Принцип действия инсоляционных пассивных систем отопления основан на непосредственном поступлении энергии солнечного излучения в отапливаемые помещения через их светопроёмы (увеличенных размеров) на южной стене. Они нашли широкое применение в высотных административных зданиях со сплошными наружными ограждениями из тонированного стекла и в застеклённых балконах и верандах жилых зданий.
Преимуществами систем отопления данного типа являются их простота, отсутствие в них специального гелиотехнического оборудования (коллекторов для улавливания, поглощения и преобразования в тепло энергии солнечного излучения, и аккумуляторов тепла), насосов и вентиляторов для прокачки теплоносителя по системе и, соответственно, их дешевизна и практически полное отсутствие эксплуатационных расходов. Поскольку преобразование энергии солнечного излучения в тепловую в инсоляционных пассивных системах происходит после её поступления в отапливаемые помещения, их тепловая эффективность существенно (в полтора-два раза) выше, чем у традиционных активных и пассивных систем солнечного отопления.
Недостатками инсоляционных пассивных систем отопления в условиях резко континентального климата, характерного для Республики Узбекистан, являются возможный световой и тепловой дискомфорт, а также сложность регулирования температурного режима отапливаемого помещения. Этими факторами объясняется малая популярность рассматриваемых систем солнечного отопления в практике теплоснабжения.
Основным элементом инсоляционных пассивных систем отопления является трёхслойное энергоактивное светопрозрачное ограждение увеличенных размеров (по сравнению с традиционными светопроёмами из простого оконного стекла с замкнутой и вентилируемой воздушными прослойками между слоёв).
Преимуществами инсоляционных пассивных систем отопления являются их простота, отсутствие в них специального гелиотехнического оборудования, насосов и вентиляторов, то есть их дешевизна и практически полное отсутствие эксплуатационных расходов
Для расширения масштабов применения инсоляционных пассивных систем отопления в практике теплоснабжения в условиях Республики Узбекистан, в первую очередь, необходимо устранить указанные недостатки, сохранив при этом все перечисленные их достоинства. Одним из путей решения данной задачи, предложенным узбекскими учёными (и нацеленным на повышение тепловой эффективности и коэффициента замещения топлива инсоляционных систем, а также на обеспечение многофункциональности и энергоэффективности светопрозрачных ограждений), является замена простых двухслойных светопрозрачных ограждений помещений из обычного оконного стекла на трёхслойные.
Подобные ограждения обязательно должны иметь попеременно функционирующие замкнутые вентилируемые воздушные прослойки между слоёв и должны быть изготовлены с применением тонкого частично лучепоглощающего полимерного плёночного покрытия ламинатным способом.
Зимой полимерная плёнка наносится методом ламинирования на наружную поверхность внутреннего слоя светопрозрачного ограждения, и воздушная среда отапливаемого помещения вентилируется через продух (вентилируемую воздушную прослойку), заключённый между внутренним и средним слоями светопрозрачного ограждения. Воздушная прослойка между средним и наружным слоями светопрозрачного ограждения при этом выполняется в замкнутом виде (рис. 1а). Летом во избежание перегрева помещения ламинатная плёнка снимается со внутренней поверхности внутреннего слоя светопрозрачного ограждения и переносится на внутреннюю поверхность его наружного слоя, и наружный воздух вентилируется через продух, заключённый между его средним и наружным слоями. Воздушная прослойка внутренним и средним слоями светопрозрачного ограждения при этом выполняется в замкнутом виде (рис. 1б).
Солнечное излучение, проходя сквозь трёхслойное светопрозрачное ограждение (при этом ограждение сопряжено с внутренней поверхностью его внутреннего слоя — частично лучепоглощающим ламинатным плёночным покрытием), поглощается интерьером отапливаемого помещения и преобразуется в тепло.
В результате частичного поглощения проходящего солнечного излучения температура данного плёночного покрытия становится больше как температуры воздушной среды отапливаемого помещения, так и среднего слоя рассматриваемого светопрозрачного ограждения. Благодаря этому в отапливаемое помещение поступает дополнительное тепло от обращённой к нему (внутренней) поверхности частично лучепоглощающего плёночного покрытия (конвекцией и излучением) и за счёт вентилирования воздушной прослойки светопрозрачного ограждения (конвективным путём). Тепловой режим отапливаемого помещения формируется под влиянием указанных составляющих теплопоступления и тепловых потерь в окружающую среду через его светопрозрачное и другие массивные ограждения.
Зависимости суточного хода и среднесуточного значения температуры воздушной среды помещения (отапливаемого с помощью инсоляционных пассивных систем), от нестационарности прихода солнечного излучения и изменения температуры окружающий среды по месяцам отопительного сезона изучались путём моделирования их тепловых режимов (нестационарного и стационарного), а также проведением соответствующих экспериментальных исследований в натурных условиях на примере конкретного объекта [1-4].
На рис. 2 приведены исходные данные для расчёта суточного хода температуры воздушной среды помещения, отапливаемого с помощью инсоляционной пассивной системы, — дневные ходы изменения температуры окружающей среды t0 и прихода суммарного солнечного излучения, падающего на плоскость фронтальной поверхности вертикально расположенного и ориентированного на юг светопрозрачного ограждения qпадΣ. Условия расчёта — характерный ясный день отопительного сезона.
На рис. 3 приведены результаты расчётов по определению зависимости дневного хода температуры воздушной среды отапливаемого помещения tв от отношения площади фронтальной поверхности светопрозрачного покрытия Fспо к площади пола отапливаемого помещения Fпл, имеющего тепловую характеристику q0V = 51,5 ± 1,5 Вт/°C, представляющую собой произведения удельной тепловой характеристики отапливаемого помещения q0 [Вт/(м3·°С)] на его объём V[м3] по наружным размерам.
Как следует из анализа рис. 3, при значениях Fспо/Fпл ≥ 0,5 в дневные часы значение tв выше нормируемого (+18 °С), поэтому возникает необходимость аккумулирования дневного излишка тепла в рассматриваемом помещении.
