Постоянное возрастание объемов энергопотребления, истощение запасов ископаемого топлива и экологические проблемы, возникающие в результате его сжигания, ставят перед человечеством, наряду с рациональным и бережливым использованием традиционных топливно-энергетических ресурсов, задачу перестройки энергетической базы, поиска и разработки местных нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
Из нетрадиционных возобновляемых энергетических ресурсов в условиях Республики Узбекистан наиболее перспективна солнечная энергия, энергетический потенциал которой составляет 98,5 % возобновляемых источников энергии, вместе взятых [1, 2].
Одной из наиболее подготовленных сфер широкомасштабного применения солнечной энергии в народном хозяйстве республики, как и во всем мире, — ее преобразование в низкопотенциальное тепло и использование последнего в качестве источника в системах теплоснабжения жилых зданий коммунально-бытовых объектов, являющихся основными потребителями тепла такого же температурного потенциала.
Отметим, что для покрытия тепловых нужд населения и коммунально-бытового сектора ежегодно расходуется 50 % ископаемого топлива [1] по Республике.
Мировой опыт по использованию солнечной энергии показывает, что одними из эффективных систем теплоснабжения низкотемпературных потребителей являются инсоляционные пассивные системы солнечного отопления (ИПССО), отличающиеся простотой, прежде всего, с точки зрения конструктивного решения.
В инсоляционных пассивных системах солнечного отопления солнечные лучи проникают в отапливаемые помещения через оконные проемы (обычно увеличенных размеров) и нагревают внутренние ограждения помещения, которые становятся приемниками излучения и аккумуляторами тепла. Несмотря на самую высокую тепловую эффективность, следует отметить ряд недостатков, свойственных инсоляционным пассивным системам неустойчивость теплового режима, необходимость применения вспомогательных устройств, снижающих дополнительные теплопотери в ночное время, тепловой и световой дискомфорт в дневное время.
Несомненно, представляет большой практический интерес определение фактических возможностей инсоляционных пассивных систем в климатических условиях центральноазиатских республик. Рассматриваемая задача как актуальная для нашей республики, сводится к выбору рациональных конструктивных решений совмещения основных элементов инсоляционных пассивных систем солнечного отопления, тепловой оптимизации их основных параметров и экспериментальной проверке достоверности результатов выполненных расчетно-оптимизационных исследований.
Одним из основных показателей инсоляционных пассивных систем солнечного отопления является тепловая эффективность их светопрозрачной стены.
Источниками тепловой энергии в инсоляционных пассивных системах солнечного отопления, ориентированный на юг, вертикальный светопроем которых снабжен плоским рефлектором для дополнительной подсветки отапливаемого помещения днем и уменьшения тепловых потерь через светопроем ночью, как следует из названия, являются входящее в отапливаемое помещение через рассматриваемый светопроем суммарное (прямое и рассеянное) солнечное излучение и входящее через этот же светопроем прямое солнечное излучение, отраженное от зеркальной поверхности плоского рефлектора, шарнирно соединенного с нижней частью рассматриваемого светопроема, т. е. [9]
, (1)
где
- дневная сумма непосредственно входящего в отапливаемое помещение суммарного солнечного излучения;
- дневная сумма входящего в отапливаемое помещение прямого солнечного излучения, отраженного от поверхности рефлектора. Среднедневное значение тепловой эффективности инсоляционных пассивных систем солнечного отопления определено из общеизвестного отношения
, (2)
где
; (3)
- дневная сумма суммарного солнечного излучения падающего на плоскость вертикального, ориентированного на юг светопроема,
- дневная сумма прямого солнечного излучения, падающего на плоскость вертикального, ориентированного на юг светопроема и отраженного от зеркальной поверхности рефлектора.
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, 5]. 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 
в работах [7, 8] предложено выражение
, (5)
где
- составляющий единичного вектора в по оси х, определямый из уравнения зеркального отражения, т. е.
, (6)
n и c — единичные векторы нормали рефлектора и солнечного луча.
Выражение (5) в явном виде может быть представлено как
, (7)
где 
- годовое склонение Солнца; 
- географическая широта местности; 
- момент истинного полудня; 
— текущее время суток; 
- угловая скорость вращения Земли вокруг своей оси;
(8)
— 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 (7) и (8) принимают вид общеизвестных выражений для расчета угла падения прямого солнечного излучения соответственно на вертикальную и горизонтальную поверхности.
Основная цель применения шарнирно трансформируемых рефлекторов в плоских солнечных тепловых установках и коллекторах — повышение поверхностной плотности потока солнечного излучения на их лучевоспринимающих поверхностях. Задача определения оптимального угла наклона к горизонту рассматриваемых рефлекторов в зависимости от текущего времени года, т. е. склонения Солнца, практически оставалось не изученной.
В связи с этим представляет практический интерес определение оптимального угла наклона к горизонту шарнирно соединенных с нижней частью оконного проема плоских трансформируемых рефлекторов, в зависимости от времени года, с целью максимального улавливания отраженного от него потока прямой солнечной радиации светопроемом.
Оптимальным при этом считается угол наклона солнечного рефлектора, при котором в полдень весь отраженный от него поток падает на поверхность светопроема при равенстве площади их поверхностей [6]. Для удобства рассматриваемую задачу решим для светопроема, имеющего нулевую глубину относительно плоскости наружной поверхности несущей вертикальной стены ориентированной на юг. Как следует из рис. 1, в полдень
; (9)
. (10)
Рис. 1. Принципиальная схема к определению оптимального угла наклона к горизонту плоского трансформируемого рефлектора инсоляционной пассивной системы солнечного отопления; 1-солнечные лучи, 2-светопроем (двухслойное светопрозрачное ограждение), 3-шарнирно трансформируемый зеркальный рефлектор, 
и 
соответственно, углы падения и отражения прямого солнечного излучения на поверхности рефлектора.
Значение оптимального угла наклона рефлектора (
) при этом
, (11)
где i- угол падения прямого солнечного излучения на поверхность рефлектора, который равен углу отражения излучения от этой же поверхности (
).
Значение угла падения прямого солнечного излучения на поверхности плоских приемников, ориентированных на юг под углом наклона к горизонту (
), определяется из выражения (8), т. е.
В полдень 
ч и в этой связи 
, и выражение (8) может быть представлено как
. (12)
Как следует из (12),
. (13)
Подставляя (13) в (10) и учитывая, что 
, получим
. (14)
С значения 
, определяется по формуле
, (15)
где n- порядковый номер дня года от 1 января.
Литература:
- Возобновляемые источники энергии. / В кн.: Первое национальное сообщение Республики Узбекистан по Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Фаза 2. Главное Управление по гидрометеорологии при КМ Республики Узбекистан -Ташкент, 2001.- С.34–36.
- Авезов Р. Р., Захидов Р. А. Возобновляемые источники энергии-энергетический резерв Узбекистана // Горный журнал. Спецвыпуск.М.; 2004. С. 72–74.
- Сабади П. Р. Солнечный дом. -М.: Стройиздат, 1985. -113с.
- Мхитарян М. М. Энергосберегающие технологии в жилищном и гражданском строительстве. -Киев: Наукова Думка, 2000. -417с.
- Бабакулов К. Б. Совмещенная пассивная система солнечного отопления и горячего водоснабжения жилого дома: Автореф. дис. … канд. техн. наук.- Ашхабад, 1986.-20с.
- Дусяров А. С., Авезов Р. Р. Оптимальный угол наклона к горизонту трансформуемого рефлектора пассивных систем солнечного отопления // Гелиотехника, 2000. № 1. Ст. 60–63.
- Дусяров А. С., Авезов Р. Р., Авезова Н. Р. Дневной ход тепловой эффективности пассивных систем солнечного отопления, снабженных плоскими рефлекторами. // Гелиотехника, 2001. № 3. С.60–65.
- Дусяров А. С., Авезов Р. Р. Температурный режим помещения с рефлекторной пассивной системой солнечного отопления и аккумулятором тепла // Гелиотехника, 2000. № 4. С.50–54.
- Авезов Р. Р., Дусяров А. С. Теплопроизводительность и средневзвешенная тепловая эффективность инсоляционных пассивных систем солнечного отопления с плоскими рефлекторами излучения. // Гелиотехника, 2005. № 4. С.89–91.
