часто задаваемые вопросы

Инновационный купол с областью захвата светового потока 122%

Свет, проходящий перпендикулярно через светопрозрачный материал, на выходе показывал разные результаты. Так, например: поликарбонат терял до 12%; стекло до 10%; органическое стекло (Plexiglass) до 8%. При этом под разными углами светопотери увеличивались, а в какой-то момент свет вообще не мог пройти сквозь материал. Это было связано с предельным углом отражения и показателем преломления материала (рис.1).



Рисунок 1- Предельный угол отражения.

Для решения этой задачи, необходимо было создать устройство, при котором недостаток, связанный предельным углом отражения превратить в преимущество. Понимая это, требовалось изучить разные типы куполов. Эффективность куполов также зависит от высоты, формы и кривизны (рис. 2). Купол с плоской формы привел к снижению КПД (до 35%) по сравнению с обычным куполом полусферической формы, особенно при низком солнце ситуациях (рано утром, поздно вечером или в зимний период).  Обычным куполом полусферической формы, особенно при низком солнце ситуациях (рано утром, поздно вечером или в зимний период). 


Рисунок 2 - Формы куполов: a - сферический; b - усеченный конус; c- цилиндрический; d- усечённый цилиндр; e - кристалловидный; f- частично кристалловидный с линзами; g - грибовидный 

Разработанный светоулавливающий купол выполнен из ПММА (полиметилметакрилат) стекла. Основное достоинство ПММА стекла – высокая прозрачность, которая не меняется с течением времени. Второе свойство- химическая инертность, она позволяет применять различные чистящие средства. Третье свойство - стойкость к абразивным воздействиям, благодаря которой поверхность сохраняет безупречный внешний вид неограниченное время. Немаловажно, что ПММА стекло имеет высокие оптические свойства.

К примеру, купол компании Solatube изготовлен по форме усеченного конуса (рис. 2,b) с имеющимися по периметру нанесенными линзами, выполненными по подобию линз Френеля). Прямой и диффузный солнечный свет, проходящий через конический купол теряет от 15% до 30% своего потока. Это связанно не только с поглощением света материалом купола (не менее 10% для поликарбоната), которые поглощаются прозрачным куполом и 2% при переходе света через изгиб трубы. А в компании «Соларжи» разработали специальный светособирающий купол в форме усечённая полусфера (рис. 3) .  


Рисунок 3-Разновидности купола в форме усечённая полусфера.

   Такая конструкция купола направлена на юг, работает не на преломлении как линза Френеля, а на предельных углах отражения. При этом увеличивается сбор светового потока почти на 30%, то есть в устье световода поступает не 92% захваченного света, а 122%. Даже при низких солнечных углах свет устремляется в шахту световода.

Обсуждение результатов. Эффективность использования солнечных световодов может быть выражена формулой [2]:      

   

где τ – коэффициент пропускания купола и промежуточной линзы; τd–коэффициент пропускания диффузора; Кm – коэффициент эксплуатации (показывает количество чисток в год); К1 – обобщающий коэффициент вводного и выходного устройства; ξ – эффективность светопропускания светоотражающего канала световода, которая зависит от коэффициента отражения светоотражающего канала ρ, параметров световода (длины l и диаметра D), а также угла входа света в световод θ[2].

Эффективность светопропускания светоотражающего канала световода:




где угол θ – угол входа лучей в световод от его оси, при расположении световода перпендикулярно горизонтальной кровли, он равен зенитному расстоянию Солнца.

В связи с тем, что теперь зависимость от угла θ входа лучей в световод от его оси уменьшается, то эффективность световодов будет увеличиваться на 30%.