Het is wellicht een schokkende mededeling, maar toch niet minder waar: in de winter staat de zon lager aan de hemel dan in de zomer. Navenant volgt dat er minder energie op het aardoppervlak valt: de weg die de zon door de atmosfeer moet afleggen is langer, en de energie wordt verdeeld over een groter oppervlak (zgn. projectie). Hoe dit allemaal precies werkt kun je lezen bij Nemo.
Nu gaan we naar de significantie voor ons, de gewone mens, mede naar aanleiding van een blogpost van Aaf (Zuinigaan). Voor de mensheid en maatschappij heb ik een aantal plaatjes gemaakt. In Paint, zoals je gewend bent van mij en wat lekker “lichte” plaatjes oplevert (weinig bandbreedte nodig). Die plaatjes volgen verder naar beneden. Eerst ga ik uitleggen wat de “zontoetredingsfactor” is, of in het Engels de “Solar Heat Gain Coefficient”. In mijn industrie noemen we dit de G-value. Jep, dit spul is volledig onderdeel van mijn werk!
Zontoetredingsfactor of G-Value
De zon schijnt op aarde met een bepaald vermogen. Dit nemen we doorgaans als een constante waarde, zijnde 1000W. Hiermee bedoelen we te zeggen dat er op het midden van de dag een totaal vermogen is van 1000 watt per vierkante meter grondoppervlak. Dat is enorm, en het is dan ook niet verbazingwekkend dat het warm aanvoelt in de zon.
Deze 1000W is verdeeld over een aantal bandbreedtes: ultraviolet, zichtbaar licht en infrarood. Dit is belangrijk: de meeste mensen denken dat “warmte” alleen uit het infrarood-bereik komt. Dat is volstrekte nonsens.
Ongeveer 4% van de energie zit in het ultraviolette bereik: UV-A en UV-B. UV-C bestaat ook, maar wordt volledig geabsorbeerd door de atmosfeer. In de winter wordt door de langere weg in de atmosfeer ook UV-A en UV-B geabsorbeerd door de atmosfeer (mits op zeeniveau) op ons geografische breedte.
De overblijvende 96% is vrijwel gelijk verdeeld over het infrarood-bereik en het zichtbare licht. Met andere woorden: zelfs als je alle infrarood wegfiltert, komt er nog bijna 500W vermogen op de grond. En vice versa: als je al het zichtbare licht weg zou halen, maar niet het infrarood gedeelte, wordt het nog steeds warm.
Tot zover de energie van de zon. Nu gaan we naar absorptie, lichttransmissie, emissiviteit en de G-waarde. Die laatste wordt ouderwets ook wel de “zontoetredingsfactor” genoemd. Relevant in de (woning)bouw.
We nemen een ruit, bestaande uit glas. Zelfs het helderste glas is niet volledig transparant. Dat lijkt wel zo voor de leek. Maar bedenk goed: de voorruit van je auto heeft een lichttransmissie van 70%. Een gedeelte wordt geabsorbeerd: hoe helderder het glas, des te kleiner de absorptie. Een gedeelte wordt gereflecteerd en dit noemen we meestal de emissiviteit. Een spiegel heeft een emissiviteit van 0 (alle energie wordt weerkaatst). Glas doorgaans 0.9; het laat immers nogal veel licht door. Maar toch is die 10% wel relevant. De emissiviteit en de absorptie bepalen (heel simplistisch) de lichttransmissie van zichtbaar licht. Die lichttransmissie is onderdeel van de totale G-waarde. De totale G-waarde van het glas wordt bepaald door de lichttransmissie, absorptie of reflectie van IR via coatings en eventuele conductie door het glas heen.
Verwar dit niet met de isolatiewaarde. Die staat hier volledig los van. Je kunt met enkelglas fantastische G-waardes behalen, maar geen enkele isolerende werking. Je kunt met triple glas prachtige isolerende waardes behalen, maar de G-waarde heeft er doorgaans wel onder te leiden. De G-waarde ligt altijd tussen de 0 (helemaal niets) en 1 (het maximale, ook wel 100% genoemd…).
Ze zijn echter niet te correleren aan elkaar: in een dubbelglas kom je G-waardes tegen van 0.2, maar ook van 0.4 of 0.6. In triple glas doorgaans onder de 0.4. De G-waarde wordt loodrecht gemeten op het glasoppervlak en houdt dus geen rekening met de hoek van instraling (waarbij de relatieve reflectie groter is). Bij de ZTA wordt wel gemeten onder een hoek, maar deze komt in moderne normen voor bouw niet meer voor (gelukkig, zeg ik er even bij).
Enfin. Door naar de significantie hier van: zontoetreding in de winter!
Zontoetreding in de winter
In de winter willen “we” een zo groot mogelijke G-waarde hebben. En eerlijk gezegd geldt in Nederland als relatief koud land niet alleen “de winter”, maar de gehele periode van oktober t/m mei. Veruit het grootste deel van het jaar. In de zomer wil je een lage G-waarde, maar er zijn nog maar weinig dynamische systemen op de markt die dit voldoende kunnen reguleren (schakelbaar glas).
In de zomer kun je dus beter kiezen voor slimme aanplanting, externe zonwering en grote overstek.
Terug naar de winterperiode: de zonkracht in Nederland is best groot. Groter dan je zou verwachten. En we hebben een additioneel voordeel: de hoek waarop de zon naar binnen schijnt is veel kleiner en dus bijna parallel. In het midden van het land staat de zon op ongeveer 15 graden rond midden december en meer dan 60 graden in juni.
Zie het onderstaande plaatje:
Het plaatje verdient geen schoonheidsprijs, maar hé: het is avond en het beeld is duidelijk denk ik.
Nu kunnen we eens gaan kijken naar het maximale vermogen per vierkante meter, midden op de dag in het midden van de maand, in het midden van het land.
Wát een enorm verschil is dit! Iets minder dan 300W per m2 in november-januari en bijna 1000 in de periode april t/m augustus. Maar om te kijken naar de mogelijkheid om deze energie te gebruiken, moeten we ook kijken naar de hoek waaronder de zon invalt. Hoe groot is het vermogen wat op een loodrecht vlak valt, ofwel een raam in een muur:
Zoals je ziet wordt het nu een heel ander verhaal. De zon staat in juni dermate hoog aan de hemel, dat er veel minder directe straling is op het vlak dan in pak ‘m beet april. Het aantal uren op deze hoogte is in de winter natuurlijk wel relatief klein: de zon staat überhaupt nog geen 8 uur boven de horizon in december.
Maar áls de zon schijnt, dan heb je er wel degelijk veel voordeel van. De waardes moet je uiteraard nog vermenigvuldigen met de G-waarde. Met een G-waarde van 0.5 heb je nog altijd ruim 135W aan zonne-winst in je woning: per vierkante meter glas!
Maar hoe zit dat dan met hr ++ glas of triple glas? Houden die de zonnewarmte niet tegen door hun isolerende werking?
Nee. Isolatie en zonwering hebben niets met elkaar te maken. De isolerende werking is slechts van toepassing op het gebied van de convectie (luchtstromen) en conductie (geleiding, waarbij warmte of koude van buiten naar binnen komt), maar doet niets aan de straling (zowel van buiten naar binnen als vice versa)
Een HR++ ruit heeft een coating op de buitenkant van het binnenblad, die een bepaalde golflengte licht reflecteert. Dit is in het IR-bereik, dus onzichtbaar. Daardoor is er minder warmteverlies naar buiten, maar niet veel minder lichtinval wat voor het grootste deel in het zichtbare deel is en tot 1500nm. De door mij genoemde waardes zijn reeds van HR++ met een G-factor van 0.5 (dat is iets lager dan van “gewoon” HR++ glas).
Bedankt voor je uitleg Geldsnor ?
Dat doet me denken aan de winterdag halverwege de jaren 80 waarop een geliefde langspeelplaat een golfplaat werd, ook al stond het kastje waar ik de lp tegenaan liet leunen ruim 6 meter van het raam af. Onbespeelbaar geworden.
Ja, zo’n zwarte vinylplaat wordt wel warm :-).
Bedankt voor het wegmaaien van het gras voor mijn voeten, beste snorremans! We gaan om de bovengenoemde reden 3 groten (~1.2m2) velux dakramen laten plaatsten. Belangrijkste reden is eigenlijk meer licht, maar het levert de winter maanden ook wat extra warmte op. Wilde nog gaan rekenen hoeveel dat zou zijn, maar heb hier alvast beter startpunt, dank daarvoor!
Dakramen zitten doorgaans wel op het noorden, daar wordt de berekening anders van.
Het blokje van morgen is speciaal voor jou!
De ramen komen op het zuiden, met een hoek van 70 graden, dus maximaal licht binnen. Voor de zomer zorgen we voor externe zonneschermen, om zoveel mogelijk warmte eruit te houden. Maar door de ligging van het huis (op het noorden) blijft het in de zomer verbazingwekkend koel (kwamen we achter na de koop eerder dit jaar).
Ben benieuwd naar je stuk van morgen!