Моделирование естественного освещения в помещении с решеточным смарт-окном

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Предложен метод моделирования естественного освещения в помещениях с новым типом смарт-окон с решеточным оптическим фильтром. Многочисленные компьютерные программы BPS не имеют соответствующих функций для моделирования в помещениях с решеточными смарт-окнами в силу их отличительных особенностей и новизны. Модифицирован метод расчета автономности непрерывного естественного света (cDA) и на его основе проведено численное моделирование.Материалы и методы. Представлены методы расчета геометрических параметров решеточного фильтра и временных характеристик светопропускания смарт-окна, разработан метод расчета показателя cDA в помещении со смарт-окном с решетками, расположенными под оптимальным углом, приспособленным к траектории движения Солнца относительно окна.Результаты. Получены результаты численного моделирования по разработанному методу для окна с тройным остеклением с применением термохромного материала с температурой переключения 25 °С в помещении здания в г. Оренбурге. Для наиболее жаркого периода — в июне, июле и августе показатель cDA рассчитан в окрашенном состоянии термохромного материала фильтра, для остальных месяцев взято его обесцвеченное состояние. Показано преимущество решеточных смарт-окон перед традиционными в виде увеличения освещенности как в окрашенном, так и обесцвеченном состояниях термохромного материала. За счет пропускания большего количества рассеянного света при блокировке прямого света в заранее заданное время решеточные окна обеспечивают более равномерное круглогодичное распределение освещенности по глубине помещения.Выводы. Решеточные смарт-окна рекомендуется применять на восточных, южных и западных фасадах зданий с режимом работы в дневное время для достижения более комфортных условий естественного освещения на рабочих местах и минимизации энергопотребления и затрат на отопление, вентиляцию, кондиционирование.

Об авторах

Р. С. Закируллин

Оренбургский государственный университет (ОГУ); Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)

Email: rustam.zakirullin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9954-3480

И. А. Оденбах

Оренбургский государственный университет (ОГУ); Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)

Email: irina.odenbakh23@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9284-2162

В. А. Гирин

Оренбургский государственный университет (ОГУ); Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН)

Email: vladimirgirin@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-1323-9235

Е. В. Пикалова

Оренбургский государственный университет (ОГУ)

Email: slyotina.evgenia@yandex.ru

Список литературы

  1. Mahdavi A. In the matter of simulation and buildings: some critical reflections // Journal of Building Performance Simulation. 2019. Vol. 13. Issue 1. Рр. 26–33. doi: 10.1080/19401493.2019.1685598
  2. Kim Y.S., Shin H.S., Park C.S. Model predictive lighting control for a factory building using a deep deterministic policy gradient // Journal of Building Performance Simulation. 2022. Vol. 15. Issue 2. Рр. 174–193. doi: 10.1080/19401493.2021.2019310
  3. Da Silva P.C., Leal V., Andersen M. Occupants’ behaviour in energy simulation tools: lessons from a field monitoring campaign regarding lighting and shading control // Journal of Building Performance Simulation. 2015. Vol. 8. Issue 5. Рр. 338–358. doi: 10.1080/19401493.2014.953583
  4. Табунщиков Ю.А. Окно как интеллектуальный элемент конструкции здания // Энергосбережение. 2008. № 2. С. 16–21. EDN IJPYSZ.
  5. Casini M. Smart buildings: advanced materials and nanotechnology to improve energy-efficiency and environmental performance. Woodhead Publishing, 2016.
  6. Rezaei S.D., Shannigrahi S., Ramakrishna S. A review of conventional, advanced, and smart glazing technologies and materials for improving indoor environment // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 159. Рр. 26–51. doi: 10.1016/j.solmat.2016.08.026
  7. Desideri U., Asdrubali F. Handbook of energy efficiency in buildings. 1 Ed. Butterworth-Heinemann, 2018. 858 р.
  8. Casini M. Active dynamic windows for buildings : a review // Renewable Energy. 2018. Vol. 119. Рр. 923–934. doi: 10.1016/j.renene.2017.12.049
  9. Kheiri F. A multistage recursive approach in time- and frequency-domain for thermal analysis of thermochromic glazing and thermostatic control systems in buildings // Solar Energy. 2020. Vol. 208. Pр. 814–829. doi: 10.1016/j.solener.2020.08.019
  10. Zhao X., Mofid S.A., Jelle B.P., Tan G., Yin X., Yang R. Optically-switchable thermally-insulating VO2-aerogel hybrid film for window retrofits // Applied Energy. 2020. Vol. 278. P. 115663. doi: 10.1016/j.apenergy.2020.115663
  11. Kong M., Egbo K., Liu C.P., Hossain M.K., Tso C.Y., Chao C.Y.H. et al. Rapid thermal annealing assisted facile solution method for tungsten-doped vanadium dioxide thin films on glass substrate // Journal of Alloys and Compounds. 2020. Vol. 833. P. 155053. doi: 10.1016/j.jallcom.2020.155053
  12. Seeboth A., Ruhmann R., Mühling O. Thermotropic and thermochromic polymer based materials for adaptive solar control // Materials. 2010. Vol. 3. Issue 12. Pр. 5143–5168. doi: 10.3390/ma3125143
  13. Ogawa S., Ono Y., Takahashi I. Glass transition behavior of perpendicularly aligned thermotropic liquid crystalline phases consisting of long-chain trehalose lipids // Journal of Molecular Liquids. 2020. Vol. 298. P. 111954. doi: 10.1016/j.molliq.2019.111954
  14. Szukalski A., Korbut A., Ortyl E. Structural and light driven molecular engineering in photochromic polymers // Polymer. 2020. Vol. 192. P. 122311. doi: 10.1016/j.polymer.2020.122311
  15. Colombi G., Cornelius S., Longo A., Dam B. Structure model for anion-disordered photochromic Gadolinium Oxyhydride thin films // The Journal of Physical Chemistry C. 2020. Vol. 124. Issue 25. Рр. 13541–13549. doi: 10.1021/acs.jpcc.0c02410
  16. Liu J., Lu Y., Li J., Lu W. UV and X-ray dual photochromic properties of three CP. based on a new viologen ligand // Dyes and Pigments. 2020. Vol. 177. P. 108276. doi: 10.1016/j.dyepig.2020.108276
  17. Chen P.W., Chang C.T., Ko T.F., Hsu S.C., Li K.D., Wu J.Y. Fast response of complementary electrochromic device based on WO3/NiO electrodes // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. Issue 1. doi: 10.1038/s41598-020-65191-x
  18. Li W., Zhang X., Chen X., Zhao Y., Wang L., Chen M. et al. Lithiation of WO3 films by evaporation method for all-solid-state electrochromic devices // Electrochimica Acta. 2020. Vol. 355. P. 136817. doi: 10.1016/j.electacta.2020.136817
  19. Zhang W., Chen X., Wang X., Zhu S., Wang S., Wang Q. Pulsed electrodeposition of nanostructured polythiothene film for high-performance electrochromic devices // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2021. Vol. 219. P. 110775. doi: 10.1016/j.solmat.2020.110775
  20. Ismail A.H., Yahya N.A.M., Mahdi M.A., Yaacob M.H., Sulaiman Y. Gasochromic response of optical sensing platform integrated with polyaniline and poly(3,4-ethylenedioxythiophene) exposed to NH3 gas // Polymer. 2020. Vol. 192. P. 122313. doi: 10.1016/j.polymer.2020.122313
  21. Hu C.-W., Nishizawa K., Okada M., Yamada Y., Watanabe H., Tajima K. Roll-to-roll production of Prussian blue/P. nanocomposite films for flexible gasochromic applications // Inorganica Chimica Acta. 2020. Vol. 505. P. 119466. doi: 10.1016/j.ica.2020.119466
  22. Соловьёв А.К. Современные подходы к нормированию естественного освещения жилых зданий. Результаты исследований // Светотехника. 2020. № 4. С. 5–10. EDN RWIEAU.
  23. Патент RU № 2509324. Способ регулирования направленного светопропускания / Р.С. Закируллин; заявл. № 2012130148/28 от 05.11.2010; опубл. 03.10.2014. Бюл. № 7. 3 с.
  24. Патент RU № 2677069. Способ углового регулирования направленного светопропускания окна / Р.С. Закируллин; заявл. № 2017144699 от 12.07.2017; опубл. 15.01.2019. Бюл. № 2. 2 с.
  25. Zakirullin R.S. Optimized angular selective filtering of direct solar radiation // Journal of the Optical Society of America A. 2018. Vol. 35. Issue 9. P. 1592. doi: 10.1364/JOSAA.35.001592
  26. Zakirullin R.S. A smart window for angular selective filtering of direct solar radiation // Journal of Solar Energy Engineering. 2020. Vol. 142. Issue 1. doi: 10.1115/1.4044059
  27. Zakirullin R.S. Chromogenic materials in smart windows for angular-selective filtering of solar radiation // Materials Today Energy. 2020. Vol. 17. P. 100476. doi: 10.1016/j.mtener.2020.100476
  28. Закируллин Р.С., Оденбах И.А. Динамический контроль естественного освещения с помощью смарт-окна с решеточным оптическим фильтром // Светотехника. 2021. № 3. С. 47–51. EDN SLEWEW.
  29. Закируллин Р.С., Оденбах И.А. Оптимизация естественного освещения и инсоляции зданий с криволинейными фасадами // Academia. Архитектура и строительство. 2021. № 2. С. 111–116. doi: 10.22337/2077-9038-2021-2-111-116. EDN KFAAUZ.
  30. Zakirullin R.S. Typology of buildings with grating smart windows with azimuthally optimized light transmission // Journal of Architectural Engineering. 2022. Vol. 28. Issue 4. doi: 10.1061/(ASCE)AE.1943-5568.0000566
  31. Reinhart C.F., Mardaljevic J., Rogers Z. Dyna-mic Daylight Performance Metrics for Sustainable Buil-ding Design // LEUKOS. 2006. Vol. 3. Issue 1. Рр. 7–31. doi: 10.1582/LEUKOS.2006.03.01.001
  32. Hopkinson R.G., Longmore J., Petherbridge P. An Empirical formula for the computation of the indirect component of daylight factor // Transactions of the Illu-minating Engineering Society. 1954. Vol. 19. Issue 7. Рр. 201–219. doi: 10.1177/147715355401900701
  33. Michael P.R., Johnston D.E., Moreno W. A conversion guide: solar irradiance and lux illuminance // Journal of Measurements in Engineering. 2020. Vol. 8. Issue 4. Рр. 153–166. doi: 10.21595/jme.2020.21667

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».