\mathrm {太陽風} }}$

${\displaystyle {\frac {q}{A}}=h_{o}(T_{\mathrm {sol-air} }-T_{s})}$

建物全体の正味熱損失を表す同等かつより有用な式は次のようになります。

${\displaystyle {\frac {q}{A}}=U_{c}(T_{i}-T_{\mathrm {sol-air} })}$

どこ：

• ${\displaystyle U_{c}}$= ISO 6946に準拠した建築U値[W/m ² K]。
• ${\displaystyle T_{i}}$= 室内温度 [°C]
• ${\displaystyle \Delta T_{o-sky}}$= 屋外の乾球温度と空の平均放射温度の差 [°C]
• ${\displaystyle F_{r}}$= 要素と空の間の形状係数 [-]
  • ${\displaystyle F_{r}}$= 日陰のない水平屋根の場合は1
  • ${\displaystyle F_{r}}$= 0,5（日陰のない垂直壁の場合）
• ${\displaystyle h_{r}}$= 外部放射熱伝達係数 [W/m ² K]

上記の式を代入して展開すると、次の熱損失式が導出されます。 ${\displaystyle T_{\mathrm {太陽風} }}$

${\displaystyle {\frac {q}{A}}=U_{c}(T_{i}-T_{o})-{\frac {U_{c}}{h_{o}}}{[a\cdot I-F_{r}\cdot h_{r}\cdot \Delta T_{o-sky}]}}$

^{上記の式は、 [1]の}不透明なファサードに使用され、中間の計算が不要になります。この後者のアプローチの主な利点は、各ファサードに異なる屋外温度ノードが必要なくなることです。したがって、ソリューションスキームはシンプルに保たれ、すべてのファサードからの太陽放射と天空放射の項を集約して、ゲイン/ロスとして内部温度ノードに分配することができます。 ${\displaystyle T_{\mathrm {太陽風} }}$

1. ASHRAE ハンドブックの基礎編、ASHRAE, Inc.、アトランタ、ジョージア州、米国、2005 年
2. 建物の暖房と冷房、第 2 版、Kreider、Curtiss、Rabl、McGraw-Hill、ニューヨーク、米国、2002 年

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