ОЦЕНКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ОКОННОЙ СИСТЕМЫ С СОЛНЦЕЗАЩИТНЫМ УСТРОЙСТВОМ П-ОБРАЗНОГО ТИПА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

АРХИТЕКТУРА И ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВО. РЕКОНСТРУКЦИЯ И РЕСТАВРАЦИЯ

УДК 628.47:004.94 DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.655-665

Оценка энергоэффективности оконной системы с солнцезащитным устройством П-образного типа

Чан Нгок Тьян1, Нгуен Тхи Хань Фыонг1, Е.В. Горбаренко2

1 Национальный строительный университет; г. Ханой, Вьетнам; 2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ); г. Москва, Россия

АННОТАЦИЯ

Введение. Предложен новый метод оценки энергоэффективности на основе разработки методики расчетов тепло-поступления через окна с учетом коэффициента снижения облученности рассеянной солнечной радиации (СР) солнцезащитным устройством. Исследование проведено для П-образного типа солнцезащитного устройства. Материалы и методы. Расчеты основываются на проекции солнечного луча при расчете части площади окна в тени с учетом коэффициента снижения облученности рассеянной СР солнцезащитным устройством. Наличие солнцезащитных устройств на поверхности окна способствует снижению облученности рассеянной СР, которая представлена коэффициентом КЬ1. При оценке энергоэффективности с учетом определения эффективности солнцезащитных устройств был разработан коэффициент уменьшения теплопоступления СР р, описывающийся отношением СР через остекленный световой проем при наличии солнцезащитного устройства ОК к СР через остекленный световой проем без него 0Ко. С помощью разработанной компьютерной программы проведены проверочные расчеты теплопоступления от СР через оконную систему с учетом солнцезащитного устройства в различных географических регионах в летний период (в Ханое и Москве).

Результаты. Сравнение результатов предлагаемой методики и данных наблюдения показывает незначительную разницу по относительному значению р и большую погрешность при учете абсолютного значения количества тепла, поступающего в помещение докно. В самый жаркий период года при наличии солнцезащитных устройств тепловая ^ е нагрузка через оконную систему уменьшается на 42-46 % для Москвы; 48-63 % для Ханоя. (я с

3 н

Выводы. Предложенные методика и компьютерная программа для быстрой оценки энергоэффективности оконной и системы при наличии солнцезащитных устройств с учетом коэффициента уменьшения теплопоступления СР р че- ^ к

рез оконную систему позволяют производить проектирование ограждающих конструкций зданий с высокой эффек-

Assessment of the energy efficiency of a window system with a shading device of the egg-crate type

о

тивностью в энергосбережении для систем кондиционирования воздуха.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: энергоэффективность зданий, расчет солнцезащитного устройства, солнцезащитное М • устройство П-образного типа, теплопоступление, расчет солнечной радиации, коэффициент облученности, оконная о ел система ё 2

о со

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Чан Нгок Тьян, Нгуен Тхи Хань Фыонг, Горбаренко Е.В. Оценка энергоэффективности окон- о 7 ной системы с солнцезащитным устройством П-образного типа // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. Вып. 6. С. 655-665. DOI: | о

10.22227/1997-0935.2021.6.655-665 ш 3

о

О о

__n 0

Tran Ngoc Chan1, Nguyen Thi Khanh Phuong1, Ekaterina V. Gorbarenko2 ^ 6

1 National University of Civil Engineering (NUCE); Hanoi, Vietnam; h 0

2 Lomonosov Moscow State University (MSU); Moscow, Russian Federation e q

--Q_ n

ABSTRACT ® )

Introduction. The article proposes a new energy efficiency assessment method based on a new technique used to calcu- 0 H

late the window heat gain. The proposed method takes account of the coefficient of irradiance reduction by the sun shading jt M

device. The study was carried out for the shading device of the egg-crate type. m 1

Materials and methods. Calculations are based on the projection of a sunbeam performed for a fraction of a window area ® C>

in the shade. They take account of the coefficient of irradiance reduction applied due to the presence of the sun shading o> n

device. A shading device reduces the irradiance, caused by diffused solar radiation, and coefficient Kt is applied to dem- L £

onstrate this process. This coefficient was identified in an experiment and expressed in the form of regression equations. s y

To evaluate the energy efficiency with regard for the effectiveness of shading devices, coefficient of solar radiation gain reduction ^ K

P was developed. This coefficient is described by the ratio of the value of solar radiation incoming through a glazed window 9 №

in the presence of shading device QK to the value of solar radiation incoming through a glazed window that has no shading ^ ^

QKo. The software programme was used to verify the calculations of the heat gain from the solar radiation incoming through ° °

the window system with regard for the shading device in various geographical regions in summer (in Hanoi and Moscow). 1 1

Results. The results, obtained using the proposed methodology and the observation data, show an insignificant difference

© Чан Нгок Тьян, Нгуен Тхи Хань Фыонг, Е.В. Горбаренко, 2021

Распространяется на основании Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC)

in the relative value of B; and they demonstrate a major error when g . , or the absolute value of heat entering the room,

1 ' 1 1 ^window' & '

is taken account of. The heat load, incoming through the window system, is down by 42-45 % in Moscow and by 45-53 % in Hanoi in the hottest period of the year if shading devices are used.

Conclusions. The proposed methodology and computer software, used for a quick assessment of the energy efficiency of a window system equipped with shading devices, allow to design building envelopes that feature high energy efficiency in terms of air conditioning systems, given that coefficient of radiation gain reduction p is taken account of.

KEYWORDS: energy efficiency of buildings, analysis of a shading device, shading device of the egg-crate type, heat gain, solar radiation analysis, irradiance coefficient, window system

FOR CITATION: Tran Ngoc Chan, Nguyen Thi Khanh Phuong, Gorbarenko E.V. Assessment of the energy efficiency of a window system with a shading device of the egg-crate type. Vestnik MGSU [Monthly Journal on Construction and Architecture]. 2021; 16(6):655-665. DOI: 10.22227/1997-0935.2021.6.655-665 (rus.).

N N О О tV N

<o <o

* <D U 3

> (Л

с и

U <o <0 ф

i!

<D <u

о ё

о

о о

СО <

CD ^

8 «

™ §

ОТ "

от Е

Е о CL U

^ с

ю о

S «

о Е сВ °

СП ^ т- ^

от от

i*

o in

ВВЕДЕНИЕ

Важным фактором, влияющим на энергосбережение, являются теплопоступления от солнечной радиации (СР). В различных географических регионах максимальная интенсивность СР в летний период может достигать до 352-390 Вт/м2. В этот период существенно увеличивается энергопотребление за счет работы систем кондиционирования воздуха в зданиях. Наличие солнцезащитных устройств способствует снижению риска энергопотребления за счет уменьшения теплопоступления от СР через оконное остекление [1-5].

При проектировании солнцезащитных устройств зданий необходимо учитывать геометрию конструкций, связанную с изменением положения солнца, чтобы определить время и количество прямого солнечного излучения, проникающего через затененные окна [6-8]. Самый современный метод расчета охлаждающей нагрузки — метод радиантных временных рядов (Radiant Time Series Method — RTS) [9, 10], который подходит для расчетов пиковой охлаждающей нагрузки. Метод RTS обладает рядом преимуществ по сравнению с большинством известных методов. Он позволяет рассчитать ежечасное теплопоступление от притока передаваемой прямой и рассеянной СР для окон любой ориентации.

В строительных нормах и правилах многих тропических стран, в таких азиатских странах, как Сингапур, Гонконг, Филиппины, Индонезия, Малайзия, Таиланд и в Центральной Америке (Ямайка и Кот-д'Ивуар), общее значение теплопередачи — OTTV (Overall Thermal Transfer Value) используется в качестве меры контроля при проектировании ограждающих конструкций зданий [11].

В России В.Н. Богословский и Фам Нгок-Данг опубликовали метод расчета теплопоступления от СР через окна с учетом затеняющего устройства. Этот метод также учитывает общее тепло, передаваемое в комнату через окна, принимая во внимание следующие показатели: прямое излучение qs; диффузное излучение qD; тепло, излучаемое от земли q ; лучистое тепло от окружающих зданий q ; тепло от длинноволнового диффузного излучения окружающей среды q Метод одновременно принимает в расчет тепло, поглощаемое оконным стеклом q и тепло, передаваемое в здание, которое формирует-

ся за счет разницы внутреннего и наружного воздуха qAt, а также воздействие затеняющих устройств, таких как жалюзи и экранирование [12].

Во Вьетнаме в строительстве общественных и гражданских зданий используют различные типы солнцезащитных устройств. В приложении «Расчет солнцезащитных устройств», разработанном автором для дополнения к нормативному документу QCVN 09:2017 для Вьетнама1, рассматриваются различные типы солнцезащитных устройств. В настоящей статье предложен метод расчета устройства П-образного типа солнечного затенения и определяется количество теплоты, поступающей в помещение от солнечной радиации через окно, с этим солнцезащитным устройством. Проведено сравнение поступающей СР по расчетным данным и многолетним наблюдениям.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Схема солнцезащитного устройства

П-образного типа

Солнцезащитное устройство П-образного типа состоит из верхнего и двух боковых ребер (рис. 1).

Принцип расчета

Расчет всех типов солнцезащитных устройств основывается на проекции солнечного луча, проходящего через край солнцезащитного ребра и точки его прикосновения М на поверхности заполнения светового проема на определенной ориентации (рис. 2).

Координаты х, y точки прикосновения М солнечного луча на поверхности окна определяются следующими формулами2 [13]:

^ Xanh

tan Q =-, (1)

cos у

x = b\ tan y|, (2)

y = b tan Q, (3)

где b — ширина ребра солнечного затенения, м; h, у, Q — последовательно высота солнца, азимут солн-

1 QCVN 09:2017/BXD. Quy chuan ky thuat quoc gia ve Cac cong trinh xay dung su dung nang luong hieu qua. BXD. 30tr. 2017 [QCVN 09:2017/BXD. National Technical Code for Building Energy Efficiency. MoC. 30 C. 2017].

2 ASHRAE. Handbook Fundamentals. 2005.

H

^_в_e

f i •

b

■у ^.у

H

lb'-b.cosa Р-Р

b

Рис. 1. Схема солнцезащитного устройства П-образного типа: a — верхнее ребро устанавливается перпендикулярно к стене а = 0; b — верхнее ребро составляет с горизонтальной поверхностью угол а > 0

Fig. 1. A sun shading device of the egg-crate type: a — the upper rib is installed perpendicularly to wall а = 0; b — the upper rib makes angle а > 0 with the horizontal surface

Рис. 2. Изображение луча солнца, проходящего через край О солнцезащитного устройства П-образного типа и углы у и А Fig. 2. The sun ray passing through edge O of the shading device of the egg-crate type; angles у and А

< П

iH

kK

G Г

S 2

0 CO § CO

1 s

У 1

J to

u-

^ I

n °

S> 3 o

zs ( o?

о §

СЛ

U S § 2

n 0

r 6 t ( Cc §

SS )

ii

® О О В ■ T

W У

с о <D X б>б>

z

d

a

d

сч N о о

N N

<о <о

¡É (V

U 3

> (Л

С И 2

U <о

» щ

¡I

ф Ф

О ё

о

ца-стены и угол боковой проекции солнечного луча в градусах; х, у — координаты точки прикосновения солнечного луча на поверхности окна М, м (рис. 2).

Принцип расчета подробно изложен в работах3 [14].

Определение коэффициента облученности О

При наличии солнцезащитного устройства часть поверхности окна Лобл подвергается облучению суммарной (прямой и рассеянной) радиацией, остальная часть находится в тени, куда СР поступает в виде рассеянного потока. Коэффициентом облученности О является соотношение:

Q _ -^Обд - I _

4с

вн

R = b, Re = 1 , R = A, R = ±,

H e B b B d H

о о CO < CD ^

8 « Si §

CO "

со IE —

с

E о

CL ° ^ с

ю о

S «

о E со ^

T- ^

При x < e и y < d; Ae = BH: G = 1.

(6)

Если e < x < B + e и d < y < H + d; Ae = (B + + e - x) (H + d - y):

G = (1 + Re-R,, |tany|) (1 + Rd-R tanQ).

В случае x < e и y > d; A = B (H + d - y ):

(7)

(8)

(4)

где Аобл — площадь солнечной облученности, м2; Атени — часть площади окна в тени (часть поверхности окна со штрихами на рис. 2), м2; Аос = ВН — площадь остекления, м2; В, Н — ширина и высота окна, м.

Ниже приведены формулы для расчета части площади окна в инсоляции Ае и коэффициента облученности О. Пусть:

(5)

где Ь — ширина верхнего солнцезащитного ребра, м; d — расстояние от верхнего края окна до верхнего солнцезащитного ребра, м; е — расстояние от бокового края окна до вертикальных солнцезащитных ребер, м.

Часть поверхности окна, площадь которой подвергается инсоляции А зависит от координат х и у, определенных по формулам (1)-(3).

Используя эти соотношения, получаем формулы для расчета величин А и О.

G = l+Rd -ЯЬтП.

При х > е и у < d; Ле = (В + е - х) Н:

С = 1+^-^апу|. (9)

Когда х > В + е или у > Н + ^ Ле = 0:

О = 0. (10)

Коэффициент снижения облученности рассеянной солнечной радиации солнцезащитным устройством П-образного типа Кы

При наличии солнцезащитных устройств на поверхности окна Лос воздействует диффузное излучение 1Б с коэффициентом снижения облученности рассеянной СР К

Согласно работе [13] коэффициент Кы для непрерывного горизонтального и вертикального солнцезащитных устройств зависит от «телесного угла неба»: 5 и t определены по табл. 1 и рис. 3. Пусть Б = Ь sina, получим: г . N

8 = artan

¿»cosa H + d-D„

град,

Т! = т2 = т = artan

b cos а

, град,

(11)

(12)

V В + е .

Используя данные табл. 2, получаем следую щие регрессионные уравнения:

гч-5 о2_

3 Пособие 2.91 к СНиП 2.04.05-91. Расчет поступления теплоты солнечной радиации в помещение. М. : Стройиздат, 1993. 45 с.

Кх =2,10 8 -0,015 8 + 0,983, К2 = 2,10-У - 0,007 х + 0,992,

(13)

(14)

(15)

Табл. 1. Коэффициент Кы для непрерывного горизонтального и вертикального солнцезащитных устройств Table 1. Coefficient Kbt for continuous horizontal and vertical shading devices

№ Тип солнцезащитных устройств Types of shading devices Телесный угол неба 5 или t , град Solid angle 5 or t , degrees

10 20 30 40 50 60

1 Коэффициент Klt° для непрерывного горизонтального солнцезащитного устройства, перпендикулярного к поверхности стены Coefficient for a continuous horizontal shading device, which is perpendicular to the wall surface 0,84 0,70 0,58 0,47 0,36 0,27

2 Коэффициент Kf для непрерывного вертикального солнцезащитного устройства, перпендикулярного к поверхности стены Coefficient K™r for a continuous vertical shading device, which is perpendicular to the wall surface 0,92 0,85 0,79 0,73 0,68 0,63

со от

iï

o (ñ

В

1 G ьшшш* Р I

т в VI О О -Cj re ........ е1 в о о -Cj * 1 к

Обозначая в отношение QK к QKo, как коэффициент уменьшения теплопоступления СР через остекление, с учетом выражения (4), имеем:

ß=-

(18)

Чп +<7Р Ч„

где до = дп + др — интенсивность суммарной СР, Вт/м2.

С учетом коэффициента в выражение (16) может быть переписано следующим образом (при отсутствии солнцезащитного устройства, в = 1):

QK = {qn+qv)SHGC$A^BT. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

(19)

b

Рис. 3. Углы 5 и ij, т2, образованные солнцезащитным устройством П-образного типа: a — для верхнего ребра; b — для боковых ребер

Fig. 3. Angles 5 and хр т2, formed by the shading device of the egg-crate type: a — for the upper rib; b — for side ribs

Коэффициент уменьшения теплопоступления солнечной радиации через световой проем благодаря солнцезащитному устройству в

Теплопоступление от СР через световой проем при отсутствии солнцезащитного устройства определяется следующей формулой3:

QK0={qn+qv)SHGCA^BT, (16)

где qn и qр — последовательно интенсивность прямой и рассеянной СР, поступающей на поверхность остекленного светового проема, Вт/м2; SHGC — коэффициент получения тепла от СР оконным стеклом, без размера; ^ос — площадь остекления, м2.

При наличии солнцезащитного устройства те-плопоступление от СР через остекленный световой проем QK определяется по следующим формулам4 [14-16]:

Qk = SHGC{qA+ ЯыМ»). Вт- (17)

Таким образом, основа расчета солнцезащитных устройств заключается в определении их коэффициентов О и в.

Солнечная радиация

Для расчета коэффициента в и количества тепла QK необходимо установить интенсивность суммарной и рассеянной СР. В работе были использованы два источника данных о СР: 1 — расчетные сведения, полученные по методу ASHRAE (Американская Ассоциация инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха); 2 — данные измерений, проводимых в Ханое и метеорологической обсерватории МГУ в Москве5 [11, 17].

В табл. 2 приведены значения интенсивности СР, поступающей на вертикальную поверхность юго-восточной экспозиции в июле, измеренные и полученные путем расчета.

Создание программы для оценки эффективности солнцезащитного устройства П-образного типа

Для удобства использования вышеописанного метода, при проектировании энергоэффективных солнцезащитных устройств была разработана компьютерная программа. Программное обеспечение работает в WEB-среде, позволяя пользователям получать доступ к интернету. Программа дает возможность смоделировать эффективность затенения солнцезащитного устройства; быстро произвести расчет теплопосту-плений от СР, поступающей через окно при наличии солнцезащитного устройства; рассчитать коэффициент уменьшения теплопоступления от СР. В качестве примера по предложенной программе для некоторых конкретных случаев по расчетным и измеренным данным интенсивности СР произведены расчеты.

Дано солнцезащитное устройство П-образного типа, устанавливается для окон шириной В = 2,6 м;

4 Trän Ngoc Trän vä cong su. Phu lue "Huöng dän tinh chi so cong trinh OTTV" de bö sung cho Quy chuän QCVN 09: 2017 / BXD. De täi nghien cuu. Hä Noi. 2004. Tr 28-30 [Чан Нгок Тьян и др. Приложение «Руководство по расчету индекса OTTV зданий» для дополнения к Стандарту QCVN 09:2017/BXD. Тема научно-исследовательских работ. Ханой. 2004. С. 28-30 (на вьетнамском языке)].

< П

8 8 iH

G Г

О со

t со

У 1

u

^ I

3 °

о Ф

О? о 3

CO CO

l\J CO

о

ф66 >66 о о

О)

о

5 Trän Ngoc Trän vä cong su. Phu luc "Huöng dän tinh chi so cong trinh OTTV" de bö sung cho Quy chuän QCVN 09: 2017 / BXD. De täi nghien cüu. Hä Noi. 2004. Tr 28-30 [Чан Нгок Тьян и др. Приложение «Руководство по расчету индекса OTTV зданий» для дополнения к Стандарту QCVN 09:2017/BXD. Тема научно-исследовательских работ. Ханой. 2004. С. 28-30 (на вьетнамском языке)].

С о

ф )

Ü ® <я

л *

. он

■ т

s □

s У с о (D *

б>б>

a

Табл. 2. Интенсивность СР, поступающей на фасад юго-восточной экспозиции в июле в Ханое и Москве Table 2. The intensity of solar radiation entering the southeast facade in July in Hanoi and Moscow

Время, ч Time, hours Ханой / Hanoi Москва / Moscow

Интенсивность СР, Вт/м2, по расчету Calculated solar radiation intensity, W/m2 Интенсивность СР, Вт/м2, по измерениям Measured solar radiation intensity, W/m2 Интенсивность СР, Вт/м2, по расчету Calculated solar radiation intensity, W/m2 Интенсивность СР, Вт/м2, по измерениям Measured solar radiation intensity, W/m2

Суммарной Total Прямой Direct Суммарной Total Прямой Direct Суммарной Total Прямой Direct Суммарной Total Прямой Direct

6 136,70 107,56 80,00 34,10 377,13 302,04 151,70 103,09

7 383,29 302,11 213,50 93,30 557,90 454,23 259,72 181,94

8 463,48 361,13 309,30 133,60 676,49 553,39 348,38 240,05

9 453,76 343,65 352,00 144,20 724,84 591,69 405,10 264,82

10 379,05 269,45 339,50 122,50 702,14 568,08 410,75 248,25

11 255,71 151,94 280,40 72,20 613,84 486,72 375,92 196,75

12 99,66 4,67 190,30 2,20 470,99 356,42 329,32 137,65

13 85,20 0,00 163,30 0,00 289,33 190,11 263,03 71,36

14 77,59 0,00 143,10 0,00 88,09 4,39 182,18 1,62

15 71,64 0,00 125,70 0,00 67,76 0,00 165,28 0,00

16 62,56 0,00 100,90 0,00 62,01 0,00 141,67 0,00

17 47,95 0,00 68,10 0,00 53,91 0,00 113,89 0,00

18 17,20 0,00 26,70 0,00 42,09 0,00 83,33 0,00

Сумма Total 2533,79 1540,51 2392,80 602,10 4726,52 3507,06 3212,27 1445,53

Средний в день Daily average 194,91 118,50 184,06 46,32 363,58 269,77 247,10 111,19

N N

о о

tv N

<0 <0

* <D

U 3

> (Л

С И 2

U <o

<ö щ

¡1

<D ф

О S

о о

CO <

cd S:

8 «

Si §

CO "

со iE —

с

E о

CL ° ^ с

ю о

s H

о E со ^

T- ^

о

<л

(Л

О tn

высотой Н = 3,5 м; верхнее ребро шириной Ь = 1,2 м; расстояние от верхнего края окна до верхнего ребра d = 0,35 м; расстояние от бокового края окна до бокового ребра е = 0,4 м; угол наклона верхнего ребра к горизонтальной поверхности а = 25 градусов.

Место строительства: Ханой (21° с.ш.) и Москва (56° с.ш.).

Месяц, число: 21 июля. Ориентация окон: юго-восточная.

Для примера ниже показаны только результаты расчета в 7 и 11 ч (рис. 4, 5). Программа дает результат расчетов суточного хода СР в виде рисунка с тенью на поверхности окна и стены.

Оценка теплопоступления от солнечной радиации через окно с предложенным солнцезащитным устройством

Количество теплопоступлений от СР а , по-

-'окно^

ступающей через 1 м2 светового проема, определяется следующей формулой:

<?OKHO=^Cß<70,BT/M2

(20)

где SHGC = 0,861 — коэффициент теплопроницания обыкновенного стекла толщиной 6 мм; дд — интенсивность суммарной радиации, Вт/м2; в — коэффициент уменьшения теплопоступления СР через остекление за счет солнцезащитного устройства. При отсутствии солнцезащитного устройства в = 1.

Ниже представлены полные результаты расчетов влияния солнцезащитного устройства данного типа на теплопоступление в помещение от СР через световой проем для Ханоя и Москвы в июле (табл. 3, 4). Световой проем ориентирован на юго-восток.

Из рис. 4, а, Ь видно, что в 7 ч 21 июля тени солнцезащитного устройства в обоих случаях (в Ханое и в Москве) падают на левую сторону и занимают только часть поверхности окон, причем в Ханое коэффициент облученности О намного ниже, чем в Москве (О -= 0,311 и О„ = 0,553).

у Ханой ^ Москва ^ '

Из рис. 5, а, Ь следует, что в 11 ч 21 июля тень солнцезащитного устройства в Ханое падает на левую сторону и покрывает всю поверхность окна,

Two vertical sheets at a distance of e fron the side edge of the uindou. (Point and direction of observation: directly opposite against the uall) Programming by: Dr.Prof.TranNgocChan, 05-APRIL-2021

.calc. : 302.110 l_calc. :383.286 ct_real = 93.300 l_real =213.500

DATA & CALCULATION RESULTS - (Date 27-MAY-2021)

Locality: HA NOI. Geographical latitude: 21.02 degrees North Uindou and Sun-Shading Device (SSD) dimensions: Width of window B= 2.60 n; Height of window H= 3.SO n Width of SSD b= 1.20 n; Uertical distance d= 0.35 n Horizontal distance e= 0.40 n; Tilt angle of Overhang:25 degrees Orientation of window: SE; Cosff. SHGC= 0.816; Coeff. Kbt= 0.627. Month of observation: JULY; Tine: 7 h; Is there sunshine? YES Exposure Ratio G- 0.311; Coeff. Beta<inst.>= 0.378 Coeff. Beta< inst. With Real Solar Radiation Data>= 0.489 Note: G=exposure area/uindou area; Beta< inst. > = <G. qDr+Kbt. qDf >/"tiTotal

Solar heat flux through the window area q=118.124 W/n2 Window Solar heat flux with Real Solar Radiation Data: q= 85.167 W/ri2

Two vertical sheets at a distance of e fron the side edge of the window. (Point and direction of observation: directly opposite against the uall) Programming by: Dr.Prof.TranNgocChan, 05-APRIL-2021

t.

:_calc.:454.230 l_calc. :557.897 :t_real =181.940 l_real =259.720

DATA * CALCULATION RESULTS - (Date 27-MAY-2021) Locality: MOSCOW. Geographical latitude: 56.OO degrees North Window and Sun-Shading Device (SSD) dimensions: Width of window B= 2.60 «; Height of window H= 3.50 n Width of SSD b= 1.20 n; Uertical distance d= 0.35 n Horizontal distance e= 0.40 n; Tilt angle of Overhang:25 degrees Orientation of window: SE; Cosff. SHGC= 0.816; Coeff. Kbt= 0.627. Month of observation: JULY; Tine: 7 h; Is there sunshine? YES Exposure Ratio G- 0.553; Coeff. Beta(inst.)= O.S67 Coeff. Betaiinst. With Real Solar Radiation Data>= 0.575 Note: G=exposure area/uindou area; Beta<inst.>=<G.dDr+Kbt.qDf)/cjTotal

Solar heat flux through the window area q=258.150 W/n2 Window Solar heat flux with Real Solar Radiation Data: q=121.957 W/m2

a b

Рис. 4. Тень солнцезащитного устройства П-образного типа на поверхности окна юго-восточной ориентации в 7 ч 21 июля: а — для Ханоя; b — для Москвы

Fig. 4. The shade of a shading device of the egg-crate type on the surface of a southeast-facing window July 21 at 07:00: a — in Hanoi; b — in Moscow

Рис. 5. Тень солнцезащитного устройства П-образного типа на поверхности окна юго-восточной ориентации в 11 ч 21 июля: а — для Ханоя; b — для Москвы

Fig. 5. The shade of a shading device of the egg-crate type on the surface of a southeast-facing window July 21 at 11:00: a — in Hanoi; b — in Moscow

что дает ОХаной = 0; а в Москве она падает на правую сторону и занимает часть поверхности окна ОЛ, = 0,510. Это значит, что такое солнцезащит-

Москва ' '

ное устройство более эффективно для Ханоя, чем для Москвы.

Для Вьетнама среднее значение докяо в день при ^ ниже, чем при а^ : результаты

А 1СР - расчет ' 11СР - измерения А ^

соответственно 59,10 и 77,74 Вт/м2 (табл. 3). Для Москвы среднее значение аокно в день при аСР - расчет выше, чем при а„„ : результаты соответствен-

СР - измерения

но 161,15 и 117,80 Вт/м2 (табл. 4).

В ходе выполнения работы сделаны следующие выводы:

• Проведенное сравнение в двух различных географических регионах показало необходимость учета режима СР региона при выборе солнцеза-

щитного устройства. Чтобы получить наилучшие результаты, необходимо спроектировать солнцезащитное устройство с рациональными формой и размером на основе солнечной карты каждого города.

• Сравнение эффективности солнцезащитного устройства (табл. 3, 4) по теоретическим расчетам и по данным наблюдений показывает незначительную разницу по относительному значению в и большую погрешность при учете абсолютного значения количества тепла, поступающего в помещение в жаркое время года аокно: для Ханоя составляет (-24) %, для Москвы (+36,8) %.

• Результаты показывают, что при наличии солнцезащитных устройств тепловая нагрузка через оконную систему уменьшается на 42-46 % для Москвы; 48-63 % для Ханоя.

§ 2

о 0

> 6

СО

ф )

ü Ф о о в ■ т

s у с о Ф я б>б>

Табл. 3. Коэффициент в и количество теплоты от солнечной радиации, поступающей в помещение через 1 м2 светового проема в течение дня в июле для Ханоя

Table 3. The в coefficient and the amount of heat of solar radiation entering the room through 1 m2 of the opening during the day in July for Hanoi

Время, ч Time, hour Коэффициент облученности G Irradiance coefficient G P прИ ^СР - расчет в if qaverage is caículaled P при qcp - измерения в if qaverage is measured Наличие инсоляции Insolation q через 1 м2окна -•окно ^ ПРИ qcp - расчет Вт/м2 q . , through one m2 ^ window ° of a window if q^ * W/m2 q через 1 м2 окна окно при q , Вт/м2 ^ JCP - измерения' q . , through one m2 -1 window ° of a window if q W/m2 average is measured

6 0,245 0,326 0,464 Да / Yes 36,39 30,30

7 0,311 0,378 0,489 Да / Yes 118,12 85,17

8 0,304 0,375 0,488 Да / Yes 141,92 123,04

9 0,230 0,327 0,465 Да / Yes 120,90 133,44

10 0,035 0,207 0,414 Да / Yes 63,88 114,60

11 0,000 0,255 0,466 Да / Yes 53,11 106,55

12 0,000 0,598 0,620 Да / Yes 48,62 96,27

13 0,000 0,627 0,627 Нет / No 43,60 83,58

14 0,000 0,627 0,627 Нет / No 39,71 73,24

15 0,000 0,627 0,627 Нет / No 36,67 64,33

16 0,000 0,627 0,627 Нет / No 32,02 51,64

17 0,000 0,627 0,627 Нет / No 24,54 34,85

18 0,000 0,627 0,627 Нет / No 8,80 13,66

Средние суточные Daily average 0,479 0,551 — 59,10 77,74

N N

о о

tv N

<o <o

* <D U 3 > 1Л С И 2

U <o

<ó щ

¡I

<u <u

O ё —'

о

о <£ CO <f

со

S = 8 «

Z ■ ^

w ?

со IE —

с

E о

CL ° ^ с

ю о

s H

о E со ^

T- ^

co °

ü w

o (ñ

Табл. 4. Коэффициент в и количество теплоты от солнечной радиации, поступающей в помещение через 1 м2 светового проема в течение дня в июле для Москвы

Table 4. The в coefficient and the amount of heat of solar radiation entering the room through 1 m2 of the opening during the day in July for Moscow

Время, ч Time, hour Коэффициент облучен-ностиG Irradiance coefficient G P при qcp - расчет в if qaverage is caículaled P при qcp - измерения в if qaverage is measuœd Наличие инсоляции Insolation q через 1 м2 окна окно При qcp - расчет Вт/м' q . , through one m2 window of a window if qaverage S ^ ^ q через 1 м2 окна окно при q , Вт/м2 cp - измерения q . , through one m2 window of a window if q , W/m2 * average is measured

6 0,401 0,446 0,473 Да / Yes 137,25 58,61

7 0,553 0,567 0,575 Да / Yes 258,15 121,96

8 0,638 0,636 0,634 Да / Yes 350,99 180,37

9 0,668 0,661 0,654 Да / Yes 390,79 216,20

10 0,608 0,612 0,616 Да / Yes 350,48 206,34

11 0,510 0,534 0,566 Да / Yes 267,43 173,50

12 0,248 0,340 0,469 Да / Yes 130,68 125,92

13 0,000 0,215 0,457 Да / Yes 50,78 98,10

14 0,000 0,596 0,622 Да / Yes 42,84 92,41

15 0,000 0,627 0,627 Нет / No 34,68 84,59

16 0,000 0,627 0,627 Нет / No 31,74 72,51

Окончание табл. 4

Время, ч Time, hour Коэффициент облученности G Irradiance coefficient G ß при q„„ г r 1 СР - расчет ß if qaverage is calculated ß при q г г 1 СР - измерения ß if qaverage is measured Наличие инсоляции Insolation q через 1 м2 окна -«окно г при , Вт/м2 г J СР - расчет' q . , through one m2 1 window ° of a window if q^aee is a^ W/m2 q через 1 м2 окна окно при q , Вт/м2 £ -«СР - измерения' q . , through one m2 window of a window if q ■ , W/m2 1 average is measured

17 0,000 0,627 0,627 Нет / No 27,59 58,29

18 0,000 0,627 0,627 Нет / No 21,54 42,65

Средние суточные Daily average 0,547 0,583 — 161,15 117,80

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБСУЖДЕНИЕ

По итогам исследования:

• предложен новый метод оценки энергоэффективности на основе расчета теплопоступления через окна с солнцезащитным устройством. Вклад авторов заключается в разработке методики расчета коэффициента уменьшения теплопоступления СР ß через оконную систему с учетом коэффициента снижения облученности рассеянной СР;

• показано, что солнцезащитное устройство П-образного типа, благодаря наличию вертикальных ребер на обеих сторонах окна, эффективно для затенения окон. Теплопоступление от СР уменьшается приблизительно на 40-60 % в разных климатических регионах;

• разработана программа расчета различных типов солнцезащитных устройств, что стало дополнением к нормативному документу QCVN 09:2017/ BXD «Эффективное экономическое использование энергии в строительных сооружениях». С помощью предложенной программы возможно производить быстрое и точное проектирование солнцезащитных устройств с высокой эффективностью в энергосбережении для систем кондиционирования воздуха;

• проведена оценка энергоэффективности через расчеты теплопоступления от СР в различных климатических зонах (Ханой, Москва). Определено, что при проектировании солнцезащитных устройств необходимо учитывать региональные особенности радиационного режима.

ЛИТЕРАТУРА

1. Стецкий С.В., Ходейр В.А. Эффективные солнцезащитные устройства в гражданском строительстве регионов с жарким солнечным климатом // Вестник МГСУ 2012. № 7. С. 9-15.

2. Carletti C., Sciurpi F., Pierangioli L. The energy upgrading of existing buildings: Window and shading device typologies for energy efficiency refurbishment // Sustainability. 2014. Vol. 6. Issue 8. Pp. 5354-5377. DOI: 10.3390/su6085354

3. Chua K.J., Chou S.K. Evaluating the performance of shading devices and glazing types to promote energy efficiency of residential buildings // Building Simulation. 2010. Vol. 3. Issue 3. Pp. 181-194. DOI: 10.1007/s12273-010-0007-2

4. Bianco L., Vigna I., Serra V. Energy assessment of a novel dynamic PCMs based solar shading: results from an experimental campaign // Energy and Buildings. 2017. Vol. 150. Pp. 608-624. DOI: 10.1016/j.en-build.2017.05.067

5. Тамразян А.Г. Основные принципы оценки риска при проектировании зданий и сооружений // Вестник МГСУ 2011. № 2-1. С. 21-27.

6. Hosseini S.M., Mohammadi M., Guerra-San-tin O. Interactive kinetic façade: Improving visual comfort based on dynamic daylight and occupant's positions by 2D and 3D shape changes // Building

and Environment. 2019. Vol. 165. Pp. 106396. DOI: 10.1016/j.buildenv.2019.106396

7. Lee D.S., Koo S.H., Seong Y.B., Jo J.H. Evaluating thermal and lighting energy performance of shading devices on kinetic façades // Sustainability. 2016. Vol. 8. Issue 9. P. 883. DOI: 10.3390/su8090883

8. Samadi S., Noorzai E., Beltrân L.O., Abbasi S. A computational approach for achieving optimum daylight inside buildings through automated kinetic shading systems // Frontiers of Architectural Research. 2020. Vol. 9. Issue 2. Pp. 335-349. DOI: 10.1016/j. foar.2019.10.004

9. Ning B., Chen Y. A radiant and convective time series method for cooling load calculation of radiant ceiling panel system // Building and Environment. 2021. Vol. 188. P. 107411. DOI: 10.1016/j.buildenv.2020. 107411

10. Huang C., Bai T., Cai J., Lv L., Chen J., Li L. Experimental study on the radiant cooling load of floor based on the radiant time series method // Procedia Engineering. 2015. Vol. 121. Pp. 45-51. DOI: 10.1016/j. proeng.2015.08.1017

11. Vijayalaxmi J. Concept of overall thermal transfer value (OTTV) in design of building envelope to achieve energy efficiency // International Journal

< n

IH

kK

G Г

S 2

0 со § СО

1 »

y 1

J со

u-

^ I

n ° o »

=s ( о §

E w § 2

0) g

»66 r 6

С §

» )

Ü Ф о

о» в

■ T

s У с о

Ф я ®®

M 2 О О 10 10

of Thermal and Environmental Engineering. 2010. Vol. 1. Issue 2. Pp. 75-80. DOI: 10.5383/ijtee.01.02.003

12. Богословский В.Н., Фам Нгок-Данг. Расчет суммарного теплопоступления в помещение через окно // Водоснабжение и санитарная техника. 1973. № 1.

13. Богословский В.Н. и др. Внутренние са-нитарно-технические устройства (часть 3). Книга 1. М. : Стройиздат, 1992. 320 с.

14. Чан Нгок Тьян, Фам Ван Лыонг, Нгуен Тхи Хань Фыонг. Метод расчета солнцезащитных устройств // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды : мат. XVII Междунар. науч. конф. Крым, 2019. С. 100-109. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=43942987&

15. Чан Нгок Тьян, Хоанг Нам Тханг, Фам Ван Лыонг, Нгуен Тхи Хань Фыонг. Метод расчета солн-

цезащитного устройства типа прямоугольника // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды: сборник трудов : мат. XVIII Междунар. науч. конф. Волгоград, 2020. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=43955238&pf=1

16. Чан Нгок Тьян. Снижение теплопоступле-ний через строительную оболочку здания с целью уменьшения энергопотребления систем кондиционирования воздуха // Качество внутреннего воздуха и окружающей среды : сб тр. Хайфа, 2014. С. 271-277.

17. Коркина Е.В., Горбаренко Е.В., Гагарин В.Г., Шмаров И.А. Основные соотношения для расчета облучения солнечной радиацией стен отдельно стоящих зданий // Жилищное строительство. 2017. № 6. C. 27-33.

Поступила в редакцию 26 мая 2021 г. Принята в доработанном виде 31 мая 2021 г. Одобрена для публикации 2 июня 2021 г.

N N О О N N

<0 <0

* <D U 3

> (Л

с и

m «в <ö ф

И

ф Ф

Об авторах: Чан Нгок Тьян — кандидат технических наук, профессор, профессор департамента микроклимата и строительной окружающей среды, факультет строительной окружающей среды; Национальный строительный университет; г. Ханой, Зай Фонг, № 55; tnchan1937@yahoo.com;

Нгуен Тхи Хань Фыонг — кандидат технических наук, преподаватель департамента экологической архитектуры, факультет архитектуры и планирования; Национальный строительный университет; г. Ханой, Зай Фонг, № 55; РИНЦ ID 978551, Scopus: 57212346606, ORCID: 0000-0001-8466-9067; phuongntk@nuce.edu.vn;

Екатерина Валентиновна Горбаренко — кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии географического факультета; Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ); 119991, г Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1; РИНЦ ID: 64816, Scopus: 6505871559, ResearcherlD: M-2970-2015; catgor@mail.ru.

REFERENCES

о ё

о

о о со < со

8 « Si §

ОТ "

от iE

Е о

CL ° ^ с

ю о

S «

о Е

СП ^ т- ^

от от

iï

О (0

1. Stetskiy S.V., Khodeir W.A. Effective Sun Protection Devices in the Civil Engineering of Hot and Sunny Regions. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012; 7:9-15. (rus.).

2. Carletti C., Sciurpi F., Pierangioli L. The energy upgrading of existing buildings: Window and shading device typologies for energy efficiency refurbishment. Sustainability. 2014; 6(8):5354-5377. DOI: 10.3390/ su6085354

3. Chua K.J., Chou S.K. Evaluating the performance of shading devices and glazing types to promote energy efficiency of residential buildings. Building Simulation. 2010; 3(3):181-194. DOI: 10.1007/s12273-010-0007-2

4. Bianco L., Vigna I., Serra V. Energy assessment of a novel dynamic PCMs based solar shading: results from an experimental campaign. Energy and Buildings. 2017; 150:608-624. DOI: 10.1016/j. enbuild.2017.05.067

5. Tamrazyan A.G. Basic Principles of Risk Assessment in Structural Engineering. Vestnik MGSU

[Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011; 2-1:21-27. (rus.).

6. Hosseini S.M., Mohammadi M., Guerra-San-tin O. Interactive kinetic façade: Improving visual comfort based on dynamic daylight and occupant's positions by 2D and 3D shape changes. Building and Environment. 2019; 165:106396. DOI: 10.1016/j.build-env.2019.106396

7. Lee D.S., Koo S.H., Seong Y.B., Jo J.H. Evaluating thermal and lighting energy performance of shading devices on kinetic façades. Sustainability. 2016; 8(9):883. DOI: 10.3390/su8090883

8. Samadi S., Noorzai E., Beltran L.O., Abbasi S. A computational approach for achieving optimum daylight inside buildings through automated kinetic shading systems. Frontiers of Architectural Research. 2020; 9(2):335-349. DOI: 10.1016/j.foar.2019.10.004

9. Ning B., Chen Y. A radiant and convective time series method for cooling load calculation of radiant ceiling panel system. Building and Environment. 2021; 188:107411. DOI: 10.1016/j.buildenv.2020.107411

10. Huang C., Bai T., Cai J., Lv L., Chen J., Li L. Experimental study on the radiant cooling load of floor based on the radiant time series method. Procedia Engineering. 2015; 121:45-51. DOI: 10.1016/j. proeng.2015.08.1017

11. Vijayalaxmi J. Concept of Overall Thermal Transfer Value (OTTV) in Design of Building Envelope to Achieve Energy Efficiency. International Journal of Thermal and Environmental Engineering. 2010; 1(2):75-80. DOI: 10.5383/ijtee.01.02.003

12. Bogoslovsky V.N., Pham Ngok-Dang. Calculation of the total heat input into the room through the window. Water Supply and Sanitary Technique. 1973; 1. (rus.).

13. Bogoslovsky VN. et al. Internal sanitary devices (part 3). Book 1. Moscow, Stroyizdat, 1992; 320. (rus.).

14. Tran Ngoc Chan, Pham Van Luong, Nguyen Thi Khanh Phuong. Calculation method for sun shading devices. Quality of indoor air and environment: mate-

Received May 26, 2021.

Adopted in revised form on May 31, 2021.

Approved for publication on June 2, 2021.

rials of the XVII International Scientific Conference. Crimea, 2019; 100-109. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=43942987& (rus.).

15. Tran Ngoc Chan, Hoang Nam Thanh, Pham Van Luong, Nguyen Thi Khanh Phuong. Method for calculating rectangle-type sun protection devices. Quality of indoor air and environment: materials XVIII International Scientific Conference. Volgograd, 2020. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43955238&pf=1 (rus.).

16. Tran Ngoc Chan. Reducing heat gain through the building envelope in order to reduce the energy consumption of air conditioning systems. Quality of indoor air and environment. Khayfa, 2014; 271-277. (rus.).

17. Korkina E.V, Gorbarenko E.V, Gagarin V.G., Shmarov I.A. Basic relationships for calculation of solar radiation expousureof walls of separate buildings.

Housing Construction. 2017; 6:27-33. (rus.).

BioNoiEs: Tran Ngoc Chan — PhD, Professor, Professor of the Department of Microclimate and Building < n

(D (D

Environment, Faculty of Building Environment; National University of Civil Engineering (NUCE); 55 Giai Phong, tfl 0

Hanoi, Vietnam; tnchan1937@yahoo.com; 2. U

Nguyen Thi Khanh Phuong — PhD of the Department of Environmental Architecture, Faculty of Architecture ^ K

& Planning; National University of Civil Engineering (NUCE); 55 Giai Phong, Hanoi, Vienam, ID RISC: 978551, O 3

Scopus: 57212346606, ORCID: 0000-0001-8466-9067; phuongntk@nuce.edu.vn; £ O

Ekaterina V. Gorbarenko — PhD of Geographical Sciences, Leading Researcher of the Department ^ •

of Meteorology and Climatology, Faculty of Geography; Lomonosov Moscow State University (MSU); 1 Leninskie o S

Gory, GSP-1, Moscow, 119991, Russian Federation; ID RISC: 64816, Scopus: 6505871559, ResearcherlD: M-2970- l <

< —^

2015; catgor@mail.ru. l®

u 7

о »

О о

§ 2

0) 0 r 6

c §

Ф )

ii

® о о» в

■ T

(Л У

с о <D *

б>б>