Design, development and testing of innovative solar - control facade systems

Abstract

This thesis deals with performance criteria and measurements for the evaluation of solar-control systems. It also presents methods for the mathematical-physical modeling of the interaction of solar irradiation with the building skin,it provides an overview on the state of the art of solar-control systems and it introduces six new solar-control systems which have been invented and further developed with contributions of the author.A new methodology for calorimetricg-value measurements has been developed. The author contributed to the new international standard ISO/CD 19467ong-value measurements on the basis of these results. Another major contribution is the introduction of the“eective g-valuege”,which is the rst product characteristic that includes not only the static properties of the solar-control system but also the operation/control strategy,which is essential for a realistic performance evalu- ation. The“center-of-glazing”propertyge is independent to the specic building. It only depends on the orientation and location and can therefore be used for general performance characterization within a given climatic zone. Another contribution is the new criterion for the colorrend erring of objects in the room, seen from an observer outside the building Rafromoutside.This performance aspect was not considered quantitatively until now.Contributions to perfor-mance criteria for BIPV or BIST solar-control systems with building integrated photovoltaic or solar thermal energy conversion have been made.The mathematical-physical modeling of the interaction of the solar radiation with the buildings kin ranges from modeling of the trans- mission of daylight and the modeling of secondary heat gains to the modeling of photovoltaic or solar thermal energy conversion. This includes the modeling of the performance of the façade component itself (modelingofge)and the modeling of the performance of the facade component in the building context.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή ασχολείται με την αξιολόγηση των συστημάτων ελέγχου του ηλιαμού μέσω κριτηρίων απόδοσης και μετρήσεων. Παρουσιάζει επίσης τις μεθόδους για τη μαθηματικοφυσική μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης της ηλιακής ακτινοβολίας με το κέλυφος του κτιρίου, παρέχει μια επισκόπηση σχετικά με την εξέλιξη της τεχνολογίας των συστημάτων ελέγχου του ηλιασμού και εισάγει έξι νέα συστήματα ελέγχου που έχουν εφευρεθεί και αναπτυχθεί περαιτέρω με τη συνεισφορά του υποφαινόμενου.Αναπτύχθηκε μία νέα μεθοδολογία για μετρήσεις θερμιδομετρίας. Ο συγγραφέας με βάση τα αποτελέσματα αυτών των μετρήσεων, συνέβαλε στον καθορισμό του νέου διεθνές προτύπου ISO/CD 19467. Σημαντική ήταν ακόμη η συμβολή του στην καθιέρωση του «ενεργού g-value (ge)», το οποίο είναι το πρωτο χαρακτηριστικό που περιλαμβάνει όχι μόνο τις στατικές ιδιότητες του συστήματος ελέγχου, αλλά και τη λειτουργία / στρατηγική ελέγχου, η οποία είναι απαραίτητη για μια ρεαλιστική αξιολόγηση της απόδοσης. Ο παράγοντας ge που αναφέρεται στο κέντρο του υαλοπίνακα είναι ανεξάρτητος για συγκεκριμένο κτίριο. Εξαρτάται μόνο από τον προσανατολισμό και τη θέση και ως εκ τούτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα γενικό χαρακτηρισμό της απόδοσης σε μια δεδομένη κλιματική ζώνη. Μια άλλη συνεισφορά είναι το νέο κριτήριο για την απόδοση των χρωμάτων των αντικειμένων στο χώρο, όπως φαίνονται από έναν εξωτερικό παρατηρητή (Rafromoutside). Αυτός ο παράγοντας απόδοσης δεν είχε ποσοτικοποιηθεί έως τώρα. Σημαντικές συνεισφορές έγιναν και όσον αφορά τα κριτήρια απόδοσης των συτημάτων ελέγχου ηλιασμού με ενσωματωμένα στο κτίριο φωτοβολταϊκών πλαισίων (BIPV) ή συτημάτων ελέγχου ηλιασμού με ενσωματωμένα στο κτίριο συστημάτων μετατροπής της ηλιακή θερμικής ενέργειας (BIST). Η μαθηματικοφυσική μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης της ηλιακής ακτινοβολίας με τα κτίρια συμπεριλαμβάνει τη μοντελοποίηση της μετάδοσης του φωτός της ημέρας, τη μοντελοποίηση των δευτερογενών θερμικών κερδών, ακόμη και τη μοντελοποίηση των φωτοβολταϊκών ή των συστημάτων μετατροπής της ηλιακής θερμικής ενέργειας. Η μεθοδολογία αυτή περιλαμβάνει λοιπόν τη μοντελοποίηση της απόδοσης τόσο του ίδιου του στοιχείου-συστατικού της πρόσοψης όσο και τη μοντελοποίηση της απόδοσης του στοιχείου-συστατικού της πρόσοψης στο σύστημα του κτιρίου.