IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

В ноябре 2009 года был принят Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности». Целью настоящего Федерального закона является создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

Использование тепловой энергии солнца в пассивных и активных системах теплоснабжения один из путей к энергосбережению [1-5].

Снижение энергозатрат на отопление и кондиционирование зданий может быть достигнуто за счет применения экранирующих теплоизоляционных средств или смарт-окон, не требующих регулярного обслуживания и функционирующих с автоматическим слежением изменений интенсивности излучения.

Предлагаемые подвижные экранирующие устройства (рис. 1) позволяют осуществлять плавное регулирование процессов теплопоступления от солнечной радиации и теплопотерь в окружающую среду в зависимости от времени года. В этом случае не только используется солнечная радиация для пассивного отопления в холодный и переходный периоды года, но и предотвращаются чрезмерные теплопоступления в летние месяцы, что значительно снизит нагрузку на системы кондиционирования воздуха и холодоснабжения.

Для светопрозрачных наружных ограждений целесообразно устанавливать защитную конструкцию [6], выполняющую функции экранирующего и изолирующего средства с минимальными капитальными и эксплутационными затратами на его обустройство. Устройство может быть применено как для окон здания, так и для строительных ограждений, имеющих светопрозрачное покрытие и используемых в качестве аккумуляторов теплоты при пассивном солнечном отоплении.

Экранирующая конструкция, изображенная на рис. 1 состоит из дополнительной рамы 4, установленной в коробке окна между наружным и внутренним остеклением. К дополнительной раме 4, имеющей тепловую изоляцию 5, прикреплены с помощью упругих связей 6 теплоизоляционные полимерные пластины 7 с металлизированным покрытием. Пластины 7 снабжены легкой металлической вставкой 8 в своей верхней крайней части, ближней к наружной раме 1.

На внешней стороне окна, не затеняя его остекления, закреплен солнечный элемент 9, связанный посредством переключателя 10 с механизмом поворота 11 теплоизоляционных полимерных пластин 7.

Рис. 1. Экранирующее устройство: а) разрез окна; б) размещение полимерных пластин при выключенном переключателе или в отсутствии солнечной радиации; в) рабочее положение полимерных пластин;

г) механизм поворота полимерных пластин

При воздействии солнечной радиации на элемент 9 в нем вырабатывается небольшое количество электроэнергии, которое при включенном переключателе 10 передается на токопроводящую пластину 12. В результате возникает электромагнитное поле, под воздействием которого металлические вставки 8, притягиваясь к токопроводящей пластине 12, беспрепятственно развернут (из-за упругости связей 6) теплоизоляционные полимерные пластины 7 в рабочее положение. Солнечное излучение в этом случае будет проникать между теплоизоляционными полимерными пластинами 7, попадая на их металлизированное покрытие, лучи будут отражаться и направляться в глубину помещения. В нерабочем состоянии при отключенном переключателе 10 пластины 7 полностью перекрывают сечение дополнительной рамы 4.

Регулирование потока солнечной радиации, проникающей сквозь остекление, осуществляется с помощью изменения положения токопроводящей пластины 12. В летние месяцы, когда поступающая на остекление солнечная энергия достигает максимальных значений, пластину 12 следует устанавливать с помощью стержней 13 ближе к дополнительной раме 4. Тогда ее сечение будет частично перекрыто теплоизоляционными полимерными пластинами 7, и вследствие этого незначительное количество излучения, достаточное для освещения, проникнет в глубину помещения. Это сократит теплопоступления в период высоких температур наружного воздуха и тем самым снизит холодопроизводительность систем кондиционирования воздуха.

Стержни 13 имеют резьбу 15 и шарнирное закрепление в наружной 1 и внутренней 2 рамах, поэтому при свободном вращении их концов 14 происходит линейное перемещение токопроводящей пластины 12 по резьбе 15. При необходимости беспрепятственного проникновения солнечного излучения сквозь остекление, токопроводящая пластина 12 устанавливается вращением концов 14 стержней 13 в крайнее ближнее к наружной раме 1 положение. При этом пластины 7 развернутся под углом 90^о к плоскости дополнительной рамы 4 и ее сечение будет открыто. Такой режим эксплуатации устройства следует осуществлять в переходный и холодный периоды года, чтобы максимально использовать солнечное пассивное отопление для экономии тепловой энергии.

В ночное время суток, когда на светочувствительный элемент 9 не поступает солнечная радиация и, как следствие, не вырабатывается электроэнергия, необходимая для создания электромагнитного поля, теплоизоляционные полимерные пластины 7 за счет упругости связей 6 возвращаются в нерабочее положение, то есть полностью перекрывают сечение дополнительной рамы 4. В холодный и переходный периоды года в ночное время дополнительная рама, закрытая эффективным теплоизоляционном материалом, состоящим из отдельных полимерных пластин 7, позволяет сократить затраты теплоты на поддержание нормируемой температуры внутреннего воздуха.

Смарт-стекло (электрохромное стекло, умное стекло, стекло с изменяющимися оптическими свойствами), применяемое для изготовления наружных окон - это композит из слоев стекла и различных химических материалов, изменяющий свои оптические свойства (матовость, коэффициент пропускания, коэффициент поглощения тепла и т.д.) при изменении внешних условий, например, освещенности, температуры или при подаче электрического напряжения [8].

Технология смарт-окон (рис. 2) находится в стадии начальной коммерциализации и обладает огромным потенциалом для будущего проектирования и оснащения коммерческих и жилых зданий. Существующие в архитектуре тенденции к использованию больших площадей остекления и постоянно повышающиеся требования к сокращению энергопотребления создают уникальные возможности для внедрения смарт-окон [7].

Эксплуатационные качества смарт-стекла зависят от рассматриваемого типа (LCD, SPD, электрохромные технологии). Окна с технологией LCD (жидкокристаллические устройства) меняют свои свойства от полупрозрачного до прозрачного за несколько миллисекунд и не зависят от его размеров. Переключение SPD-окна (устройства со взвешенными частицами) от затемненного к прозрачному состоянию происходит за несколько секунд и не зависит от размера стекла. Время перехода для небольшого электрохромного окна из прозрачного в матовое состояние составляет от трех до пяти минут, и затемнение происходит от краев к центру окна.

Выбор нужного типа интеллектуального окна должен осуществляться согласно  технико-экономическому обоснованию.

Рис. 2. Смарт-окна: а) устройства со взвешенными частицами; б) жидкокристаллические устройства; в) электрохромные устройства

Выводы

Таким образом, интеллектуальные светопрозрачные  ограждающие конструкции зданий позволяют регулировать поступление солнечной радиации. В экранирующих устройствах регулирование осуществляется за счет установленных в дополнительной раме 4 теплоизоляционных пластин 7 с металлизированным покрытием, которые при воздействии электромагнитного поля вызванного солнечным излучением и благодаря упругим связям 6 могут повернуться на любой угол до 90^о по отношению к полости дополнительной рамы 4.  В смарт-окнах регулирование происходит за счет изменяющихся оптических свойств (матовость, коэффициент пропускания, коэффициент поглощения тепла и т.д.) при изменении внешних условий, например, освещенности, температуры или при подаче электрического напряжения.

Экранирующие устройства и смарт-окна не только не нарушат архитектурных решений, но и откроют новые возможности в проектировании энергоэффективных зданий.

Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» будет способствовать внедрению новых технологий остекления зданий.

Библиографический список

1. Сотникова, О.А. Экономическая эффективность использования солнечных систем горячего водоснабжения/ О.А. Сотникова, Д.М. Чудинов // АВОК. - 2007 - № 2. - С. 88-94.
2. Сотникова, О.А. Экономическое обоснование и перспективы развития солнечного теплоснабжения / О.А. Сотникова, Д.И. Чудинов, Т.В. Щукина // Промышленная энергетика. - 2008 - № 6. - С. 50-52.
3. Чудинов, Д.М. Влияние параметров оборудования гелиоустановок на эффективность альтернативного теплоснабжения зданий / Д.М. Чудинов, Т.В. Щукина, О.А. Сотникова // Промышленная энергетика . - 2008 - № 9. - С. 44-46.
4. Сотникова, О.А. Оценка ресурсов солнечной энергии для проектирования гелиоустановок / О.А. Сотникова, Д.М. Чудинов, Т.В. Щукина // Изв. Вузов. Строительство. - 2008 - № 4. - С. 56-60.
5. Чудинов, Д.М. Обеспечение необходимого уровня энергоактивности солнечных систем, проектируемых для регионов Российской Федерации / Д.М. Чудинов, О.А. Сотникова, Т.В. Щукина // Энергосбережение. - 2009. - № 3. - С. 74-76.
6. Щукина, Т.В. Солнечное теплоснабжение зданий и сооружений / Т.В. Щукина. - Воронеж: ВГАСУ, 2007. - 121 с.
7. Рудолф, С.Е. Энергосберегающие технологии в производстве «умных» окон / С.Е. Рудолф, Д. Диекманн, Д. Бродрик // Энергосбережение. - 2009. - № 7. - С. 60-63.
8. Информация с сайта http://abava.net/smartglass.shtml#principe

Код для цитирования: Скопировать