Гелиоколлекторная установка на основе полимерных материалов

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

отдыха.

График потребления горячей воды состоит из трех частей (см. рис 1.1):

утреннее (100 л с 4.00 до 8.00 часов) - 25 л/ч;

дневное (220 л с 12.00 до 16.00 часов) - 55 л/ч;

вечернее (280 л с 16.00 до 20.00 часов). - 70 л/ч.

 

Рис 1.1 - Диаграмма водопотребления

 

В данной работе планируется использовать одноконтурную систему гелиоводоснабжения с принудительной циркуляцией, как более совершенную и производительную по сравнению с одноконтурными системами с естественной циркуляцией.

В расчете количества энергии, необходимого для нагрева 600 л. воды за день, в качестве верхнего и нижнего пределов температур берется максимальная температура антифриза и минимальная - холодной воды из водопровода.

. (1.1)

 

В пересчете на киловатт-часы:

 

. (1.2)

 

В виду того, что для обеспечения утра сегодняшнего дня горячей водой, её нужно нагреть с вечера, то необходимо учитывать потери тепла в результате хранения горячей воды за ночь (примем эти потери в размере 10%):

 

. (1.3)

. (1.4)

 

В сумме за весь день с учетом ночных потерь:

. (1.5)

КПД установки определяем из графика [9, с. 33] для селективного плоского коллектора с однослойным остеклением при средней плотности потока солнечного излучения для Харьковской области около 600 Вт/м2 (см. ниже) и разности температур на входе и выходе коллектора около 40С. Оно составит приблизительно 56%. Тогда мощность СТК будет равна:

 

. (1.6)

 

1.2 Расчет энергоприхода

 

1.2.1 Закономерности движения Солнца по небосклону

Согласно методике, изложенной в [9], расчет солнечного теплового коллектора начинается с определения энергоприхода на его поверхность. Для расчета энергоприхода необходимо знать закономерности движения Солнца по небосклону. Это объясняется тем, что энергоприход в значительной мере зависит от положения Солнца на небесной полусфере, а также ориентации панелей СТК. Для расчета количества солнечной энергии, поступающего на наклонную поверхность, необходимо знать углы падения солнечных лучей на горизонтальную и наклонную поверхности в данной местности.

Положение точки А на земной поверхности относительно солнечных лучей в данный момент времени определяется тремя основными углами - широтой местоположения точки ?, часовым углом ? и склонением солнца ? (см. рис. 1.2). Широта ? - это угол между линией, соединяющей точку А с центром Земли О, и ее проекцией на плоскость экватора. Часовой угол ? - это угол, измеренный в экваториальной плоскости между проекцией линии ОА и проекцией линии, соединяющей центры Земли и Солнца. Угол ? = 0 в солнечный полдень, а в 13.00 часов соответствует 15. Склонение Солнца ? - это угол между линией, соединяющей центры Земли и Солнца, и ее проекцией на плоскость экватора.

 

Рис. 1.2 - Углы, определяющие положение точки А на поверхности

Земли

Склонение Солнца ? в течение года непрерывно изменяется - от -2327' в день зимнего солнцестояния 22 декабря до +2327' в день летнего солнцестояния 22 июня и равно нулю в дни весеннего и осеннего равноденствия.

Склонение Солнца в данный день определяется по формуле:

 

, (1.7)

 

где n - порядковый номер дня, отсчитанный от 1 января.

Наряду с тремя основными углами ?, ? и ? в расчетах солнечной радиации используют также зенитный угол z, угол высоты ? и азимут Солнца а (рис. 1.3).

Угол высоты Солнца ? - это угол в вертикальной плоскости между солнечным лучом и его проекцией на горизонтальную плоскость. Зенитный угол z - это угол между солнечным лучом и нормалью к горизонтальной поверхности в точке А. Сумма ? и z равна 90. Азимут Солнца а - это угол в горизонтальной плоскости между проекцией солнечного луча и направлением на юг.

 

Рис. 1.3 - Углы, определяющие положение точки А на поверхности

Земли относительно солнечных лучей

Связь между дополнительными и основными углами устанавливается соотношениями:

-зенитный угол:

z = cos ?cos ?cos ?, + sin ?sin ?, (1.8)

 

-угол высоты Солнца:

 

? = 90 - z, (1.9)

поэтому sin ? = cos z. (1.10)

 

-азимут Солнца:

 

sin a = sec ?cos ? - sin ?. (1.11)

 

При пользовании приведенными формулами для северного полушария широта ? берется со знаком +, а для южного - со знаком -, склонение Солнца ? имеет знак + для лета (от весеннего до осеннего равноденствия) и знак - в остальное время года. Угол ? изменяется от 0 в солнечный полдень до 180 в полночь, при ? 90 - знак -. Азимут Солнца а изменяется от 0 до 180.

Угол падения солнечных лучей на произвольно ориентированную поверхность, имеющую азимут an и угол наклона к горизонту ?, определяется по формуле:

 

cos i = sin ?[cos ?(sin?cos ancos ? + sin ansin ?) - sin ?cos?cos an] +

+ cos ?[cos ?cos?cos ? + sin ?sin?]. (1.12)

 

Угол падения лучей на горизонтальную поверхность (? = 0):

cos i = cos ?cos?cos ? + sin ?sin?. (1.13)

 

Угол падения лучей на вертикальную поверхность (? = 90):

 

cos i = cos ?(sin?cos ancos ? + sin ansin ?) - sin ?cos?cos an. (1.14)

 

Азимут вертикальной повер