Εκτίμηση δεικτών ηλιακής ακτινοβολίας σε αστικό περιβάλλον

Abstract

Οι πρώτες δορυφορικές εικόνες και οι ανθρώπινες αποστολές στο διάστημα, μας έκαναν να συνειδητοποιήσουμε ότι ο πλανήτης μας, ως σύστημα, έχει μοναδική εισροή ενέργειας τον ήλιο. Αναμφισβήτητα, η ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει στην επιφάνεια του πλανήτη μας κινεί άμεσα ή έμμεσα πολλές φυσικές και βιολογικές δραστηριότητες. Μπορούν να αναφερθούν χαρακτηριστικά η κίνηση του ανέμου, οι κύκλοι του νερού και άλλων στοιχείων της ζωής (π.χ. ο κύκλος του άνθρακα), τα ορυκτά καύσιμα, η παραγωγή της τροφής των ζωντανών οργανισμών με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης κ.ά. Η γνώση της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας αποτελεί για τον άνθρωπο μια πολύ χρήσιμη πληροφορία για τον προγραμματισμό και την εκτέλεση μιας σειράς δραστηριοτήτων. Ως τέτοιες μπορούν να αναφερθούν εφαρμογές στη γεωργία, στις αγοραπωλησίες (real estate), στις κατασκευές (π.χ. βιοκλιματικά κτήρια, ταμιευτήρες), σε αθλητικές δραστηριότητες (χιονοδρομικά κέντρα κ.ά.) και σε επενδύσεις στην παραγωγή ενέργειας (φωτοβολταϊκά συστήματα, θερμοσίφωνες κ.ά.). Τα φυτά, μέσω της θεμελιώδους διαδικασίας της φωτοσύνθεσης, έχουν επιφορτιστεί με τη μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε οργανικά υλικά. Ακραίες όμως συνθήκες φωτισμού, καταπονούν τα φυτά τα οποία υιοθετούν διάφορες στρατηγικές (π.χ. της ανθεκτικότητας), που τους εξασφαλίζουν την επιβίωσή τους. Ο φωτισμός που δέχεται μια περιοχή, δεν μπορεί να αποτελέσει από μόνος του παράγοντα καθορισμού βιοποικιλότητας των φυτών, καθώς τα ελάχιστα επίπεδα φωτισμού εξασφαλίζονται σχεδόν σε κάθε σημείο του πλανήτη. Η δυνητικά εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία που εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος την ημέρα του έτους και την ώρα της ημέρας, διαφέρει σημαντικά από αυτή που πραγματικά φθάνει στην επιφάνεια, αφού υπεισέρχονται τοπογραφικοί και κλιματικοί παράγοντες που την υποβαθμίζουν. Με τη βοήθεια των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS), έχουν κατασκευαστεί χάρτες που μας δίνουν πληροφορίες για την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία σε μεγάλες όμως περιοχές. Η πληροφορία αυτή δεν μπορεί να είναι αξιόπιστη σε περιοχές όπου η τοπογραφία του χώρου παρουσιάζει μεγάλη παραλλακτικότητα, όπως στο αστικό περιβάλλον. Αναμφίβολα, οι πολυκατοικίες και άλλα ψηλά κτήρια, δημιουργούν έντονη σκίαση σε γειτνιάζοντα σημεία. Το ποσό της ακτινοβολίας που δέχονται τα σημεία αυτά αποτελούν κλάσμα της εισερχόμενης ακτινοβολίας. Πράγματι, οι μετρήσεις που έγιναν στο σημείο που πραγματεύεται η παρούσα μελέτη και οι περαιτέρω υπολογισμοί, έδειξαν πως αυτό δέχεται σε ετήσια βάση μόλις το 77% της εισερχόμενης ακτινοβολίας. Συμπερασματικά λοιπόν θα λέγαμε, πως σε αστικό περιβάλλον, η πραγματική εισερχόμενη ακτινοβολία που δέχεται σημείο του ενδιαφέροντός μας, μπορεί να προκύψει μόνο από σημειακές μετρήσεις, οι οποίες θα λαμβάνουν υπ` όψιν τους το ύψος και το αζιμούθιο των εμποδίων.

The first satellite images and space missions have made us realize that our planet, as a system, receives its exclusive inflow of energy from the sun. Undeniably, the solar radiation that reaches our planet’s surface prompts, either directly or indirectly, many natural and biological activities. We can characteristically mention wind movement, the water circle and the circles of other elements (e.g. the carbon circle), fossil fuels, food production for the living organisms through the photosynthesis process, etc. The knowledge of incoming solar radiation is a very useful piece of information to man, both for planning and accomplishing a number of activities. The following could be mentioned as such: applications in agriculture, in real estate, in building (for example, bioclimatic buildings, reservoirs), in sports activities (ski resorts etc) and in investments on the generation of energy (PV systems, boilers, etc). The plants, through the fundamental process of photosynthesis, are responsible for the conversion of solar energy into organic matter. However, intensive light conditions harm the plants, which adopt various strategies (e.g. resistivity) to ensure their survival. The lighting of a certain area can not, in itself, become a factor that defines plant biodiversity, as the minimum lighting levels are found in almost every part of the planet. The potential incoming solar radiation, which depends on the latitude, the day of year and the time of day, differs significantly from that which, in reality, reaches the surface, as location and climatic factors intervene and diminish it. With the help of Geographic Information Systems (GIS), we have created maps that provide information about the incoming solar radiation, with reference, however, to extended areas. This information can not be reliable in regions where the area topography presents great variations, as in urban environments. Undoubtedly, apartment buildings and other tall buildings cause intense shading in neighboring spots. The amount of radiation that these spots are submitted to is a fraction of the incoming radiation. Indeed, the measurements that were conducted on the spot that the present study discusses, as well as further calculations, showed that this spot is submitted to merely a 77% of the incoming radiation in a yearly basis.