RU2759758C1 - Method for seasonal calibration of light transmission of smart window with double lattice optical filter - Google Patents
Method for seasonal calibration of light transmission of smart window with double lattice optical filter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2759758C1 RU2759758C1 RU2021102326A RU2021102326A RU2759758C1 RU 2759758 C1 RU2759758 C1 RU 2759758C1 RU 2021102326 A RU2021102326 A RU 2021102326A RU 2021102326 A RU2021102326 A RU 2021102326A RU 2759758 C1 RU2759758 C1 RU 2759758C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- window
- light transmission
- sun
- gratings
- year
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E06—DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
- E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
- E06B9/00—Screening or protective devices for wall or similar openings, with or without operating or securing mechanisms; Closures of similar construction
- E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V11/00—Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00
- F21V11/02—Screens not covered by groups F21V1/00, F21V3/00, F21V7/00 or F21V9/00 using parallel laminae or strips, e.g. of Venetian-blind type
Abstract
Description
Изобретение применимо в архитектуре и строительстве для углового селективного саморегулирования светопропускания окна с адаптацией к траектории солнца относительно него и с учетом сезонного изменения угла падения солнечных лучей на поверхность окна. Изобретение предназначено к использованию в окнах с двумя и более слоями остекления.The invention is applicable in architecture and construction for angular selective self-regulation of light transmission of a window with adaptation to the trajectory of the sun relative to it and taking into account the seasonal change in the angle of incidence of sunlight on the surface of the window. The invention is intended for use in windows with two or more glazing layers.
При угловом регулировании направленного светопропускания окна обеспечивается пропускание определенной части падающего направленного (прямого) солнечного света (а также солнечной энергии) при каждом угле падения солнечных лучей, остальная часть отражается, поглощается или рассеивается. Устройства, предназначенные для углового регулирования направленного светопропускания, принудительно ослабляют интенсивность падающего излучения в зависимости от угла падения лучей, т. е. являются нейтральными оптическими фильтрами (G02B 5/20 - Оптические элементы иные, чем линзы - фильтры). Принудительное регулирование светопропускания с помощью таких устройств осуществляется дополнительно к самопроизвольному изменению светопропускания остекленных конструкций вследствие угловой зависимости коэффициентов отражения и поглощения. Известно, что при увеличении угла падения коэффициенты отражения и поглощения возрастают, следовательно, коэффициент пропускания света уменьшается.With the angular adjustment of the directional light transmission of the window, a certain part of the incident directed (direct) sunlight (as well as solar energy) is transmitted at each angle of incidence of the sun's rays, the rest is reflected, absorbed or scattered. Devices designed for angular adjustment of directional light transmission forcibly attenuate the intensity of the incident radiation depending on the angle of incidence of the rays, that is, they are neutral optical filters (G02B 5/20 - Optical elements other than lenses - filters). Forced control of light transmission with the help of such devices is carried out in addition to a spontaneous change in light transmission of glazed structures due to the angular dependence of the reflection and absorption coefficients. It is known that with an increase in the angle of incidence, the reflection and absorption coefficients increase, therefore, the light transmittance decreases.
Для регулирования направленного светопропускания окна в зависимости от угла падения лучей применяют различные дополнительные устройства перераспределения светового потока, например, жалюзи, решетки, диафрагмы, которые при изменении своего положения по отношению к окну могут обеспечивать изменение проходящего в помещение светового потока от солнечного излучения. Подобные устройства с ручным или автоматическим управлением являются аналогами изобретения и относятся к рубрикам МПК: F21V 11/02 - Экраны, состоящие из параллельных пластин или полос, например типа подъемных жалюзи; E06B 9/24 - Экранирующие устройства и другие приспособления для защиты от света, в частности от солнечного; прочие устройства для защиты от заглядывания в окна.To regulate the directional light transmission of the window, depending on the angle of incidence of the rays, various additional devices for redistributing the luminous flux are used, for example, blinds, gratings, diaphragms, which, when changing their position with respect to the window, can provide a change in the light flux passing into the room from solar radiation. Such devices with manual or automatic control are analogous to the invention and belong to the IPC headings: F21V 11/02 - Screens consisting of parallel plates or strips, for example, of the type of lifting blinds; E06B 9/24 - Shielding devices and other devices for protection from light, in particular from sunlight; other devices for protection against looking into windows.
Лучшими из перечисленных устройств регулирования светопропускания окна в зависимости от угла падения солнечных лучей являются горизонтальные подъемные пластинчатые жалюзи с автоматическим или ручным регулированием угла поворота ламелей.The best of the listed devices for adjusting the light transmission of the window, depending on the angle of incidence of the sun's rays, are horizontal lifting lamellar blinds with automatic or manual adjustment of the angle of rotation of the lamellas.
В последние годы появились рулонные шторы-жалюзи типа «зебра» для вертикальных окон, состоящие из двух тканевых полотен с чередующимися горизонтальными прозрачными, полупрозрачными и непрозрачными полосами. Регулирование светопропускания осуществляется при передвижении полотен друг относительно друга по вертикали за счет относительного расположения полос различного типа на двух полотнах.In recent years, zebra-type roller blinds for vertical windows have appeared, consisting of two fabrics with alternating horizontal transparent, translucent and opaque stripes. Regulation of light transmission is carried out when moving the canvases relative to each other vertically due to the relative position of strips of different types on two canvases.
В патенте RU 2306397 C1 описаны способ получения и устройство солнцезащитного ограждения из полимерного материала. Устройство представляет собой горизонтальные жалюзи с неподвижными ламелями из непрозрачного материала, находящимися внутри ограждения из прозрачного полимерного материала. Такая конструкция является менее эффективной для углового регулирования светопропускания по сравнению с обычными жалюзи из-за невозможности поворота и передвижения ламелей.In the patent RU 2306397 C1, a method of obtaining and a device for a sun protection enclosure made of a polymer material is described. The device is a horizontal blind with fixed lamellas made of opaque material, located inside a fence made of transparent polymer material. This design is less effective for angular adjustment of light transmission compared to conventional blinds due to the impossibility of rotation and movement of the slats.
В патенте US 3085474 A описан оптический элемент, состоящий из прозрачного листового материала с чередующимися пропускающими и не пропускающими параллельными полосами на обеих поверхностях. Такой элемент предлагается использовать в горизонтальных (крышных) или вертикальных окнах для углового регулирования их светопропускания. Пропускающие полосы могут быть окрашены. Не пропускающие полосы могут быть отражающими, поглощающими или рассеивающими.US Pat. No. 3,085,474 A describes an optical element consisting of a transparent sheet material with alternating transmissive and non-transmissive parallel stripes on both surfaces. It is proposed to use such an element in horizontal (roof) or vertical windows for angular adjustment of their light transmission. Transmissive stripes can be colored. Non-transmissive bands can be reflective, absorbing, or scattering.
В патенте US 6467935 B1 описана аналогичная конструкция не только для горизонтальных и вертикальных, но и наклонных окон, причем параллельные полосы предложено изготавливать из материалов с изменяющейся прозрачностью.US Pat. No. 6,467,935 B1 describes a similar design not only for horizontal and vertical windows, but also for inclined windows, whereby parallel stripes are proposed to be made of materials with varying transparency.
Однако в этих патентах US 3085474 A и US 6467935 B1 рассматриваются только случаи, когда источник света (солнце) перемещается в плоскости, перпендикулярной одновременно и к плоскости окна, и к параллельным полосам, расположенным на поверхностях оконного остекления. При изменении угла падения солнечных лучей на окно изменяется коэффициент светопропускания за счет относительного расположения пропускающих полос на двух поверхностях оконной конструкции. Такое расположение полос по отношению к падающим солнечным лучам подходит для углового регулирования светопропускания восточных и западных окон зданий, расположенных на экваторе и близко к нему, для южных окон зданий, расположенных в северном полушарии, и для северных окон зданий, расположенных в южном полушарии.However, in these patents US 3,085,474 A and US 6,467,935 B1 only cases are considered when the light source (sun) moves in a plane perpendicular to both the plane of the window and to parallel stripes located on the surfaces of the window glazing. When the angle of incidence of the sun's rays on the window changes, the light transmission coefficient changes due to the relative location of the transmission strips on the two surfaces of the window structure. This arrangement of stripes in relation to the incident sunlight is suitable for angular adjustment of the light transmission of the eastern and western windows of buildings located at and close to the equator, for the southern windows of buildings located in the northern hemisphere, and for northern windows of buildings located in the southern hemisphere.
Для окон с перечисленными азимутами ориентации по сторонам света оптимальными являются также горизонтальные пластинчатые жалюзи, рулонные шторы-жалюзи «зебра» с горизонтальными полосами, солнцезащитные ограждения со встроенными горизонтальными жалюзи по патенту RU 2306397 C1. Однако применение всех рассмотренных выше аналогов предлагаемого изобретения в окнах с другими азимутами ориентации не обеспечивает оптимального углового регулирования светопропускания окон из-за сложной криволинейной траектории солнца, изменяющейся по времени года (календарным датам) и по времени светового дня.For windows with the listed azimuths of orientation to the cardinal points, horizontal lamellar blinds, zebra roller blinds with horizontal stripes, sun fences with built-in horizontal blinds according to patent RU 2306397 C1 are also optimal. However, the use of all the above analogs of the present invention in windows with other azimuths of orientation does not provide optimal angular control of the light transmission of the windows due to the complex curvilinear trajectory of the sun, which varies with the season (calendar dates) and daylight hours.
Прототипом изобретения являются патенты RU 2509324 С2 и RU 2677069 С2 по способу регулирования направленного светопропускания с помощью оптического фильтра, состоящего из двух поверхностных решеток с чередующимися направленно пропускающими и непропускающими (рассеивающими, отражающими или поглощающими) параллельными полосами с расчетом ширин всех полос и угла наклона полос по отношению к горизонтали для обеспечения предварительно заданной зависимости светопропускания окна от угла падения. Эти изобретения обеспечивают оптимизированное угловое регулирование светопропускания окна с адаптацией к траектории движения солнца относительно окна и с минимизацией светопропускания окна в выбранный день года и выбранное время дня. На основе данного способа регулирования в [Zakirullin R.S. Chromogenic materials in smart windows for angular-selective filtering of solar radiation // Mater. Today Energy. - 2020. - No. 17. - 100476. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100476] получена следующая формула для расчета теоретического коэффициента τ светопропускания смарт-окна с оптическим фильтром в зависимости от времени суток:The prototype of the invention are patents RU 2509324 С2 and RU 2677069 С2 on a method of regulating directional light transmission using an optical filter consisting of two surface gratings with alternating directionally transmitting and non-transmitting (scattering, reflecting or absorbing) parallel stripes with the calculation of the widths of all stripes and the angle of inclination of the stripes with respect to the horizontal to provide a predetermined dependence of the window light transmission on the angle of incidence. These inventions provide an optimized angular control of the light transmission of the window, adapting to the path of the sun relative to the window and minimizing the light transmission of the window on a selected day of the year and at a selected time of day. Based on this method of regulation in [Zakirullin R.S. Chromogenic materials in smart windows for angular-selective filtering of solar radiation // Mater. Today Energy. - 2020. - No. 17. - 100476. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100476] the following formula was obtained for calculating the theoretical coefficient τ of light transmission of a smart window with an optical filter depending on the time of day:
где Δ - сдвиг между следами входной решетки фильтра на поверхности выходной решетки при характеристическом угле фильтра и произвольном угле падения в данный момент времени; c 2 - ширина непропускающей полосы входной решетки; c 3 - ширина пропускающей полосы выходной решетки; c 1 - ширина пропускающей полосы входной решетки.where Δ is the shift between the traces of the input grating of the filter on the surface of the output grating at the characteristic angle of the filter and an arbitrary angle of incidence at a given moment in time; c 2 - the width of the non-transmitting band of the input grating; c 3 - bandwidth of the output grating; c 1 - bandwidth of the input grating.
Характеристический угол фильтра показывает сдвиг двух решеток фильтра друг относительно друга вдоль поверхностей остекления по направлению перпендикуляра к полосам обеих решеток. По формуле (1) при неизменных ширинах полос теоретический коэффициент светопропускания зависит только от модуля величины сдвига Δ, и с его увеличением также увеличивается. Теоретический коэффициент светопропускания не учитывает отражения солнечного излучения от поверхностей стекол и поглощения материалом стекла. Его можно корректировать с учетом отражения по известным формулам Френеля и поглощения по закону Бугера-Ламберта [Zakirullin R.S. Chromogenic materials in smart windows for angular-selective filtering of solar radiation // Mater. Today Energy. - 2020. - No. 17. - 100476. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100476]. Скорректированный коэффициент всегда меньше теоретического. Из приведенных в этом же источнике формул следует, что величину сдвига Δ при двойном или тройном остеклении, когда решетки фильтра расположены на внутренних поверхностях стекол одной камеры, можно найти по формуле:The characteristic angle of the filter shows the displacement of two filter gratings relative to each other along the glazing surfaces in the direction perpendicular to the strips of both gratings. According to formula (1), with constant bandwidths, the theoretical light transmission coefficient depends only on the modulus of the shift value Δ, and also increases with its increase. The theoretical light transmittance does not take into account the reflection of solar radiation from the glass surfaces and the absorption by the glass material. It can be corrected taking into account the reflection according to the well-known Fresnel formulas and absorption according to the Bouguer-Lambert law [Zakirullin R.S. Chromogenic materials in smart windows for angular-selective filtering of solar radiation // Mater. Today Energy. - 2020. - No. 17. - 100476. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2020.100476]. The adjusted coefficient is always less than the theoretical one. From the formulas given in the same source, it follows that the magnitude of the shift Δ for double or triple glazing, when the filter gratings are located on the inner surfaces of the glasses of one chamber, can be found by the formula:
где s - расстояние между решетками (между стеклами камеры); Θ с - характеристический угол фильтра; θ - проекция реального произвольного угла падения солнечных лучей на плоскость, перпендикулярную к полосам обеих решеток, в данный момент времени. Из формулы (2) видно, что сдвиг Δ увеличивается при увеличении расстояния s, однако, при этом нелинейно уменьшается характеристический угол фильтра Θ с .where s is the distance between the gratings (between the glasses of the chamber); Θ с - characteristic angle of the filter; θ is the projection of a real arbitrary angle of incidence of the sun's rays onto a plane perpendicular to the stripes of both gratings at a given moment in time. It can be seen from formula (2) that the shift Δ increases with increasing distance s , however, in this case, the characteristic angle of the filter Θ s decreases nonlinearly.
На основе патентов RU 2509324 С2 и RU 2677069 С2 в статье [Закируллин Р.С. Оптический фильтр для смарт-окна с угловым селективным светопропусканием // Оптический журнал. - 2019. - Т. 86. - Вып. 5. - С. 23-29. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-05-23-29] разработана программа для расчета коэффициента светопропускания смарт-окна, которая помещена на сайте этого журнала по адресу: http://opticjourn.ru/vipuski/1848-opticheskij-zhurnal-tom-86-05-2019.html. В этой статье рассчитаны ежемесячные зависимости теоретического и скорректированного с учетом отражения и поглощения коэффициентов светопропускания смарт-окна со встроенным оптическим фильтром от времени дня. Эти характеристики показывают изменение в течение года светопропускания фильтра с углом наклона решеток, характеристическим углом и ширинами полос, рассчитанными для дня и времени максимальной солнечной радиации и являющиеся оптимальными только для расчетного времени. В другие месяцы коэффициенты светопропускания могут иметь нежелательные значения, что подтверждается приведенными в статье рисунками и таблицами.Based on patents RU 2509324 С2 and RU 2677069 С2 in the article [R.S. Zakirullin. Optical filter for smart windows with angular selective light transmission // Optical journal. - 2019. - T. 86. - Issue. 5. - S. 23-29. https://doi.org/10.17586/1023-5086-2019-86-05-23-29] a program has been developed to calculate the light transmission coefficient of a smart window, which is posted on the website of this magazine at: http://opticjourn.ru /vipuski/1848-opticheskij-zhurnal-tom-86-05-2019.html. This article calculates the monthly dependences of the theoretical and corrected for reflection and absorption coefficients of light transmission of a smart window with a built-in optical filter on the time of day. These characteristics show the change in the light transmission of the filter during the year with the angle of inclination of the gratings, the characteristic angle and the bandwidths calculated for the day and time of maximum solar radiation and are optimal only for the estimated time. In other months, the light transmission coefficients may have undesirable values, which is confirmed by the figures and tables given in the article.
В отличие от прототипов, предлагаемое изобретение оптимизирует решение технической проблемы углового регулирования направленного светопропускания окна с минимизацией светопропускания в определенное время дня не только для одного месяца года, но и для других месяцев, за счет изменения расстояния между двумя решетками фильтра. Обеспечиваемый изобретением технический результат - оптимизированное угловое регулирование светопропускания окна с адаптацией к траектории движения солнца относительно окна и с минимизацией светопропускания окна в выбранное время дня в разные месяцы года, - может быть достигнут в оконных конструкциях с применением оптических фильтров, описанных в патентах RU 2509324 С2, RU 2677069 С2, US 3085474 A и US 6467935 B1.In contrast to the prototypes, the proposed invention optimizes the solution to the technical problem of angular regulation of directional light transmission of the window with minimization of light transmission at a certain time of the day, not only for one month of the year, but also for other months, by changing the distance between the two filter grids. The technical result provided by the invention - optimized angular regulation of window light transmission with adaptation to the trajectory of the sun relative to the window and with minimization of window light transmission at a selected time of the day in different months of the year - can be achieved in window structures using optical filters described in patents RU 2509324 C2 , RU 2677069 C2, US 3085474 A and US 6467935 B1.
Сущность изобретения состоит в совокупности следующих существенных признаков, достаточной для оптимизации решения технической проблемы углового регулирования светопропускания окна и обеспечения технического результата - оптимизированного углового регулирования светопропускания окна с адаптацией к траектории движения солнца относительно него и с минимизацией светопропускания в выбранное время дня в разные месяцы года, за счет сезонной калибровки расстояния между двумя стеклами остекления с поверхностными решетками фильтра с целью сезонного изменения временных характеристик светопропускания окна:The essence of the invention consists in the combination of the following essential features, sufficient to optimize the solution of the technical problem of angular regulation of the light transmission of the window and to provide the technical result - optimized angular regulation of the light transmission of the window with adaptation to the trajectory of the sun relative to it and with the minimization of light transmission at the selected time of the day in different months of the year, due to seasonal calibration of the distance between two glass panes with surface filter gratings in order to seasonally change the temporal characteristics of the light transmission of the window:
1) по заданным географическим координатам здания, для выбранного с учетом местного климата дня года с максимальными солнцезащитными требованиями (например, для дня с максимальной интенсивностью солнечной радиации в году или середины самого жаркого периода года), с помощью онлайн-калькулятора рассчитывают значения высот стояния h и азимутов А солнца через определенные периоды времени светового дня (например, через каждые полчаса) относительно выбранного момента времени, например, когда азимут солнца равняется азимуту ориентации окна А о (А = А о), т.е. солнечные лучи падают на окно в плоскости, перпендикулярной плоскости окна;1) according to the given geographical coordinates of the building, for the day of the year with maximum sun protection requirements selected taking into account the local climate (for example, for the day with the maximum intensity of solar radiation in the year or the middle of the hottest period of the year), using the online calculator, the values of the standing heights h and azimuths A of the sun after certain periods of daylight hours (for example, every half hour) relative to a selected moment in time, for example, when the azimuth of the sun is equal to the azimuth of the window A o ( A = A o ), i.e. the sun's rays fall on the window in a plane perpendicular to the plane of the window;
2) с учетом азимута ориентации окна и полученных значений высот стояния и азимутов солнца по частному случаю первой теоремы косинусов для трехгранного угла (этот угол образуется вертикальной плоскостью окна, горизонтальной плоскостью, проходящей через точку падения солнечного луча на окно, и плоскостью падения солнечного луча на окно), когда двугранный угол напротив искомого плоского угла равен 90°°, рассчитывают углы падения Θ солнечных лучей на окно: cos Θ = cos h cos (А - А о);2) taking into account the azimuth of the window orientation and the obtained values of the standing heights and azimuths of the sun in the special case of the first cosine theorem for the trihedral angle (this angle is formed by the vertical plane of the window, the horizontal plane passing through the point of incidence of the sunbeam on the window, and the plane of incidence of the sunbeam on window), when the dihedral angle opposite the desired plane angle is 90 °°, the angles of incidence Θ of the sun's rays on the window are calculated: cos Θ = cos h cos ( A - A o );
3) с учетом полученных значений высот стояния и азимутов солнца и углов падения лучей по правилам начертательной геометрии строят траекторию движения солнца относительно вертикальной плоскости окна в диапазоне углов падения солнечных лучей от 0° до 60° (при больших углах нет необходимости углового регулирования светопропускания из-за высоких коэффициентов отражения);3) taking into account the obtained values of the standing heights and azimuths of the sun and the angles of incidence of the rays, according to the rules of descriptive geometry, the trajectory of the sun's movement relative to the vertical plane of the window is constructed in the range of angles of incidence of the sun's rays from 0 ° to 60 ° (at large angles, there is no need for angular adjustment of light transmission from for high reflectivity);
4) проводят прямую линию, являющуюся результатом линейной аппроксимации построенной траектории, или проводят касательную к траектории в точке, соответствующей времени максимальной интенсивности солнечного излучения в течение светового дня (если в такой момент времени угол падения солнечных лучей на окно находится в пределах от 0° до 60°);4) draw a straight line, which is the result of linear approximation of the constructed trajectory, or draw a tangent to the trajectory at a point corresponding to the time of maximum intensity of solar radiation during daylight hours (if at such a moment in time the angle of incidence of sunlight on the window is in the range from 0 ° to 60 °);
5) искомый угол наклона параллельных пластин или полос экранирующих устройств и других приспособлений для защиты от солнечного света на северных и южных широтах от 10° до 60° находится между горизонтальной осью плоскости окна и аппроксимирующей или касательной линией и изменяется в пределах от 0° до 90°;5) the sought-for angle of inclination of parallel plates or strips of shielding devices and other devices for protection from sunlight at northern and southern latitudes from 10 ° to 60 ° is between the horizontal axis of the window plane and the approximating or tangent line and varies from 0 ° to 90 °;
6) располагают параллельные пластины или полосы экранирующих устройств и других приспособлений для защиты от солнечного света наклонно, по отношению к горизонтальной оси плоскости окна, под углом с найденным значением;6) arrange parallel plates or strips of shielding devices and other devices for protection from sunlight obliquely, relative to the horizontal axis of the window plane, at an angle with the found value;
7) с помощью предварительного расчета подбирают ширины полос и их взаимное расположение для оптических фильтров по патентам RU 2509324 С2, RU 2677069 С2, US 3085474 A и US 6467935 B1 для обеспечения минимального (или нулевого) светопропускания окна в выбранный к расчетам день года с максимальными солнцезащитными требованиями и выбранный промежуток времени (или конкретное время) светового дня, в остальное время светопропускание окна будет больше;7) using a preliminary calculation, the widths of the bands and their mutual arrangement for optical filters are selected according to patents RU 2509324 С2, RU 2677069 С2, US 3085474 A and US 6467935 B1 to ensure the minimum (or zero) light transmission of the window on the day of the year chosen for the calculations with the maximum sun protection requirements and the selected period of time (or specific time) of daylight hours, the rest of the time the light transmission of the window will be greater;
8) по вышеуказанной программе для расчета коэффициента светопропускания смарт-окна и по формулам (1) и (2) рассчитывают временные характеристики светопропускания окна в выбранный расчетный день года, а также в другие месяцы года с востребованностью защиты от солнца, через определенное время (например, через месяц), при выбранном расстоянии между решетками и при других расстояниях для тех месяцев, когда время минимума светопропускания сильно отличается от требуемого;8) according to the above program for calculating the light transmission coefficient of a smart window and using formulas (1) and (2), calculate the temporal characteristics of the light transmission of the window on the selected calculated day of the year, as well as in other months of the year with the demand for sun protection, after a certain time (for example , in a month), at the selected distance between the gratings and at other distances for those months when the time of the minimum light transmission differs greatly from the required one;
9) устанавливают, в какие месяцы и насколько необходимо изменить расстояние между решетками фильтра для получения удовлетворяющих временных характеристик светопропускания окна и производят соответствующую калибровку этого расстояния.9) establish in what months and how much it is necessary to change the distance between the filter gratings in order to obtain satisfying temporal characteristics of the light transmission of the window and make the appropriate calibration of this distance.
Признаки 1-7 изобретения аналогичны признакам прототипа по патенту RU 2677069 С2. Признаки 8 и 9 отличительны от обоих прототипов.Features 1-7 of the invention are similar to those of the prototype according to patent RU 2677069 C2.
К описанию изобретения относятся следующие фигуры:The following figures relate to the description of the invention:
- фиг. 1 - разрез смарт-окна с двойным остеклением по плоскости, перпендикулярной полосам решеток фильтра, с указанием двух положений одного из стекол, передвигаемого для изменения расстояния между решетками;- fig. 1 - sectional view of a smart window with double glazing along a plane perpendicular to the strips of the filter gratings, indicating two positions of one of the glasses, which can be moved to change the distance between the gratings;
- фиг. 2 - временные характеристики светопропускания для 15 числа пяти наиболее жарких месяцев года (апрель-август) для смарт-окна с параметрами фильтра, рассчитанными для 15 июня;- fig. 2 - time characteristics of light transmission for the 15th of the five hottest months of the year (April-August) for a smart window with filter parameters calculated for June 15;
- фиг. 3 - временные характеристики светопропускания для 15 апреля при разных расстояниях между решетками фильтра для смарт-окна с параметрами фильтра, рассчитанными для 15 июня;- fig. 3 - time characteristics of light transmission for April 15 at different distances between the filter grates for a smart window with filter parameters calculated for June 15;
- фиг. 4 - временные характеристики светопропускания для 15 августа при разных расстояниях между решетками фильтра для смарт-окна с параметрами фильтра, рассчитанными для 15 июня.- fig. 4 - Temporal light transmission characteristics for August 15 at different distances between the filter grates for a smart window with filter parameters calculated for June 15.
При осуществлении изобретения последовательно выполняют операции, указанные в 9 его признаках. Рассмотрим порядок осуществления изобретения для окна с азимутом ориентации 120° в г. Оренбурге (51°46' N, 55°06' E, UTC +05:00) при расстоянии между решетками 16 мм. Расчет высот стояния и азимутов солнца выполнен с помощью онлайн-калькулятора (http://planetcalc.ru/320/) для 15 июня 2018 г. (дня максимальной интенсивности солнечной радиации в году в г. Оренбурге) через каждые полчаса относительно 10 ч. 49 мин. (азимут солнца в г. Оренбурге равен 120°, т.е. азимуту ориентации окна). Поскольку признаки 1-7 изобретения аналогичны признакам прототипа по патенту RU 2677069 С2, здесь приведем только результаты расчета оптимального угла наклона решеток фильтра - для принятых расчетных условий он составляет 42°.In the implementation of the invention, the operations indicated in 9 of its features are sequentially performed. Let us consider the procedure for carrying out the invention for a window with an orientation azimuth of 120 ° in Orenburg (51 ° 46 'N, 55 ° 06' E, UTC +05: 00) with a distance between the gratings of 16 mm. The calculation of the standing heights and azimuths of the sun was carried out using an online calculator (http://planetcalc.ru/320/) for June 15, 2018 (the day of maximum solar radiation intensity per year in Orenburg) every half hour for about 10 hours. 49 minutes (the azimuth of the sun in Orenburg is 120 °, i.e. the azimuth of the window orientation). Since the features 1-7 of the invention are similar to those of the prototype according to the patent RU 2677069 C2, here we give only the results of calculating the optimal angle of inclination of the filter grids - for the accepted design conditions it is 42 °.
На фиг. 1 приведен разрез смарт-окна с двойным остеклением по плоскости, перпендикулярной полосам решеток фильтра. Изначально принятое для расчетов расстояние между решетками составляет 16 мм. Ширины всех полос решеток одинаковы: с 1 = с 2 = с 3 = с 4 = 10 мм. Для обеспечения минимума светопропускания окна в выбранное время 10 ч. 49 мин. расчетного дня 15 июня характеристический угол по расчетам равен 40,89°. На фиг. 1 показаны также проекция θ некоторого произвольного угла падения на плоскость, перпендикулярную полосам решеток фильтра, и сдвиг Δ16 между следом входной решетки фильтра на поверхности выходной решетки при характеристическом угле и этом произвольном угле падения.FIG. 1 shows a section of a double-glazed smart window along a plane perpendicular to the strips of the filter grilles. The initially accepted distance between the gratings for calculations is 16 mm. The widths of all strips of the gratings are the same: c 1 = c 2 = c 3 = c 4 = 10 mm. To ensure the minimum light transmission of the window at the selected
В соответствии с признаком 8, для окна с принятыми расчетными параметрами рассчитаны временные характеристики светопропускания окна в расчетный день года - 15 июня, а также для 15 числа каждого месяца с апреля по август, которые приведены на фиг. 2. Характеристика светопропускания для 15 июня имеет минимум в выбранное время 10 ч. 49 мин. Однако в другие месяцы время минимума пропускания сдвинуто, особенно сильно в апреле и августе. Рассмотрим, как повлияет увеличение расстояния между решетками фильтра для этих двух месяцев на 2 мм (до 18, 20 и 22 мм).In accordance with
На фиг. 3 и 4 соответственно показаны временные характеристики светопропускания для 15 апреля и 15 августа при этих расстояниях между решетками для смарт-окна с параметрами фильтра, рассчитанными для 15 июня. Как видно, при последовательном увеличении расстояния между решетками, минимум пропускания для 15 апреля и 15 августа последовательно приближается к требуемому времени 10 ч. 49 мин.FIG. 3 and 4 respectively show the light transmission time characteristics for April 15 and August 15 at these grid spacings for a smart window with filter parameters calculated for June 15. As you can see, with a sequential increase in the distance between the gratings, the minimum transmission for April 15 and August 15 is consistently approaching the required time of 10 hours 49 minutes.
В соответствии с признаком 9, в рассматриваемом случае можно принять, что изначальное расстояние между решетками фильтра 16 мм допустимо для периода с 15 мая по 15 июля, а с 15 августа по 15 апреля лучше подходит расстояние 22 мм (в остальные месяцы с сентября по март защита от солнца не востребована для широты г. Оренбурга и смарт-окно не должно переключаться в активный режим). Т.е. в данном случае можно изменять расстояние два раза в год, например, 1 мая и 31 июля - решение принимается в каждом случае с учетом местных климатических условий и требуемых условий солнцезащиты. Конечно, можно рассчитать оптимальные расстояния для каждого месяца, однако при этом придется слишком часто прибегать к калибровке расстояния, что принесет неудобства при эксплуатации смарт-окна. На фиг. 1 показано второе положение передвижного стекла остекления при принятом увеличении расстояния между решетками до 22 мм. При передвижении стекла характеристический угол фильтра уменьшается до 32,2°. При том же произвольном угле падения, для которого показана проекция θ, сдвиг между следом входной решетки фильтра на поверхности выходной решетки при характеристическом угле и этом произвольном угле падения увеличивается до Δ22. Уменьшение характеристического угла и увеличение сдвига в соответствии с формулами (1) и (2) приводят к изменению коэффициента светопропускания при одном и том же угле падения солнечных лучей на окно.In accordance with sign 9, in this case, it can be assumed that the initial distance between the filter grids of 16 mm is permissible for the period from May 15 to July 15, and from August 15 to April 15, a distance of 22 mm is better suited (in the remaining months from September to March sun protection is not required for the latitude of Orenburg and the smart window should not switch to active mode). Those. in this case, you can change the distance twice a year, for example, on May 1 and July 31 - the decision is made in each case, taking into account the local climatic conditions and the required sun protection conditions. Of course, you can calculate the optimal distances for each month, but you will have to resort to calibrating the distance too often, which will cause inconvenience when using the smart window. FIG. 1 shows the second position of the sliding glass of the glazing with the accepted increase in the distance between the gratings up to 22 mm. When the glass is moved, the characteristic angle of the filter is reduced to 32.2 °. For the same arbitrary angle of incidence, for which the projection θ is shown, the shift between the trace of the input filter grating on the surface of the output grating at the characteristic angle and this arbitrary angle of incidence increases to Δ 22 . A decrease in the characteristic angle and an increase in the shift in accordance with formulas (1) and (2) lead to a change in the light transmission coefficient at the same angle of incidence of sunlight on the window.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102326A RU2759758C1 (en) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | Method for seasonal calibration of light transmission of smart window with double lattice optical filter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102326A RU2759758C1 (en) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | Method for seasonal calibration of light transmission of smart window with double lattice optical filter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2759758C1 true RU2759758C1 (en) | 2021-11-17 |
Family
ID=78607363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102326A RU2759758C1 (en) | 2021-02-02 | 2021-02-02 | Method for seasonal calibration of light transmission of smart window with double lattice optical filter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2759758C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2804540C1 (en) * | 2023-05-02 | 2023-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Double-louver smart window with variable width of louver stripes |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2509324C2 (en) * | 2010-05-11 | 2014-03-10 | Рустам Сабирович Закируллин | Method of controlling directed light transmission |
| US9051771B2 (en) * | 2006-07-01 | 2015-06-09 | Fraunhofer—Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sun protection device with angle-selective transmission properties |
| RU163229U1 (en) * | 2015-11-19 | 2016-07-10 | Владимир Владимирович Урумов | WINDOW WITH ADJUSTING ROOM LIGHTING |
| RU2677069C2 (en) * | 2017-12-07 | 2019-01-15 | Рустам Сабирович Закируллин | Method of angular regulation of the directed lightning of the windows |
-
2021
- 2021-02-02 RU RU2021102326A patent/RU2759758C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9051771B2 (en) * | 2006-07-01 | 2015-06-09 | Fraunhofer—Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Sun protection device with angle-selective transmission properties |
| RU2509324C2 (en) * | 2010-05-11 | 2014-03-10 | Рустам Сабирович Закируллин | Method of controlling directed light transmission |
| RU163229U1 (en) * | 2015-11-19 | 2016-07-10 | Владимир Владимирович Урумов | WINDOW WITH ADJUSTING ROOM LIGHTING |
| RU2677069C2 (en) * | 2017-12-07 | 2019-01-15 | Рустам Сабирович Закируллин | Method of angular regulation of the directed lightning of the windows |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2804540C1 (en) * | 2023-05-02 | 2023-10-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" | Double-louver smart window with variable width of louver stripes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0092322B1 (en) | Selectively light transmitting panel | |
| Zakirullin et al. | A smart window for angular selective filtering solar radiation | |
| Lee et al. | An empirical study of a full-scale polymer thermochromic window and its implications on material science development objectives | |
| US4357074A (en) | Method and device for dousing sunlight with a seasonal effect | |
| JP2013525642A (en) | Multiple sheet turn slats | |
| Zakirullin | Optimized angular selective filtering of direct solar radiation | |
| Zakirullin | Optical filter for smart windows with angle-selective light transmission | |
| Klems et al. | Solar heat gain coefficient of complex fenestrations with a venetian blind for differing slat tilt angles | |
| RU2759758C1 (en) | Method for seasonal calibration of light transmission of smart window with double lattice optical filter | |
| Zakirullin | Typology of buildings with grating smart windows with azimuthally optimized light transmission | |
| RU2677069C2 (en) | Method of angular regulation of the directed lightning of the windows | |
| RU2786359C1 (en) | Method for seasonal calibration of light transmission of smart window with grid optical filter | |
| RU2509324C2 (en) | Method of controlling directed light transmission | |
| Christoffers | Seasonal shading of vertical south-facades with prismatic panes | |
| US11434691B2 (en) | Inclined and fixed blind system | |
| Reppel et al. | Angle-selective glazing for radiant heat control in buildings: theory | |
| Zakirullin | An optical filter with angular selectivity of the light transmission | |
| Zakirullin | Optimized angular selective filtering of direct solar radiation | |
| RU2804540C1 (en) | Double-louver smart window with variable width of louver stripes | |
| Sourek et al. | Experimental characterization of glazing with glass prisms | |
| Mills et al. | Benefits of using window shades | |
| Zakirullin et al. | Cities of the future: a building typology with optimal daylighting | |
| Aleksandrovna | TYPOLOGY OF BUILDINGS WITH INDIVIDUAL CHARACTERISTICS OF LIGHT TRANSMISSION OF WINDOWS OF EACH FACADE | |
| US20140196395A1 (en) | Angle-selective irradiation insulation on a building envelope | |
| Zakirullin et al. | Simulation of daylight in buildings with curved facades for rational use of solar energy |