Güneş Işınlarının Geliş Açısı

Cam bir yüzeyden güneş ışınlarının iletimi (geçişi) ışınların cam yüzeyi ile 90° yaptığı durumda en yüksek değerdedir. Yani güneş ışınlarının geliş açısı bu halde 90° 'dir (Şekil 3.4). Eğer güneş ışınlarının geliş açısı 90°'den küçük ise ışınların bir kısmı yansıma ile kaybolacaktır. Geliş açısına göre güneş ışınlarındaki kayıplar Çizelge 3.2'de verilmiştir.

Çizelge 3.2. Güneşin geliş açısına göre yansıma kayıpları (Langhans, 1980)Geliş Açısı(°)/ Işık Kaybı(%)/ Geliş Açısı(°)/ Işık Kaybı*(%)
90/ 0/ 30/ 11,2
60/ 2,7/ 20/ 22,2
50/ 3,4/ 15/ 30
40/ 5,7/ 10/ 41,2

Güneş ışınlarının yükseliş açısı 25° , çatı eğim açısı 25° ise güneş ışınlarının geliş açısı çatı yüzeyindeki normale göre 40° olacaktır. Bu halde güneş ışınlan yansıma nedeniyle %5.7 kayba uğrayacaktır (Şekil 3.5). Görülüyor ki güneş ışınlarının geliş açısı büyüdükçe yansıma kayıpları artacak sera içerisine giren ışınım miktarı azalacaktır. Son yıllarda çatı eğim açısı güneş ışınlarının geçişine etkisi nedeniyle fevkalade önem arz etmiştir. Çatı açısının 35° olmasının oldukça uygun olabileceği ancak 26°'den küçük açının ise çatıda kar birikimini arttırarak yoğunlaşma nedeniyle de çatı iç yüzeyinde su damlamalarının artmasına neden olacaktır. Bugün dünyada seracılık endüstrisinde çeşitli çatı eğim açılarında farklı şekil ve tasarımlarda seralar oluşturulmaktadır.

Seralarda ışınım akış yoğunluğu yıl içinde gün uzunluğunun kısa olduğu dönemlerde oldukça kritiktir. Kuzey Yanın Kürede 21 Aralık'ta ışınım geçişini maksimum düzeye çıkarabilmek için güneş ışınlarının geliş açısı yaklaşık 90° olacak şekilde sera çatı eğimi seçilmelidir. Bunun için de bu bölgelerde çatı eğim açısının 65° olması gerekir (Şekil 3.6)

Bu tip planlama durumunda sera çatı yüksekliği ve birim taban alanına düşen çatı alanı ve ısı kayıpları artacaktır. Çizelge 3.3' de yan duvar yüksekliği 3 m olan farklı sera genişlikleri için 26° ile 65° çatı eğim açılanndaki sera yükseklikleri verilmiştir. Sera genişliğinin 8 m'yi geçmesi halinde eğim açısının 32°, 8 m'nin altında ise 26° olması önerilmektedir. Bundan daha düşük eğimlerde kar yağışı olan bölgelerde karın çatı yüzeyinden kayması güçleşir ve çatı iç yüzeyinde yoğunlaşan su damlacıklarının bitkilerin üzerine düşmesine neden olunur. Genellikle ticari seralarda çatı eğim açısı 26°-32° arasında olmaktadır. Güneş ışınlarının yükseklik açısı küçük olduğu dönemlerde sera içerisine geçen ışınım enerjisi çatı yüzeyinden daha çok yan duvarlardan olur. Bu nedenle sabah erken saatlerde ve öğleden sonra güneş ışınlarının geçişini artırmak amacıyla yan duvarların yüksek ve cam panellerinin büyük boyutlu olması istenir. Görülüyor ki, seraların yönlendirmesi ve çatı eğiminin uygun şekilde düzenlenmesi ile güneş enerjisinden iyi bir şekilde yararlanmak mümkün olabilmektedir. Doğu-Batı doğrultusunda yönlendirilen seralarda güneş ışınlarının seranın güney yüzeylerinden içeriye girdiğini ve fazla sayıda seraların bu doğrultuda düzenlenmesi halinde kuzeyde bulunan seraların güneydeki komşu seralar tarafından gölgeleneceğinden seralar arasında boşluk bırakılarak bu sakınca giderilebilir. Bu aralıklar sera boyutlarından ve güneş ışınlarının yükseliş açısından yararlanılarak hesaplanabilir.

Çizelge 3.3. Farklı sera genişlikleri ve çatı eğim açısında sera yükseklikleri

/////////////////////Sera yüksekliği (m)
Sera genişliği (m)//////26° ////63°
-----5.0//------------/4,22/-------7,9
------6.0-------------/4,47--------/7,9
8.0--------------/4,96-------/10,84
9.0 /5,19 /11,82
10.0 /5,45 /12,82
12.0 /5,92 /14.77
15.0 /6,65 /17.71
17.0 /7,14 /19.66

ÖRNEK: 1
17 m genişliğinde 5.67 m mahya yüksekliği olan bir cam seranın yanında ikinci bir seranın yapılması düşünülmektedir. 38° Enlem derecesinde bulunan bu yerde güneş ışınlarının yükseliş açısı 21 Aralık'ta en düşük düzeyde olup 24°'dir. Buna göre iki sera arasında bırakılacak boşluk ne olmalıdır?

Güneş ışınlarının en yüksek düzeyde geçişini sağlayan ideal mimari şekil yarım küre şeklindeki yapı tipidir (Şekil 3.7a). Bu tip yapı şeklinde güneşin geliş açısı ve çevreye uyum her mevsimde ve günün her saatinde mükemmeldir. Ancak yarım küre şeklindeki sera inşası limonluk veya zevk (hobi) için yapılan seralar dışında pratik olmamaktadır.
Yarım küre şeklinin bazı özelliklerine sahip ve güneş ışınlarının geçişini yaklaşık bu tip seralar kadar sağlayan şekil ise yarım daire kesitli tünel (baraka) seralardır (Şekil 3.7b). Bu tip çatı yüzeyiyle oluşturulan seralar iyi yönlendirildiklerinde 25° eğimli bir yüzeyden daha fazla güneşin geçmesini sağlar. Tünel tipi seralar planlanırken sera yüksekliğinin sera tabanının yansı kadar olmasına dikkat edilmelidir. Bu sera büyüklüğünü sınırlayan bir etkendir. Tünel tipi seranın bu sorununu çözmek ve sera taban alanından en iyi derecede yararlanmak amacıyla yan duvarlar yükseltilip, çatıya eğrisel bir şekil verilerek yay çatılı seralar oluşturulmuştur (Şekil 3.7c).
Eğrisel çatı yüzeyinin avantajından yararlanılarak düşünülen diğer bir tasarım şekli de gotik tip seralardır (Şekil 3.7d). Çatı kirişleri ve mertekler eğrisel olup ancak çatı mahyasında bir nokta oluşturacak biçimde planlanırlar. Bu şekil çatı yan yüzey eğimini ve sera yan yüksekliğini arttırır. Bu tip yapıların faydalan; yüksek bir çatı eğim açısı nedeniyle daha yüksek bir ışık geçirgenliğinin sağlanması, etkin bir havalandırma ve yoğuşan nemin yüzeylerden yanlara akmasıdır. Günümüz sera imalatçılarının öncelikle üzerinde durdukları yapı şeklidir.
Diğer taraftan yanm küre şekline yalan bu şekle uydurulan çatı eğim açısı 30° ve yan duvarlann yatayla yapmış olduğu açının 60-70° arasında olduğu cam seralar ?ngiltere'de inşa edilmektedir (Şekil 3.7e). Bu tip seralar özellikle güneşin yükseliş açısının düşük olduğu kış aylarında, aynı çatı eğim açısına sahip serada eğimli yan duvarlar düşey duvarlardan daha fazla güneş enerjisinin geçişini sağlamaktadır.
Yan duvarlar eğik seralarda kış mevsiminde güneş ışınlarının yeryüzüne yatayla oldukça düşük açı yaparak ulaştığından eğimli yan duvar dik duvara karşın daha fazla radyasyon enerji transfer eder. Bununla birlikte sera genişliği arttıkça yan duvarlar güneş ışınlarının geçişinde nispeten önemsiz olmaktadır. Sera yönü, çatı eğimi, cam boyutları ve konstrüksiyon elamanları geniş açıklıkh seralarda güneş ışınlarının geçişine büyük etkisi olur.