VDI 3786 Blatt 5-2015 Environmental meteorology - Meteorological measurements - Radiation.pdf

1、ICS 07.060, 13.040.01 VDI-RICHTLINIENOktober 2015 October 2015 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Umweltmeteorologie Meteorologische Messungen Strahlung Environmental meteorology Meteorological measurements Radiation VDI 3786 Blatt 5 / Part 5 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Der Entwurf dieser R

2、ichtlinie wurde mit Ankndigung im Bundes-anzeiger einem ffentlichen Einspruchsverfahren unterworfen. Die deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich. The draft of this standard has been subject to public scrutiny after announcement in the Bundesanzeiger (Federal Gazette). The German version o

3、f this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English translation. Kommission Reinhaltung der Luft im VDI und DIN Normenausschuss KRdL Fachbereich Umweltmeteorologie VDI/DIN-Handbuch Reinhaltung der Luft, Band 1b: Umweltmeteorologie VDI-Handbuch Ener

4、gietechnik VDI-Handbuch Wrme-/Heiztechnik Vervielfltigungauch fr innerbetrieblicheZweckenichtgestattet/Reproduction even for internalusenotpermittedFrhereAusgaben:VDI3786Blatt10:1994-04;VDI3786Blatt5:1986-08;2014-07 Entwurf,deutschZu beziehendurch/AvailableatBeuthVerlagGmbH,10772 Berlin AlleRechtevo

5、rbehalten/All rightsreserved(a)VereinDeutscherIngenieuree.V., Dsseldorf 2015Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung. 2 Einleitung 2 1 Anwendungsbereich 3 2 Normative Verweise . 4 3 Begriffe . 4 4 Formelzeichen, Abkrzungen und Indizes . 9 5 Standortwahl und Aufstellung 11 6 Messgerte .12 6.1 Pyrhelio

6、meter. 13 6.2 Pyranometer . 16 6.3 Pyrgeometer . 18 6.4 Strahlungsbilanzmesser . 20 6.5 Spektralradiometer . 22 6.6 Messung der Sonnenscheindauer . 24 6.7 Zusatzeinrichtungen . 27 6.8 Lichttechnische Messgerte . 28 7 Durchfhrung der Messung, berprfung und Wartung 29 7.1 Installation von Strahlungsme

7、ssgerten . 29 7.2 Kalibrierung von Strahlungsmessgerten 29 7.3 berprfen und Warten . 31 7.4 Prfung der Datenqualitt 32 8 Messaufgaben und Auswerteverfahren 34 8.1 Zeitlich hoch aufgelste Messungen Tagesgang 35 8.2 Klimatologische Strahlungsauswertung . 35 8.3 Strahlung auf geneigte Flchen 35 8.4 Aer

8、osoloptische Dicke als integrale Gre ber die Sule 37 8.5 Strahlungstemperatur . 38 8.6 Sonnenscheindauer 39 9 Verfahrenskenngren und technische Daten 39 9.1 Verfahrenskenngren . 39 9.2 Streinflsse 41 Anhang Berechnungsanstze fr Strahlungsbilanzmessgerte mit zwei Thermosulen und PE-Haube 42 Schrifttu

9、m 43 Benennungsindex englisch deutsch 46 Preliminary note 2 Introduction . 2 1 Scope 3 2 Normative references 4 3 Terms and definitions 4 4 Symbols, abbreviations and indices . 9 5 Site selection and installation . 11 6 Measuring equipment 12 6.1 Pyrheliometer . 13 6.2 Pyranometer . 16 6.3 Pyrgeomet

10、er . 18 6.4 Net radiation meter 20 6.5 Spectral radiometer 22 6.6 Measurement of sunshine duration 24 6.7 Supplementary equipment . 27 6.8 Optical instruments 28 7 Performing the measurement, checking and servicing . 29 7.1 Installation of radiation measuring equipment . 29 7.2 Calibration of radiat

11、ion measuring equipment . 29 7.3 Checking and servicing 31 7.4 Verifying data quality 32 8 Measurement tasks and evaluation methods . 34 8.1 Measurements with high temporal resolution daily plot 35 8.2 Climatological radiation analysis . 35 8.3 Radiation on tilted surfaces 35 8.4 Aerosol optical dep

12、th as integral quantity over the column . 37 8.5 Radiation temperature 38 8.6 Sunshine duration 39 9 Performance characteristics and technical data 39 9.1 Performance characteristics . 39 9.2 Interfering effects . 41 Annex Calculation methods for net radiation meters with two thermopiles and a PE do

13、me 42 Bibliography 43 Term index English German. 46 Formereditions:VDI3786Part10:1994-04;VDI3786Part5:1986-08;2014-07Draft,GermanonlyB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11 2 VDI 3786 Blatt 5 / Part 5 A

14、lle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter Beachtung der Vorgaben und Empfehlungen der Richtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks, der Fotokopie, der elektronischen Verwendung und der b

15、ersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser Richtlinie ist unter Wahrung des Urheberrechts und unter Beachtung der Li-zenzbedingungen (www.vdi.de/richtlinien), die in den VDI-Merkblttern geregelt sind, mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dies

16、er Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Eine Liste der aktuell verfgbaren Bltter dieser Richtlinienreihe ist im Internet abrufbar unter www.vdi.de/3786. Preliminary note The content of this standard has been developed in strict accordance with the requirements and rec-ommendations of the standa

17、rd VDI 1000. All rights are reserved, including those of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying), storage in data processing systems and translation, either of the full text or of extracts. The use of this standard without infringement of copyright is permitted subject to the licensi

18、ng con-ditions (www.vdi.de/richtlinien) specified in the VDI Notices. We wish to express our gratitude to all honorary contributors to this standard. A catalogue of all available parts of this series of standards can be accessed on the Internet at www.vdi.de/3786. Einleitung Der meteorologisch bedeu

19、tsame Spektralbereich der Sonnenstrahlung umfasst den sogenannten kurzwelligen Bereich von 0,3 m bis 3 m, auf den etwa 96 % der gesamten extraterrestrischen Son-nenstrahlung entfallen. Das Maximum der spektra-len Verteilung der Sonnenstrahlung liegt bei 0,5 m. Die Sonne strahlt dabei nach dem Stefan

20、-Boltzmann-Gesetz mit einer Temperatur von ca. 6000 K. Die Erde emittiert ebenfalls Strahlung bei einer Strahlungstemperatur von ca. 255 K an der Obergrenze der Atmosphre, die sogenannte ter-restrische oder langwellige Strahlung im Spektral-bereich von etwa 3 m bis 100 m. In Bild 1a werden beide spe

21、ktralen Bereiche dargestellt. Die Schwchung der Sonnenstrahlung whrend ihres Durchgangs durch die Atmosphre, aber auch der emittierten langwelligen Strahlung, erfolgt im Wesentlichen durch folgende Prozesse (Bild 1b und Bild 1c): im infraroten Bereich: Absorption vor allem durch Wasserdampf (H2O), K

22、ohlendioxid (CO2), aber auch durch Aerosolpartikel; relativ geringe Streuung im sichtbaren Bereich: Streuung an Moleklen und Aerosolpartikeln, schwache Absorption durch Aerosolpartikel, Ozon (O3) und andere Spurengase im ultravioletten Bereich: Streuung an Moleklen und Aerosolpartikeln sowie strkere

23、 Absorption durch Ozon (O3), Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffdioxid (NO2) und andere Spurengase Introduction The meteorologically significant spectral range of solar radiation comprises the shortwave range from 0,3 m to 3 m, which is approximately 96 % of the entire extra-terrestrial solar radiation

24、. The max-imum of the spectral distribution of solar radiation is at 0,5 m. The suns radiation follows the Stef-an-Boltzmann law with a temperature of approxi-mately 6000 K. The earth also emits radiation, at a radiation temperature of approximately 255 K at the upper limit of the atmosphere, referr

25、ed to as terrestrial or longwave radiation, in the spectral range from approximately 3 m to 100 m. Fig-ure 1a shows both spectral ranges. The attenuation of the solar radiation during its passage through the atmosphere, but also of the emitted longwave radiation, proceeds essentially by the followin

26、g processes (Figure 1b and Fig-ure 1c): in the infrared range: absorption mainly by water vapour (H2O) and carbon dioxide (CO2) but also by aerosol parti-cles; relatively little scattering in the visible range: scattering at molecules and aerosol particles, weak absorption by aerosol particles, ozon

27、e (O3) and other trace gases in the ultraviolet range: scattering at molecules and aerosol particles and stronger absorption by ozone (O3), sulphur di-oxide (SO2), nitrogen dioxide (NO2) and other trace gases B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF192

28、9BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2015-11All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 VDI 3786 Blatt 5 / Part 5 3 Bild 1. Strahlungsprozesse in der Atmosphre (nach 1, gendert) a) plancksches Strahlungsgesetz fr die Temperatu-ren des solaren und terrestrischen Strahlungs-

29、spektrums an der Obergrenze der Atmosphre (auf gleiche Flchen normierte Darstellung) b) Absorption in % der Absorptionsbanden ver-schiedener Luftbeimengungen in 11 km Hhe c) Absorption in % der Absorptionsbanden verschie-dener Luftbeimengungen an der Erdoberflche Die Richtlinie umfasst Messgerte fr

30、alle Strah-lungsbereiche im thermisch-optischen Bereich und deren Anwendung. Strahlungsphysikalische Grundgren sind in DIN 5031-1 definiert. Formelzeichen fr Meteoro-logie und Geophysik sind in DIN 1304-2 enthalten. Figure 1. Radiation processes in the atmosphere (according to 1, revised) a) Plancks

31、 radiation law for the temperatures of the solar and terrestrial radiation spectra at the upper limit of the atmosphere (normalised for equal ar-eas) b) absorption in % of the absorption bands of vari-ous atmospheric pollutants at 11 km altitude c) absorption in % of the absorption bands of vari-ous

32、 atmospheric pollutants at the earths surface This standard covers measuring equipment for all radiation ranges in the thermal-optical range and its applications. Fundamental physical variables associated with radiation are defined in DIN 5031-1. Symbols used in meteorological and geophysical formul

33、ae can be found in DIN 1304-2. 1 Anwendungsbereich Meteorologische Messungen fr Zwecke der Luft-reinhaltung sind sowohl zur Beurteilung von Emis-sions- und Immissionsvorgngen notwendig und werden somit zur berwachung der Luftgte durchgefhrt (BImSchG, 4. BImSchVwV). Hierzu gehren insbesondere die Mes

34、sung der Glo-balstrahlung, der direkten Sonnenstrahlung und der Strahlungsbilanz. Mithilfe von Messungen der Strahlungskomponen-ten sowie bestimmter Anteile im Spektrum lassen sich Aussagen ber den Gehalt der Luft an gas- und aerosolfrmigen Beimengungen 2 sowie ber die fotochemische Bildung von seku

35、ndren Luftverunreinigungen 3 gewinnen. Die Messung der Lufttrbung mittels knstlicher Lichtquellen wird in der Richtlinie VDI 3786 Blatt 6 behandelt. 1 Scope Meteorological measurements designed for the purpose of air pollution control are necessary for assessing both emission and ambient air polluti

36、on processes, and are therefore carried out for air quality monitoring (German Federal Immission Safety Act BImSchG; 4thFederal Immission Safe-ty Administrative Regulation 4thBImSchVwV). This includes in particular measurement of the global radiation, of direct solar radiation and of the net radiati

37、on. By measuring the radiation components and certain parts of the spectrum, it is possible to obtain in-formation about the content of gaseous and aero-sol-like pollutants in the air 2 and about the pho-tochemical formation of secondary air pollutants 3. Air turbidity measurements using artificial

38、light sources are discussed in VDI 3786 Part 6. 0,1 0,150,2 0,3 0,5 1 2 3 5 10 15 20 30 50 1001,5 in m11 kma)b)c)5788 K 255 K0,1 0,150,2 0,3 0,5 1 2 3 5 10 15 20 30 50 1001,5 in m11 kma)b)c)5788 K 255 KB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1F92DEF1929BEST B

39、euthStandardsCollection - Stand 2015-11 4 VDI 3786 Blatt 5 / Part 5 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2015 Messungen der Strahlungsbilanz knnen zur Ab-schtzung des vertikalen Austauschs und der Aus-breitung von Luftbeimengungen verwendet werden (z. B. Ausbreitungskl

40、assen) 4; 5. Diese Richtlinie wendet sich an Betreiber von Messstationen zur Messung der Strahlung und ihrer Komponenten sowohl fr Zwecke der Luft-reinhaltung als auch fr die Bedrfnisse von Landwirtschaft, Energietechnik, Bau- und Gebu-detechnik und der Meteorologie, insbesondere der Strahlungsklima

41、tologie. Eingeschlossen sind auch Untersuchungen der Wirkung der Strahlung im technischen und biologischen Bereich. Bei Fragen, die ber den Anwendungsbereich die-ser Richtlinie hinausgehen, wird auf Lehrbcher und weiterfhrende Literatur 1; 4; 6; 7 verwiesen. Auf lichttechnische Gren wird nicht im Ei

42、nzel-nen eingegangen, stattdessen sei auf DIN 5032-1 verwiesen. Measurements of the net radiation can be used to estimate the vertical exchange and the dispersion of air pollutants (e.g. dispersion classes) 4; 5. This standard is addressed to the operators of measuring stations used to measure the r

43、adiation and its components, both for the purpose of air pollution control and to meet the needs of agricul-ture, energy generation, building and construction technology and meteorology, in particular radiation climatology. It also covers investigations into the effects of radiation in the technical

44、 and biological fields. For topics that go beyond the scope of this stand-ard, refer to textbooks and further literature 1; 4; 6; 7. Photometric variables are not discussed in detail; refer to DIN 5032-1. 2 Normative Verweise / Normative references Die folgenden zitierten Dokumente sind fr die Anwen

45、dung dieser Richtlinie erforderlich: / The following referenced documents are indis-pensable for the application of this standard: DIN 1304-2:1989-09 Formelzeichen; Formelzei-chen fr Meteorologie und Geophysik (Letter symbols for physical quantities; symbols to be used in meteorology and geophysics)

46、 DIN 5031-1:1982-03 Strahlungsphysik im opti-schen Bereich und Lichttechnik; Gren, Formelzeichen und Einheiten der Strahlungs-physik (Optical radiation physics and illumina-ting engineering; quantities, symbols and units of radiation physics) DIN 5031-3:1982-03 Strahlungsphysik im opti-schen Bereich

47、 und Lichttechnik; Gren, Formelzeichen und Einheiten der Lichttechnik (Optical radiation physics and illuminating en-gineering; quantities, symbols and units of il-luminating engineering) DIN 5032-1:1999-04 Lichtmessung; Teil 1: Pho-tometrische Verfahren (Photometry; Part 1: Me-thods of measurement)

48、 VDI 3786 Blatt 1:2013-08 Umweltmeteorologie; Meteorologische Messungen; Grundlagen (En-vironmental meteorology; Meteorological mea-surements; Fundamentals) 3 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten die Begriffe nach VDI 3786 Blatt 1 sowie die folgen-den Begriffe: Absorptionsbande Wellenl

49、ngenintervalle, in denen die in der Atmo-sphre enthaltenen Gase die solare und die terrest-rische Strahlung selektiv absorbieren. Anmerkung: Die Atmosphre ist in diesen Bereichen fr Strahlung nicht (oder nur schwach) durchlssig. Albedo (S) Solarer (oder kurzwelliger) Reflexionsgrad Sei-ner ausgedehnten ebenen Oberflche, die definiert 3 Terms and definitions For the purposes of this standard, the terms and defin