सौर गेन

खिड़कियों के माध्यम से सौर गेन में ग्लास के माध्यम से सीधे प्रसारित ऊर्जा और ग्लास और फ्रेम द्वारा अवशोषित ऊर्जा और फिर स्थान में पुन: विकिरणित ऊर्जा सम्मिलित होती है।

इस घर की छत पर बर्फ से सौर गेन का पता चलता है: दाईं ओर चिमनी द्वारा छायांकित क्षेत्र को छोड़कर, सूर्य के प्रकाश ने सभी बर्फ को पिघला दिया है।

सौर गेन (जिसे सौर ऊष्मा गेन या निष्क्रिय सौर गेन के रूप में भी जाना जाता है) किसी स्थान, वस्तु या संरचना की तापीय ऊर्जा में वृद्धि है क्योंकि यह आपतित सौर विकिरण को अवशोषित करता है। और स्थान अनुभव में सौर ऊर्जा की मात्रा कुल आपतित सौर विकिरण और विकिरण को प्रसारित करने या प्रतिरोध करने के लिए किसी भी हस्तक्षेप करने वाली सामग्री की क्षमता का कार्य है।

इस प्रकार से सूर्य के प्रकाश से प्रभावित वस्तुएं इसके दृश्यमान और लघु-तरंग अवरक्त घटकों को अवशोषित करती हैं, जिससे यह तापमान में वृद्धि करती हैं, और फिर उस ऊष्मा को लंबी अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर पुन: प्रसारित करती हैं। यद्यपि ग्लास जैसी पारदर्शी निर्माण सामग्री दृश्य प्रकाश को लगभग निर्बाध रूप से निकलने की अनुमति देती है, इस प्रकार से जब वह प्रकाश घर के अंदर सामग्री द्वारा लंबी-तरंग अवरक्त विकिरण में परिवर्तित हो जाता है, तो वह खिड़की के माध्यम से वापस लौटने में असमर्थ होता है क्योंकि ग्लास उन लंबी तरंग दैर्ध्य के लिए अपारदर्शी होता है। इस प्रकार फंसी हुई ऊष्मा ग्रीनहाउस प्रभाव के रूप में जानी जाने वाली आपतित के माध्यम से सौर गेन का कारण बनती है। अतः यह भवन में, अत्यधिक सौर ऊर्जा के कारण किसी स्थान के अन्दर अधिक ऊष्मा हो सकती है, किन्तु ऊष्मा की इच्छा होने पर इसे निष्क्रिय तापमान रणनीति के रूप में भी उपयोग किया जा सकता है।^[1]

विंडो सौर गेन गुण

इस प्रकार से खिड़कियों और दरवाजों के डिजाइन और चयन में सौर गेन को सामान्य से अधिक बार संबोधित किया जाता है। इस कारण से, सौर गेन को मापने के लिए अधिक समान मीट्रिक का उपयोग विंडो असेंबली के थर्मल गुणों की रिपोर्ट करने के मानक विधि के रूप में किया जाता है। चूंकि संयुक्त राज्य अमेरिका में, द अमेरिकन सोसाइटी ऑफ तापमान, रेफ्रिजरेटिंग और एयर-कंडीशनिंग इंजीनियर्स (एएसएचआरएई),^[2] और द नेशनल फेनेस्ट्रेशन रेटिंग परिषद (एनएफआरसी)^[3] इन मानों की गणना और माप के लिए मानक बनाए रखते हैं।

अतः छायांकन गुणांक (एससी) भवन में ग्लास इकाई (पैनल या खिड़की) के विकिरण थर्मल प्रदर्शन का माप है। इसे किसी ग्लास इकाई से निकलने वाले किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य और आपतित के कोण पर सौर विकिरण के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है। जो की फ्रेमलेस 3 millimetres (0.12 in) फ्लोट ग्लास संदर्भ विंडो से निकलने वाले विकिरण के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है।^[3] चूँकि तुलना की गई मात्राएँ तरंग दैर्ध्य और आपतित के कोण दोनों के कार्य हैं, और विंडो असेंबली के लिए छायांकन गुणांक सामान्यतः ग्लास के विमान में सामान्य रूप से प्रवेश करने वाले सौर विकिरण की एकल तरंग दैर्ध्य के लिए रिपोर्ट किया जाता है। इस मात्रा में वह ऊर्जा सम्मिलित है जो सीधे ग्लास के माध्यम से प्रसारित होती है और साथ ही वह ऊर्जा भी जो ग्लास और फ्रेम द्वारा अवशोषित होती है। और स्थान में फिर से विकिरणित होती है, और इस प्रकार से निम्नलिखित समीकरण द्वारा दी गई है:^[4]

$F(\lambda ,\theta )=T(\lambda ,\theta )+N*A(\lambda ,\theta )$

जहाँ, λ विकिरण की तरंग दैर्ध्य है और θ आपतन कोण है। इस प्रकार से "T" ग्लास की संचारण क्षमता है, अर्थात "A" इसकी अवशोषण क्षमता है, और ''N'' अवशोषित ऊर्जा का अंश है जो स्थान में फिर से उत्सर्जित होता है। समग्र छायांकन गुणांक इस प्रकार अनुपात द्वारा दिया गया है:

$S.C.=F(\lambda ,\theta )_{1}/F(\lambda ,\theta )_{o}$

इस प्रकार से छायांकन गुणांक विंडो असेंबली के विकिरण गुण पर निर्भर करता है। ये गुण हैं संप्रेषण "T", अवशोषण "A", उत्सर्जकता (जो किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य के लिए अवशोषण के समान है), और परावर्तनशीलता, ये सभी आयामहीन मात्राएँ हैं जिनका कुल योग 1 है।^[4] अतः रंगीन, टिंट और परावर्तक कोटिंग्स जैसे कारक इन गुणों को प्रभावित करते हैं, जिसने इसके लिए सुधार कारक के रूप में छायांकन गुणांक के विकास को प्रेरित किया है। और एएसएचआरएई की सौर ऊष्मा गेन कारकों की तालिका^[2] विभिन्न अक्षांशों, अभिविन्यासों और समयों पर ⅛” स्पष्ट फ्लोट ग्लास के लिए अपेक्षित सौर ऊष्मा गेन प्रदान करता है, जिसे विकिरण गुणों में अंतर को ठीक करने के लिए छायांकन गुणांक द्वारा गुणा किया जा सकता है। इस प्रकार से छायांकन गुणांक का मान 0 से 1 तक होता है। और रेटिंग जितनी कम होती है, तब ग्लास के माध्यम से उतनी ही कम सौर ऊष्मा को संचारित करती है, अर्थात इसकी छायांकन क्षमता उतनी ही अधिक होती है।

चूंकि ग्लास गुणों के अतिरिक्त, विंडो असेंबली में एकीकृत शेडिंग डिवाइस भी एससी गणना में सम्मिलित हैं। ऐसे उपकरण अपारदर्शी या पारभासी सामग्री के साथ ग्लेज़िंग के भागो को अवरुद्ध करके छायांकन गुणांक को कम कर सकते हैं, जिससे समग्र संचारण कम हो जाता है।^[5]

इस प्रकार से विंडो डिज़ाइन विधियां शेडिंग गुणांक से दूर और सौर ऊष्मा गेन गुणांक सौर ऊष्मा गेन गुणांक (एसएचजीसी) की ओर बढ़ गई हैं, जिसे आपतित सौर विकिरण के अंश के रूप में परिभाषित किया गया है। जो की वास्तव में संपूर्ण विंडो असेंबली के माध्यम से भवन में प्रवेश करता है। और ऊष्मा बढ़ने के रूप में (सिर्फ ग्लास का भाग नहीं)। एसएचजीसी की गणना के लिए मानक विधि छायांकन गुणांक की तरह केवल तरंग दैर्ध्य के लिए गुणांक प्रदान करने के अतिरिक्त, अधिक यथार्थवादी तरंग दैर्ध्य-दर-तरंग दैर्ध्य विधि का उपयोग करती है।^[4] यद्यपि निर्माता उत्पाद साहित्य और कुछ उद्योग कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर में छायांकन गुणांक का अभी भी उल्लेख किया गया है,^[6] इसका अब उद्योग-विशिष्ट ग्रंथों^[2] या मॉडल बिल्डिंग कोड में विकल्प के रूप में उल्लेख नहीं किया जाता है।^[7] इसकी अंतर्निहित अशुद्धियों के अतिरिक्त, एससी की और कमी इसका प्रति-सहज ज्ञान युक्त नाम है, जो की यह दर्शाता है। कि उच्च मान उच्च छायांकन के समान होते हैं जब वास्तव में विपरीत सत्य होता है। इस प्रकार से उद्योग के तकनीकी विशेषज्ञों ने एससी की सीमाओं को पहचाना और 1990 के दशक की प्रारंभ से पूर्व संयुक्त राज्य अमेरिका (और यूरोप में अनुरूप जी-वैल्यू) में एसएचजीसी की ओर कदम बढ़ाया है।^[8]

अतः एससी से एसएचजीसी में रूपांतरण आवश्यक रूप से सीधा नहीं है, क्योंकि वे प्रत्येक भिन्न-भिन्न ऊष्मा हस्तांतरण तंत्र और पथ (विंडो असेंबली बनाम ग्लास-केवल) को ध्यान में रखते हैं। और जहाँ एससी से एसएचजीसी में अनुमानित रूपांतरण करने के लिए, एससी मान को 0.87 से गुणा करते है।^[3]

g-मान

इस प्रकार से g-वैल्यू (कभी-कभी इसे सौर कारक या कुल सौर ऊर्जा संप्रेषण भी कहा जाता है) यूरोप में सामान्यतः खिड़कियों के सौर ऊर्जा संप्रेषण को मापने के लिए उपयोग किया जाने वाला गुणांक है। और एसएचजीसी की तुलना में मॉडलिंग मानकों में समान अंतर होने के अतिरिक्त, दोनों मान प्रभावी रूप से समान हैं। और 1.0 का g-मान सभी सौर विकिरण के पूर्ण संप्रेषण को दर्शाता हैं। जबकि 0.0 ऐसी विंडो को दर्शाता है जिसमें कोई सौर ऊर्जा संप्रेषण नहीं है। चूंकि वास्तव में, अधिकांश g-मान 0.2 और 0.7 के मध्य होंगे, सौर नियंत्रण ग्लेज़िंग का g-मान 0.5 से कम होता हैं।।^[9]

सौर ऊष्मा गेन गुणांक (एसएचजीसी)

चूंकि एसएचजीसी संयुक्त राज्य अमेरिका में उपयोग किए जाने वाले छायांकन गुणांक का उत्तराधिकारी है और यह संपूर्ण विंडो असेंबली के संचरित सौर विकिरण और आपतित सौर विकिरण का अनुपात है। यह 0 से 1 तक होता है और खिड़की या दरवाजे के सौर ऊर्जा संचरण को संदर्भित करता है, जिसमें ग्लास , फ्रेम सामग्री, सैश (यदि उपस्तिथ है), और विभाजित लाइट बार (यदि उपस्तिथ है) और स्क्रीन (यदि उपस्तिथ हैं) सम्मिलित हैं।^[3] इस प्रकार से प्रत्येक घटक के संप्रेषण की गणना छायांकन गुणांक के समान विधि से की जाती है। चूंकि, छायांकन गुणांक के विपरीत, कुल सौर गेन की गणना तरंग दैर्ध्य-दर-तरंग दैर्ध्य के आधार पर की जाती है जहां सीधे इस प्रकार से सौर ऊष्मा गेन गुणांक का संचरित भाग निम्न द्वारा दिया गया है:^[4]

$T=\int \limits _{350\ nm}^{3500\ nm}T(\lambda )E(\lambda )d\lambda$

जहाँ $T(\lambda )$ नैनोमीटर में दी गई तरंग दैर्ध्य पर वर्णक्रमीय संप्रेषण है। और $E(\lambda )$ आपतित सौर वर्णक्रमीय विकिरण है। जब सौर शॉर्ट-वेव विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर एकीकृत किया जाता है, तो यह सभी सौर तरंग दैर्ध्य में प्रसारित सौर ऊर्जा का कुल अंश उत्पन्न करता है। इस प्रकार उत्पाद $N*A(\lambda ,\theta )$ केवल ग्लास से परे सभी असेंबली घटकों में अवशोषित और पुनः उत्सर्जित ऊर्जा का भाग है। यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है। कि मानक एसएचजीसी की गणना केवल खिड़की के सामान्य आपतन कोण के लिए की जाती है। चूंकि, यह अधिकांश स्तिथियों में सामान्य से 30 डिग्री तक, कोणों की विस्तृत श्रृंखला पर उचित अनुमान प्रदान करता है।^[3]

इस प्रकार एसएचजीसी का अनुमान या तो सिमुलेशन मॉडल के माध्यम से लगाया जा सकता है। या कैलोरीमीटर कक्ष के साथ खिड़की के माध्यम से कुल ऊष्मा प्रवाह को रिकॉर्ड करके मापा जा सकता है। अतः दोनों ही स्तिथियों में, एनएफआरसी मानक एसएचजीसी की परीक्षण प्रक्रिया और गणना की प्रक्रिया की रूपरेखा तैयार करते हैं।^[10] जिससे गतिशील फेनेस्ट्रेशन या संचालन योग्य छायांकन के लिए, प्रत्येक संभावित स्थिति को अलग एसएचजीसी द्वारा वर्णित किया जा सकता है।

यद्यपि एसएचजीसी एससी की तुलना में अधिक यथार्थवादी है, दोनों केवल मोटे अनुमान हैं जब उनमें छायांकन उपकरण जैसे सम्मिश्र तत्व सम्मिलित होते हैं, जो ग्लास उपचार की तुलना में सौर गेन से फेनेस्ट्रेशन को छायांकित करने पर अधिक स्पष्ट नियंत्रण प्रदान करते हैं।^[5]

अपारदर्शी भवन घटकों में सौर गेन

इसलिए खिड़कियों के अतिरिक्त, दीवारें और छतें भी सौर ऊर्जा प्राप्त करने के रास्ते के रूप में कार्य करती हैं। इन घटकों में ऊष्मा स्थानांतरण पूर्ण रूप से अवशोषण, संचालन और पुनः विकिरण के कारण होता है। क्योंकि सभी संचारण अपारदर्शी सामग्रियों में अवरुद्ध होते हैं। और अपारदर्शी घटकों में प्राथमिक मीट्रिक सौर परावर्तन सूचकांक है। जो की सौर परावर्तन (अल्बेडो) और सतह के उत्सर्जन दोनों की गणना रखता है।^[11] इस प्रकार से उच्च एसआरआई वाली सामग्रियां अधिकांश ऊष्मा ऊर्जा को प्रतिबिंबित और उत्सर्जित करती है, जिससे वे अन्य बाहरी फिनिश की तुलना में शीतल रहती है। अतः छतों के डिजाइन में यह अधिक महत्वपूर्ण है। क्योंकि गहरे रंग की छत सामग्री प्रायः चारो-ओर की वायु के तापमान की तुलना में 50 डिग्री सेल्सियस तक अधिक ऊष्मा हो सकती है, जिससे उच्च थर्मल तनाव के साथ-साथ आंतरिक स्थान में ऊष्मा का स्थानांतरण होता है।^[5]

सौर गेन और भवन डिजाइन

इस प्रकार से जलवायु के आधार पर सौर ऊर्जा के धनात्मक या ऋणात्मक दोनों प्रभाव हो सकते हैं। जिससे निष्क्रिय सौर भवन डिजाइन के संदर्भ में, डिजाइनर का उद्देश्य सामान्यतः सर्दियों में भवन के अन्दर सौर गेन को अधिकतम करना (स्थान तापमान की मांग को कम करना) है, और उष्णियों में इसे नियंत्रित करना (शीतलन आवश्यकताओं को कम करना) है। अतः थर्मल द्रव्यमान का उपयोग दिन के समय और कुछ सीमा तक दिनों के मध्य उतार-चढ़ाव को समान करने के लिए किया जा सकता है।

सौर गेन का नियंत्रण

अतः किसी स्थान को अधिक उष्ण करने की क्षमता के कारण उष्ण जलवायु में अनियंत्रित सौर गेन अवांछनीय है। इसे कम करने और शीतलन भार को कम करने के लिए, सौर गेन में कमी के लिए अनेक प्रौद्योगिकियां उपस्तिथ हैं। जिससे एसएचजीसी ग्लास के कलर या टिंट और उसकी परावर्तनशीलता की डिग्री से प्रभावित होता है। और ग्लास की सतह पर परावर्तक धातु ऑक्साइड के अनुप्रयोग के माध्यम से परावर्तनशीलता को संशोधित किया जा सकता है। अतः कम-उत्सर्जन कोटिंग और वर्तमान में विकसित विकल्प है। जो की परावर्तित और पुनः उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य में अधिक विशिष्टता प्रदान करता है। यह ग्लास को दृश्य संप्रेषण को कम किए बिना मुख्य रूप से शॉर्ट-वेव इन्फ्रारेड विकिरण को अवरुद्ध करने की अनुमति देता है।^[3]

इस प्रकार से जलवायु क्षेत्र के लिए जलवायु-उत्तरदायी डिज़ाइन में, तापमान के मौसम के समय सौर ऊष्मा गेन प्रदान करने के लिए खिड़कियों को सामान्यतः आकार और स्थान दिया जाता है। उस अंत तक, अपेक्षाकृत उच्च सौर ऊष्मा गेन गुणांक के साथ ग्लेज़िंग का उपयोग प्रायः किया जाता है जिससे प्रमुख रूप से घर के धूप वाले भाग में सौर ऊष्मा गेन को अवरुद्ध नहीं किया जा सकता है। किसी खिड़की में उपयोग किए जाने वाले ग्लास के शीशों की संख्या के साथ एसएचजीसी भी घट जाती है। अतः उदाहरण के लिए, ट्रिपल ग्लेज़िंग में, एसएचजीसी 0.33 - 0.47 की सीमा में होता है। और डबल ग्लास के लिए एसएचजीसी प्रायः 0.42 - 0.55 की सीमा में होता है।

चूंकि फेनेस्ट्रेशन के माध्यम से सौर ऊष्मा गेन को बढ़ाने या कम करने के लिए विभिन्न प्रकार के ग्लास का उपयोग किया जा सकता है, किन्तु खिड़कियों के उचित अभिविन्यास और ओवरहैंग (वास्तुकला), लूवर्स, पंख, पोर्च जैसे और अन्य वास्तुशिल्प छायांकन तत्वों जैसे छायांकन उपकरणों को जोड़कर इसे और अधिक सूक्ष्मता से समायोजित किया जा सकता है।

निष्क्रिय सौर ताप

इस प्रकार से निष्क्रिय सौर तापन डिज़ाइन रणनीति है। जो की अतिरिक्त तापन की आवश्यकता होने पर किसी भवन में सौर गेन की मात्रा को अधिकतम करने का प्रयास करती है। यह सक्रिय सौर तापन से भिन्न है। जो सौर ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए पंपों के साथ बाहरी जल के टैंकों का उपयोग करता है। क्योंकि निष्क्रिय सौर प्रणालियों को पंपिंग के लिए ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होती है। और ऊष्मा को सीधे संरचनाओं और अधिकृत वाले स्थान के समाप्त में संग्रहित किया जाता है।^[12]

जिससे प्रत्यक्ष सौर गेन प्रणालियों में, बिल्डिंग ग्लेज़िंग की संरचना और कोटिंग को उनके विकिरण गुणों को अनुकूलित करके ग्रीन हाउस प्रभाव को बढ़ाने के लिए भी परिवर्तन किया जा सकता है, जबकि उनके आकार, स्थिति और छायांकन का उपयोग सौर गेन को अनुकूलित करने के लिए किया जा सकता है। और सौर गेन को अप्रत्यक्ष या पृथक सौर गेन प्रणालियों द्वारा भी भवन में स्थानांतरित किया जा सकता है।

अतः निष्क्रिय सौर डिज़ाइन सामान्यतः उच्च एसएचजीसी और ओवरहैंग के साथ बड़ी दक्षिण मुखी खिड़कियों का उपयोग करते हैं। जो की ऊष्मा के महीनों में सूर्य के प्रकाश को रोकते हैं। और इसे सर्दियों में खिड़की में प्रवेश करने की अनुमति देते हैं। जब प्रवेशित सूर्य के प्रकाश के पथ में रखा जाता है, तो उच्च तापीय द्रव्यमान वाली विशेषताएं जैसे कंक्रीट स्लैब या ट्रॉम्ब दीवारें दिन के समय उच्च मात्रा में सौर विकिरण को संग्रहीत करती हैं और इसे रात्रि के समय धीरे-धीरे स्थान में छोड़ती हैं।^[13] और इसे जब उचित प्रकार से डिज़ाइन किया जाता है, तो यह तापमान में उतार-चढ़ाव को नियंत्रित कर सकता है। इस विषय क्षेत्र में कुछ उपस्तिथा शोध संचयन के लिए अपारदर्शी थर्मल द्रव्यमान और पारदर्शी चरण परिवर्तन सामग्री के उपयोग के माध्यम से संग्रह के लिए पारदर्शी ग्लेज़िंग के मध्य व्यापार को संबोधित कर रहे हैं। जो कि अत्यधिक भार की आवश्यकता के बिना प्रकाश और संचयन ऊर्जा दोनों को स्वीकार करते हैं।^[14]

यह भी देखें

संदर्भ

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[1] Frota, Anesia Barros (1999). थर्मल आराम मैनुअल. Sueli Ramos Schiffer (3rd ed.). Sao Paulo: Studio Nobel. ISBN 85-85445-39-4. OCLC 46753712.

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[9] "ब्रिटिश फेनेस्ट्रेशन रेटिंग काउंसिल". BFRC. Retrieved 9 November 2017.

[10] ANSI/NFRC 201-2017: Procedure for Interim Standard Test Method for Measuring the Solar Heat Gain Coefficient of Fenestration Systems Using Calorimetry Hot Box Methods, NFRC, p. 19

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