Smart window for angular selective filtering of solar radiation

Abstract

A new approach to angular selective filtering of the solar radiation without using the sunlight redistribution devices is proposed. Parallel strips of chromogenic materials on two surfaces of the pane(s) form an optical filter having angular selective light transmission. Clarified methods to calculate the optimum slope angle of the strips on the pane(s), their widths and relative position on two surfaces considering the seasonal and daily change in the solar radiation, the location of the building and the window's azimuth are presented. Such a smart window blocks the direct radiation in a preset angular range and transmits the scattered and reflected radiation that is provides comfortable daylighting indoors.

Analysis of chromogenic materials for angular-selective smart windows with efficient use of solar energy

“…is possible due to parallel chromogenic strips on two surfaces of double-or single-glazed windows, which are two gratings of optical filter (figure 1). The gratings slope angle , the strips widths c i and the characteristic angle  c , are calculated at the given distance between the gratings s considering the building coordinates, the window azimuth and the change in the solar radiation intensity [22]. Such a smart window partially or completely blocks the direct solar beams and transmits the diffused and reflected beams in angular ranges indicated in figure 1 Methods for calculating the optimum slope angle, the widths of the strips and the characteristic angle of the grating filter, the angular and temporal transmittance characteristics of grating and conventional smart windows, as well as a novel building typology creating the daylighting and insolation comfort based on the grating filter are given in the author's review [23].…”

“…Also, such a window has no angular-selective light transmission. To get rid of these shortcomings, another way of using chromogenic materials in a smart window with a novel grating optical filter was discussed in [22]. The purpose of this paper is a short comparative analysis of chromogenic materials and technologies to select the most suitable for 1070 (2022) 012016 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/1070/1/012016 2 practical use in angular-selective smart windows, taking into account their specific differences from conventional smart windows, on the basis of the author's review [23].…”

A Method for Optimized Angular Selective Filtering Solar Radiation

“…Такой фильтр с двумя поверхностными решетками, состоящими из чередующихся параллельных пропускающих и непропускающих полос [25]- [28], обеспечивает регулирование светопропускания без использования дополнительных устройств перераспределения световых потоков, следовательно, выполнение гигиенических требований к естественному и искусственному освещению и инсоляции, приведенных в санитарно-эпидемиологических правилах и нормативах СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях». В статье обновляется и расширяется метод расчета оптимального угла наклона решеток фильтра [29]. Демонстрируются результаты оптимизации параметров фильтра для различных дат, показателей преломления оконного стекла, расстояний между решетками фильтра для окон с одинарным и двойным остеклением, азимутов ориентации окна по сторонам света.…”

“…Таким образом, максимальная интенсивность прямого солнечного излучения в летнее время наблюдается в утренние часы. Оптимальный угол наклона решетки фильтра на оконном стекле определяется в соответствии со следующим алгоритмом (начальная версия [29] обновлена и расширена для окон с двойным остеклением).…”

Numerical Modeling of Natural Lighting, Insolation and Sun Protection

“…Введение. В исследовании [1] были подробно рассмотрены уникальные аспекты пропускания света через смарт-окна с инновационной угловой селективной фильтрацией солнечного излучения. Нами был представлен метод, позволяющий проводить как теоретические, так и практические расчеты характеристик пропускания света через такие окна, учитывая разнообразные геометрические параметры оптического фильтра.…”