6) The final (actual) angular characteristic of the filter fin with the accepted g e ometric parameters is obtained by the correction taking into account the angular dependence of the reflectance and absorptance by: fin = cal 6) Действительная (фактическая) угловая характеристика фильтра fin с принятыми параметрами получается путем коррекции с учетом угловой зависимости коэффициентов отражения и поглощения по формуле: fin = cal raw.
Widths of the strips of the filter's gratings and characteristic angle of the filter for a window with the azimuth 120 providing the preset direct light transmittance are determined in Figs. Ширины полос решеток и характеристический угол фильтра для окна с азимутом 120, обеспечивающие заданный коэффициент направленного светопропускания, определяются по рис. 2-410-12.2. Fig.На рис. 2 показана схема определения характеристического угла фильтра с учетом оптимального угла наклона его решеток 15, рассчитанного по методу, приведенному в [10], для широты г. Оренбурга при азимуте окна 120. The positions of the points 0 and 0 1 are taken from Fig. Позиции точек 0 и 01 взяты для 11 ч. 30 min.30 мин. (момент времени с максимумом солнечной радиации в Оренбурге) and 15th of June.для 15 июня (день с максимумом солнечной радиации в Оренбурге). The point 0 4 is the projection of the point 0 1 on a plane perpendicular to the window surface.Точка 04 является проекцией точки 01 на плоскость, перпендикулярную к поверхности стекла. The characteristic angle is calculated through the distance between the points 0 and 0 4 : c = arctg |00 4 | Характеристический угол рассчитывается по расстоянию между точками 0 и 04: ?c = arctg |004| / s. At the distance between the panes of 16 mm the characteristic angle is equal: c = 40.245 . При расстоянии между стеклами 16 мм характеристический угол равен: c = 40,245.
Рисунок 2. Определение характеристического угла фильтра. Fig.0 - точка падения на входную решетку, 01 - ее след на выходной решетке, 02, 03 и 04 - проекции точки 01
Заданная угловая зависимость светопропускания фильтра с ?c = 40,245 представлена на рис. 11 by line pre .3 линией ?pre. According to the above described alg o rithm, the corrected characteristic is calculated by: cor = pre / raw, taking into account Eq.В соответствии с описанным выше алгоритмом, скорректированная характеристика вычисляется по формуле: ?cor = ?pre / ?raw с учетом формулы (8). (8). It is repl aced by a polygonal line app, the increasing and decreasing areas of which are symmetrical relative to a vertical axis of the characteristic angle.Она заменена ломаной линией ?app, возрастающие и убывающие участки которой расположены симметрично относительно вертикальной оси характеристического угла. To calculate the widths of the alternating strips a system of equations is composed:Для расчета ширин чередующихся полос оставлена система уравнений:
t1 + t2 = t3 + t4;
1 = (0.5 t1 - 0.5 t4 + s tg c - s tg 1) / (t1 + t2);
2 = t3 / (t1 + t2);
3 = (t1 - t4) / (t1 + t2), (9)
где 1, 2, 3 и 1 взяты из рис. 11 for areas of the approximated characteristic app .3 для участков аппроксимированной характеристики app. After solving this system, the values of the w idths of the strips are: t 1 = 16.1408 mm, t 2 = 7.3538 mm, t 3 = 16.0468 mm, and t 4 = 7.4478 mm. После решения этой системы получены значения ширин полос: t1 = 16,1408 мм, t2 = 7,3538 мм, t3 = 16,0468 мм, и t4 = 7,4478 мм. Результаты расчета угловой характеристики фильтра с округленными значениями его геометрических параметров t1 = 16 мм, t2 = 7,5 мм, t3 = 16 мм, t4 = 7,5 мм и c = 40 показаны на рис. 11 by line cal .33 линией cal.where 1, 2, 3 and 1 are taken from Fig.
Рисунок 3. Угловые характеристики фильтра. Fig.pre, cor, app, cal ? fin - заданная, скорректированная, аппроксимированная, расчетная и действительная характеристики, соответственно
The final (actual) angul ar characteristic of the filter fin is obtained after the correction of the calculated characteristic cal taking into account the angular dependence of the reflectance and absorptance by: fin = cal.
Действительная характеристика фильтра fin получается после коррекции расчетной характеристики cal с учетом угловой зависимости коэффициентов отражения и поглощения по формуле: fin = cal raw с учетом формулы (8). These characteristics differ signifi cantly from each other at the large incidence angles at which the direct solar radiation passes into the room only to the area near the window. Эти характеристики отличаются друг от друга достаточно сильно при больших углах падения, при которых прямое солнечное излучение проходит в комнату только в приоконное пространство.
A method of optimization of angular selective filtering the solar radiation has been presented.Смарт-окна с оптическими фильтрами, представленными в статье, обеспечивают комфортные условия для достижения гигиенических требований к естественному и искусственному освещению и инсоляции, приведенных в санитарно-эпидемиологических правилах и нормативах СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях».
Список литературы
1. Peters, M., Goldschmidt, J.C., Loeper, P., Blдsi, B., Willeke, G. Lighttrapping with angular selective filters. - Proceedings of the 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. - Valencia, Spain. - 1-5 September 2008.
2. Hцhn, O., Kraus, T., Bauhuis, G., Schwarz, U.T., Blдsi, B. Maximal power output by solar cells with angular confinement. - Opt. Express. - 22 (S3). - A721. - 2014.
3. Berning, P.H. Principles of design of architectural coatings. - Appl. Opt. - 22. - P. 4127-4141. - 1983.
4. Nikonorov, N.V., Sidorov, A.I., Tsekhomski, V.A., Vinogradova, O.P. Low-threshold nonlinear-optical response of photochromic glasses with copper chloride nanocrystals. - J. Opt. Technol. - 75. - P. 809-812. - 2008.
5. Gao, Y., Luo, H., Zhang, Z., Kang, L., Chen, Z., Du, J., Kanehira, M., Cao, C. Nanoceramic VO2 thermochromic smart glass: A review on progress in solution processing. - Nano Energy. - 1 (2). - P. 221-246. - 2012.
6. Seeboth, A., Ruhmann, R., Mьhling, O. Thermotropic and Thermochromic Polymer Based Materials for Adaptive Solar Control. - Materials. - 3. - P. 5143-5168. - 2010.
7. Niklasson, G.A., Granqvist, C.G. Electrochromics for smart windows: thin films of tungsten oxide and nickel oxide, and devices based on these. J. Mater. Chem. - 17. - P. 127-156. - 2007.
8. Andersen, M., Rubin, M., Powles, R., Scartezzini, J.-L. Bi-directional transmission properties of Venetian blinds: experimental assessment compared to ray-tracing calculations. - Solar Energy. - 78 (2). - P. 187-198. - 2005.
9. Fernandes, L.L., Lee, E.S., McNeil, A., Jonsson, J.C., Nouidui, T., Pang, X., Hoffmann, S. Angular selective window systems: Assessment of technical potential for energy savings. - Energy and Buildings. - 90. - P. 188-206. - 2015.
10. Zakirullin, R.S., Letuta, S.N. A smart window for angular selective filtering solar radiation. - Solar Energy. - 120. - P. 585-592. - 2015.
11. Zakirullin, R.S. Сreating optical filters with angular-selective light transmission. - Appl. Opt. - 54, No. 21. - P. 6416-6419. - 2015.
12. Закируллин, Р.С. Оптические фильтры с поверхностными решетками для углового селективного регулирования направленного светопропускания : автореф. дис. … д-ра техн. наук : 01.04.05 : защищена 16.11.16 : утв. 28.04.17. - Москва, 2016. - 38 с.
13. Zakirullin R.S. An optical filter with angular selectivity of the light transmission. - Proc. SPIE. - Vol. 9579. - 95790Q. - 9 p. - 2015.
14. Пат. 2509324 Российская Федерация. Способ регулирования направленного светопропускания / Закируллин Р.С. - № 2012130148/28; заявл. 17.07.12; опубл. 10.03.14, Бюл. № 7. - 3 с.