De invloed van zonnestraling op energiegebruik en oververhitting
De zon is een van de belangrijkste factoren die het energiegebruik van een gebouw bepalen. Zoninstraling draagt bij aan de verwarming van een gebouw, maar kan tegelijkertijd leiden tot oververhitting. Om het effect van de zon goed te kunnen berekenen, is het daarom belangrijk om niet alleen te weten hoeveel zonnestraling er is, maar ook vanuit welke richting deze afkomstig is en welk oppervlak door de zon wordt geraakt.
Van meetgegevens naar zonnestraling op een gebouw
De klimaatdata zijn over het algemeen gebaseerd op gemeten waarden. Bij een meetstation wordt zonnestraling meestal geregistreerd als globale (totale horizontale) straling en directe (horizontale) zonnestraling. Voor de module Gebouwsimulatie rekent Vabi Elements deze meetgegevens om naar verschillende componenten van de zonnestraling. Dit gebeurt volgens de NEN-EN-ISO 52010.
De straling wordt daarbij onderverdeeld in:
Directe normale straling: de straling die rechtstreeks vanuit de richting van de zon afkomstig is.
Diffuse straling vanuit de horizon
Diffuse straling vanuit de hemelkoepel
Diffuse circumsolaire straling: diffuse straling die afkomstig is uit de omgeving van de zon.
De diffuse circumsolaire straling wordt bij de directe normale straling opgeteld, omdat deze uit vrijwel dezelfde richting als de zon afkomstig is.
Voor het bepalen van de diffuse straling die een gevel bereikt, wordt in Vabi Elements standaard rekening gehouden met reflectie vanaf de grond. Hiervoor wordt een grondreflectiefactor van 0,2 toegepast.
Afbeelding gegenereerd met AI
De positie van de zon en beschaduwing
Met de verschillende componenten van de zonnestraling en de positie van de zon berekent Vabi Elements Gebouwsimulatie vervolgens hoeveel straling op een specifiek gebouwvlak terechtkomt. Daarbij wordt ook rekening gehouden met beschaduwing.
Schaduw kan verschillende oorzaken hebben. Zo kunnen omliggende gebouwen een gevel gedeeltelijk afschermen, maar ook delen van het gebouw zelf kunnen voor schaduw zorgen. Denk bijvoorbeeld aan overstekken, zijschotten, neggen of andere constructies. Ook zonnepanelen kunnen schaduw veroorzaken op de constructies die zich eronder bevinden.
Door al deze factoren mee te nemen, bepaalt Vabi Elements voor ieder oppervlak hoeveel directe en diffuse zonnestraling het daadwerkelijk bereikt. Vervolgens is van belang welk deel daarvan door het oppervlak wordt geabsorbeerd. Dat bepaalt de externe absorptiefactor van het materiaal.
Zonnestraling door een raam
Voor een raam bepaalt Vabi Elements op deze manier hoeveel directe en diffuse zonnestraling op het glas valt. De eigenschappen van het raam bepalen vervolgens hoeveel daarvan naar binnen komt.
Een belangrijke factor daarbij is de invalshoek van de zonnestraling. Hoe schuiner de straling op het raam valt, hoe groter het deel dat door het glas wordt gereflecteerd. De hoeveelheid zonnestraling die het vertrek binnendringt, is daardoor niet alleen afhankelijk van de hoeveelheid zon, maar ook van de positie van de zon ten opzichte van het raam.
Wanneer de directe zonnestraling door het raam naar binnen treedt, kan met behulp van de positie van de zon worden bepaald op welk binnenoppervlak de straling terechtkomt.
Wat gebeurt er met zonnestraling binnen?
Eenmaal binnen wordt de zonnestraling gedeeltelijk geabsorbeerd door het oppervlak waarop deze valt. Een ander deel wordt via diffuse reflectie verder verspreid over de overige oppervlakken van het vertrek.
Een klein deel van de straling kan na reflectie opnieuw het raam bereiken en vervolgens weer naar buiten treden. Dit proces kan zich herhalen wanneer de gereflecteerde zonnestraling op een ander raam terechtkomt.
Wanneer het betreffende oppervlak een binnenraam is, wordt de straling opnieuw volgens de eigenschappen van dat raam doorgelaten. Vervolgens begint hetzelfde proces opnieuw: de straling bereikt een volgend oppervlak, wordt daar deels geabsorbeerd en deels gereflecteerd.
Bereikt de straling uiteindelijk een buitenraam, dan kan deze het gebouw weer verlaten. Dit verschijnsel heet doorstraling.
Het belang van doorstraling
Anders dan in veel gebouwsimulatieprogramma's wordt doorstraling in Vabi Elements Gebouwsimulatie wel meegenomen. Bij gebouwen met veel glas en complexe ruimtelijke verbindingen speelt dit verschijnsel namelijk een belangrijke rol.
Voorbeelden hiervan zijn:
Glazen atriums
Glazen loopbruggen
Externe liftschachten
Kassen
In dergelijke situaties kan zonnestraling via meerdere glasoppervlakken en ruimten worden doorgegeven voordat deze uiteindelijk wordt geabsorbeerd of het gebouw weer verlaat. Het meenemen van doorstraling kan daardoor belangrijk zijn voor een betrouwbare berekening van de zonnewinsten en het risico op oververhitting.
Van zonnestraling naar energiegebruik
De berekening van zonnestraling is daarmee meer dan alleen het bepalen van de hoeveelheid zon die op een gevel valt. De positie van de zon, directe en diffuse straling, beschaduwing, de eigenschappen van materialen en ramen, reflectie en eventuele doorstraling bepalen gezamenlijk hoeveel zonne-energie uiteindelijk in een gebouw terechtkomt.
Deze zonne-energie kan een belangrijke bijdrage leveren aan de verwarming van een gebouw. Tegelijkertijd kan een teveel aan zonnewinst leiden tot ongewenste opwarming en daarmee tot een grotere koelbehoefte of een risico op oververhitting.
Een nauwkeurige berekening van de zonnestraling vormt daarom een belangrijke basis voor het beoordelen van het energiegebruik en het thermisch comfort van een gebouw.
Afbeelding gegenereerd met AI
Vragen over zonnestraling in je project?
Zonnestraling en oververhitting spelen in vrijwel elk project een rol. Heb je vragen over de manier waarop Vabi Elements Gebouwsimulatie hiermee rekent, of loop je vast in je eigen model? Onze servicedesk denkt graag met je mee.
