Поиск по сайту
Авторизация
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Рейтинг@Mail.ru

Преимущества использования оконных жалюзей

The benefits of using window shades
Laney Mills, Ph. D.1 Ross McCluney, Ph. D.


Окна играет важную эстетическую роль в нашей повседневной жизни. В то же время окна обычно значительно увеличивают стоимость отопления и охлаждения зданий. После рассмотрения физических принципов, посредством которых окна добавляют тепло к зданиям и стандартные методы, используемые для уменьшения нежелательного нагрева, в этой статье основное внимание уделяется одному типу устройства, которое легко доступно, недорого для покупки и эксплуатации и может быть приспособлено к изменяющимся условиям даже ежечасно. Устройство представляет собой общие жалюзи для окна (в России популярны магазины жалюзи Краснодар). В этой статье разработана простая, но реалистичная модель для вычисления преимуществ использования отражающих внутренних жалюзей. Количество интереса для характеристики производительности тени - это доля падающей солнечной энергии, которая остается в комнате как тепло. Величина называется коэффициентом усиления солнечного тепла (SHGC). Видно, что оттенки могут оказывать очень существенный контроль над SHGC.

ВВЕДЕНИЕ

Никто не испытывает ни малейшего сомнения в том, что ежегодный счет за отопление и кондиционирование воздуха для Соединенных Штатов является огромным числом. Окна, световые люки, стеклянные двери и другие подобные прозрачные устройства (в совокупности называемые fenestrations) оказывают очень значительное влияние на этот счет. С другой стороны, энергоэффективность - это не единственное, что имеет значение при проектировании и эксплуатации окон. Основываясь только на эстетике, оконные проемы являются чрезвычайно важной частью нашей повседневной жизни. Мы ссылаемся на здание без окон как подземелье.

В большинстве случаев окна добавляют к счету энергии через тепловые потери тепла в зимний период и лучистые тепловые выгоды летом, но в некоторых случаях проемы могут действительно работать лучше, по энергии, чем изолированная непрозрачная стена. Правильно спроектированные и управляемые потоки могут фактически компенсировать стоимость более высокого качества жизни, которое они предоставляют. С таким большим количеством денег и эстетической оценкой на карту поставлены большие усилия, направленные на поиск способов максимизации энергоэффективности и освещенности коммерчески доступных систем вентиляции.

Принцип, посредством которого организуются ловушки утечки тепла в зданиях называют парниковым эффектом. Вот как это работает: большая часть света (обычно называемого излучением) от солнца находится в видимой области спектра длин волн. Обычное стекло вообще прозрачное на этих длинах волн. Пройдя через окно, излучение ударяет по объектам внутри комнаты. Хотя небольшая часть отражается обратно через окно на улицу, большую часть его поглощается поверхностями в комнате.

Теперь любой объект, действительно каждый объект, создает излучение и излучает его. Этот эффект связан с тем, что взаимодействие молекул любого объекта представляет собой ускоренное движение электрических зарядов (электроны и протоны этих молекул). Основные законы электричества и магнетизма (уравнения Максвелла) предсказывают, что любое ускоренное движение электрических зарядов будет производить излучение. Количество излучаемой энергии предсказано Законом Стефана Больцмана, который можно найти в любом учебнике физики. Кроме того, основная область, в которой сосредоточена большая часть излучения, обратно зависит от абсолютной температуры излучающего тела (чем выше температура, тем короче длина волны). Эта связь известна как Закон о смещении Вина. Именно этот закон предсказывает, что большая часть солнечной энергии находится в области видимой длины волны спектра. Согласно этому же закону объекты в помещении, которые находятся на гораздо более прохладной температуре, чем солнце, излучают преимущественно на гораздо более длинных волнах. На практике эти длины волн находятся в дальнем инфракрасном диапазоне, к которому обычное стекло почти полностью непрозрачно. Весь описанный процесс стал известен как «парниковый эффект». Парниковый эффект может быть очень эффективным способом улавливания солнечного света как тепла в комнате.

Были предприняты различные попытки контролировать долю падающего излучения, попавшего в помещение в виде тепла. Все они пытались манипулировать этим эффектом в наших интересах. Они делятся на три категории.

Первый заключается в том, чтобы контролировать количество излучения, которое входит в окно вообще. Идея состоит в том, чтобы позволить большему солнечному свету поражать окно в холодное время года. Рассмотрим типичное северное полушарие в средней широте, например, здесь, в Соединенных Штатах. Метод состоит в том, чтобы разместить расширенные карнизы или другое внешнее затеняющее устройство, такое как тент, над окнами на юг. Поскольку летнее солнце в середине дня находится на более высокой высоте, чем зимнее солнце в середине дня, структура затенения просто позволяет меньше солнечного света ударять по окну летом. Соответствующая схема будет использоваться для средних широт в южном полушарии. В экстремальных широтах в любом полушарии расположение часто не используется. В низких широтах идея состоит в том, чтобы защищаться от солнечного света в течение всего дня. В высоких широтах хочется как можно больше солнечного света. Трудно защищать окна с востока и запада таким образом, но отдельные внешние источники тени, такие как деревья и другая растительность, могут быть эффективными, если невозможно избежать восточных и западных окон.

Блокировка солнца до того, как он достигнет окна (остекления) окна, является наиболее эффективной формой предотвращения солнечного усиления, так как очень большая часть тепла, поглощенного снаружи, остается снаружи и уносится преобладающими воздушными потоками. Основным недостатком этих высокоэффективных устройств является то, что они являются постоянными конфигурациями, которые невозможно легко настроить. Они сконфигурированы таким образом, чтобы обеспечить оптимальную производительность в определенное время суток и дня. Их эффективность в другое время зависит от того, насколько условия приближены к предполагаемым в первоначальной установке.

Вторая категория стратегии управления усилением солнечной энергии заключается в том, чтобы сделать оптические эффекты в переменной первой категории. Доступные механизмы включают термохромизм, фотохромность и электрохромизм. «-Хромизм» относится к изменениям цветового (спектрального) пропускания остеклением в задействованных окнах. Желательный хромизм для большинства применений включает в себя изменение величины света, поступающего в комнату, без значительного изменения воспринимаемого цвета. Изменения пропускания солнечной энергии могут быть стимулированы изменением температуры (термохромизм), уровня освещенности (фотохромизм) или приложенного напряжения (электрохромизм).

Большинство людей видели фотохромизм, применяемый к определенным типам солнцезащитных линз, которые становятся темнее с более падающей солнечной радиацией. Выполнение такого же эффекта для окон в зданиях было сделано, но из-за высокой стоимости и некоторых других проблем фотохромные окна широко недоступны в коммерческих целях. Термохромизм недостаточно развит, чтобы стать основой для жизнеспособной технологии. Это оставляет нас с электрохромизмом, который в последние годы получил значительный интерес со стороны исследователей, финансируемых DOE, а также исследователей в Японии. Хотя в области электрохромных окон много волнений, технология все еще находится на самых ранних стадиях развития. Коммерчески жизнеспособные, экономичные и надежные электрохромные окна нельзя ожидать в ближайшие годы.

Третья категория стратегии энергии окна включает в себя манипулирование светом после того, как он прошел через окно. Идея состоит в том, чтобы отразить регулируемую долю солнечного излучения, проходящего через окно снаружи, не позволяя ему оставаться внутри, где она поглощается внутренними поверхностями и превращается в тепловое усиление. Устройства, способные выполнить эту сложную задачу, использовались на протяжении веков. Это обычные оконные шторы и жалюзи. Чем они более отражающие и большая часть нежелательной солнечной радиации они перехватывают и отражают назад, тем меньше тепла остается в комнате. Кроме того, устройства такого типа можно манипулировать ежедневно, даже ежечасно. (Конечно, есть внешние жалюзи и жалюзи, которые также можно отрегулировать, но внутренние шторы и жалюзи намного дешевле, легко доступны, легко устанавливаются и менее подвержены механическому разрушению из-за коррозии и других воздействий воздействия погоды.)

Цель этой статьи - использовать упрощенную математическую модель комбинации окон и оттенков, чтобы вычислить реалистичную оценку преимущества использования оттенков и жалюзи для управления солнечным усилением окна. Идея состоит в том, чтобы ввести достаточно упрощение, чтобы сделать эффект легким для визуализации и вычисления и в то же время быть достаточно сложным, чтобы дать реалистичные прогнозы того, что можно ожидать. Величина интереса представляет собой долю F, падающего излучения, которая остается в помещении как тепло. Эта величина называется коэффициентом усиления солнечного тепла (SHGC). Практическая задача состоит в том, чтобы контролировать SHGC на сезонные или даже ежечасные периоды, чтобы уменьшить охлаждающие нагрузки в жаркие периоды и помочь при нагревании в помещении, когда погода холодная.

ГЕОМЕТРИЯ, РАДИАЦИОННЫЕ ПОТОКИ И ПРЕДПОЛОЖЕНИЯ

Основное упрощение состоит в том, чтобы предположить, что солнечный свет всегда находится в нормальном (перпендикулярном) падении. На самом деле трудно представить себе такую ситуацию, поскольку для вертикального остекления солнце должно быть на горизонте, прямо перед окном, состояние, которое редко наблюдается и которое производит относительно небольшое солнечное усиление, когда оно происходит из-за небольшого количества Солнечное излучение, доступное при восходе и закате солнца. Иногда иногда видны световые люки, обычно обращенные к солнцу, что дает нормальную заболеваемость, но такие системы редко используют внутренние оттенки.

В любом случае, нормальная ситуация падения легко рассчитать и. Как видно на рисунке 1. солнечное усиление для окна без жалюзей при нормальном падении близко к таковому для углов падения до примерно 50 градусов.


Рисунок 1. Коэффициент усиления солнечного тепла в зависимости от угла падения для нескольких окон. SHGC относительно независима от угла до около 50 градусов.

Для окна, не имеющего оттенка, вычисление состоит из двух частей. Первая - это доля, передаваемая окном в комнату. Другая - полная доля падающего излучения, поглощаемого панелью, которая затем отправляется в комнату. Эта вторая величина обычно записывается как произведение двух факторов: фракции а падающего излучения, поглощаемой панелью, и доли Arj поглощенного излучения, которая перетекает внутрь в сторону комнаты. таким образом


Внедрение отражающего внутреннего оттенка приводит к бесконечному каскаду последующих событий. Свет, проходящий через панель, попадает в тень. Часть этого отражает, часть передает через тень, и часть поглощается оттенком. Каждая из этих частей имеет сложную дальнейшую судьбу. Это передается во внутреннюю часть комнаты. То, что поглощается, излучается, проводится и конвектируется в воздухе по обеим сторонам тени. То, что переизлучается на стороне окна, приближается к панели (остеклению) и имеет потенциал для выхода извне через окно. Это отражается назад к стеклу (остеклению), где часть передается через стекло обратно снаружи. Общий характер этих процессов схематически проиллюстрирован на рисунке 2.


Рисунок 2. Тепловые потоки, связанные с усилением солнечного лучистого тепла для одиночного стеклопакета и плоского внутреннего оттенка (справа от остекления на этом чертеже).

К счастью, мы можем сделать некоторые разумные предположения об этом сложном процессе. Сначала мы предполагаем зеркальное отражение от остекления для всех лучей, падающих на остекление изнутри. Зеркальное отражение означает, что угол падения равен углу отражения. Альтернативой является диффузное отражение. Диффузное отражение описывает отражение от пылевой или молочно-белой поверхности, в которой один падающий луч будет производить все распределение лучей, рассеянных в разных направлениях, с определенным распределением яркости по направлению. Кроме того, каждый угол падения имел бы различное полное распределение рассеянных лучей. Все реальные поверхности диффузны. Часто редко слышно о диффузном отражении с окнами, потому что диффузное отражение чрезвычайно сложно рассматривать с вычислительной точки зрения. Тем не менее в настоящее время разрабатывается реалистичное компьютерное моделирование диффузных остеклений для ситуации, описанной в этой статье. Для получения дополнительной информации об этом исследовании читатель направляется на ряд результатов исследований, сделанных Я. Клемом из Лаборатории Лоуренса Беркли, опубликованных в ASHRAE Transactions.

...

ВЫВОДЫ

Использование штор и жалюзей, особенно жалюзей, которые отражают на стороне, обращенной к озеленению, может оказывать значительный контроль над солнечной лучистой тепловой основном из стекла в зданиях. Этот контроль может быть увеличена еще больше, если тени или жалюзи корректируются несколько раз в день. Например, жалюзи или шторы могли быть оставлены открытыми, когда летнее солнце не светило прямо на стекло. Затем в течение дня максимальной летней отопление, жалюзи или шторы может быть постепенно закрыты для отражения излучения обратно в окно, прежде чем оно станет подавать тепло в помещении. В зимние месяцы этот процесс может быть отменён, чтобы пропускать максимальное количество солнечного отопления. Если контроль предоставляемой шторы и жалюзи управляются таким образом, чтобы снизить нагрузку охлаждения летом и может привести к уменьшению в счета за отопление.

Использованные источники

  1. McCluney, R.. "Detennining Solar Radiant Heat Gain of Fenestration Systems." Passive Solar Journal, 4(4). 439-487 (1987)

  2. Klems. .T., "" ASHRAE Transactions. V. 99. Pt. 2

  3. McClimey. R. and Mills. L.. "Effect of Interior Shade on Window Solar Gain." ASHRAE Transactions 1993. V. 99. Pt. 2

  4. ASHRAE. 1989. 1989 ASHRAE handbook-Fundanientals. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Inc.