Наряду с разработкой и натурными исследованиями теплового режима объектов с инсоляционными пассивными системами солнечного отопления выполнены значительное число работ по их расчетному исследованию.
Из анализа литературных источников по этому вопросу следует, что многочисленные исследователи ограничивались лишь выполнением ориентировочных расчетов по определению теплового режима помещений с рассматриваемой системой отопления.
Одним из основных показателей инсоляционных пассивных систем солнечного отопления является тепловая эффективность их светопрозрачной стены.
Выражение для определения мгновенного значения тепловой эффективности светопрозрачной стены в течение дня, полученное из его теплового баланса имеет вид [1]
(1)
Значение коэффициента пропускания суммарной солнечной радиации вертикальной светопрозрачной стены 
в (1) в соответствии с [1] определяется из отношения
(2)
где 
, 
— коэффициенты пропускания прямой и рассеянной солнечной радиации рассматриваемой светопрозрачной стены; 
— плотности потоков прямой, рассеянной и отраженной от окружающих предметов солнечной радиации, падающие на лучевоспринимающую (т. е. фронтальную) поверхность светопрозрачной стены.
Значение в (2) зависит от угла падения луча прямой солнечной радиации на фронтальную поверхность светопрозрачного ограждения (
), его толщины (
) и коэффициента загораживания света непрозрачных элементов отражения, а также коэффициента пропускания слоя пыли грязи на поверхности рассматриваемого ограждения. В отличие от , значение мало зависит от значения .
Методика расчета значений и при заданных значениях перечисленных выше параметров рассмотрена в [1].
Методы расчета
- на основе актинометрических измерений поверхностных плотностей прямой солнечной радиации на нормальную к солнечным лучам поверхность (
) и рассеянной солнечной радиации на горизонтальную поверхность (
) изложены в [2].
Коэффициент тепловых потерь светопрозрачного ограждения 
в (1) в основном зависит от количества слоев светопрозрачного ограждения, коэффициентов теплообмена на его наружной и внутренней поверхностях и коэффициента теплопередачи через воздушную прослойку, заключенную между слоями светопрозрачного ограждения. Определение его значения при заданных значениях перечисленных выше параметров не представляет какой-либо трудности. Но, как следует из выражения (1), для достижения максимальных значений ηс в инсоляционных пассивных системах солнечного отопления необходимо стремиться к минимизации значения . Данная задача, как правило, сводится к установлению критического значения толщины вертикальной воздушной прослойки, заключенной между двумя смежными слоями светопрозрачного ограждения (
), при которой обеспечивается максимальное значение ее термического сопротивления [3].
Для определения значения двухслойного вертикального светопрозрачного ограждения
, (3)
где 
— высота ограждения; 
и
— соответственно, температуры отапливаемого помещения и окружающей среды; 
— среднее значение абсолютной температуры воздуха в рассматриваемой прослойке; 
-соответственно коэффициенты температуропроводности и кинематической вязкости воздуха в прослойке при ; 
— коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициентов теплообмена на наружной и внутренней поверхностях светопрозрачного ограждения.
Применение шарнирно-трансформируемых плоских рефлекторов в инсоляционных пассивных системах солнечного отопления позволяет в определенной степени увеличить плотность потока прямой солнечной радиации, падающей на поверхность светопрозрачного ограждения [3,4]. В экспериментальных объектах [3, 4] шарнирно-соединенный с нижней частью светопроема (светопрозрачной стены) плоский рефлектор в дневное время приводится в горизонтальное положение. Однако в работах [3, 4] отсутствует информация о выборе такого расположения рефлектора. Как показывают результаты расчетов и соответствующих экспериментальных измерений, проведенных нами, при низком стоянии Солнца (с 5 декабря по 10 января) эффект применения плоского рефлектора снижается как за счет уменьшения прямой солнечной радиации, падающей на зеркальную поверхность коллектора, так и за счет не полного освещения фронтальной поверхности светопроема отраженной от зеркальной поверхности рефлектора прямой солнечной радиации.
Тепловая эффективность применения плоского рефлектора, шарнирно соединенного с нижней частью светопроема, в инсоляционных пассивных системах солнечного отопления при прочих равных условиях зависит от угла падения прямого солнечного излучения, отраженного от зеркальной поверхности рефлектора, на поверхность светопроема (
). Для определения значения предложено выражение
, (4)
где 
— составляющий единичного вектора в по
, определямый из уравнения зеркального отражения, т. е.
, (5)
и
— единичные векторы нормали рефлектора и солнечного луча.
Выражение (1.4) в явном виде может быть представлено как
, (6)
где 
— годовое склонение Солнца; 
— географическая широта местности; 
- момент истинного полудня; — текущее время суток; 
— угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси;
(7)
- угол падения прямого солнечного излучения на зеркальную поверхность рефлектора; 
— угол наклона зеркальной поверхности плоского рефлектора к горизонту.
При 
, т. е. при горизонтальном расположении плоского рефлектора [3, 4], решения (6) и (7) принимают вид общеизвестных выражений для расчета угла падения прямого солнечного излучения соответственно на вертикальную и горизонтальную поверхности.
Литература:
- Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. Ташкент: «Фан» 1988 ст.285
- Симон А. Потери энергии за счёт поглощения и отражения в гелиостате и пароболоидном отражателе солнечной печи. В кн: Солнечные высокотемпературные печи. Сб. перев. Под ред. В. А. Баума.-М.:1960 с-264–271.
- Сабади П. Р. Солнечный дом. М.: Стройиздат, 1985. 113с
- Мхитарян М. М. Энергосберечающие технологии в жилищном и гражданском строительстве. Киев, Наука думка, 2000, 417с
