Гелиоколлекторная установка на основе полимерных материалов

Дипломная работа - Физика

Другие дипломы по предмету Физика

хности an в том случае, если она ориентирована на юг, равен 0, на запад 90, на восток -90, на север -180. Подставляя эти значения an в последнюю формулу, получаем выражения для угла падения лучей на вертикальную поверхность данной ориентации.

Для наклонной поверхности с южной ориентацией (an = 0) имеем:

 

cos i = sin(? - ?)sin ? + cos(? - ?)cos ?cos ?. (1.15)

 

.2.2 Расчет солнечной радиации, поступающей на поверхность

СТК

Для обеспечения улавливания максимального количества солнечной энергии (за расчетный весенне-летне-осенний период) СТК обычно устанавливают в наклонном положении с оптимальными углами наклона к горизонту для каждого сезона.

Среднемесячное среднее дневное значение плотности солнечного излучения, поступающего на наклонную поверхность СТК, определяется по формуле:

H = RE, (1.16)

 

где E - среднемесячное среднее дневное значение плотности солнечного излучения, поступающего на горизонтальную поверхность, Вт/м2;

R - отношение значений плотности солнечного излучения, поступающего на наклонную и горизонтальную поверхности.

Коэффициент пересчета количества солнечной энергии с горизонтальной поверхности на наклонную поверхность СТК с южной ориентацией равен сумме трех составляющих, соответствующих прямому, рассеянному и отраженному солнечному излучению:

 

, (1.17)

 

где - среднемесячная доля рассеянного солнечного излучения;

Rn - среднемесячный коэффициент пересчета прямого солнечного излучения с горизонтальной поверхности на наклонную поверхность, градус;

? - угол наклона освещаемой поверхности к горизонту, градус;

? - альбедо поверхности Земли и окружающих тел, обычно его принимают равным 0,7 для зимы и 0,2 для лета.

Коэффициент Rn определяется выражением:

 

, (1.18)

 

где ? - широта местности, градус;

? - склонение Солнца в средний день месяца, которое будет определяться по формуле:

 

, (1.19)

где n - количество дней с 23 марта текущего года.

Часовой угол захода Солнца для горизонтальной поверхности:

 

?з = arcos(- tg?tg?). (1.20)

 

В качестве часового угла захода Солнца для наклонной поверхности с южной ориентацией принимают меньшую из двух величин: ?з или величину ?з.н, рассчитываемую по формуле:

 

?з.н = arcos[- tg(? - ?)tg?]. (1.21)

 

Значения перечисленных углов приведены в табл. 1.2 (для широты ? = 50).

 

Таблица 1.2

Месяцn, гр., гр., гр., гр.Март8348390Апрель3814531588Май6922572586Июнь9923582785Июль13018552087Август161950989Сентябрь191348490Октябрь2221,544290

Оптимальное значение угла установки панелей ? различны для каждого месяца. Целесообразно изменять угол установки посезонно: в марте ? =48, в июне ? = 58 и в октябре ? = 54. Если же коллектора при монтаже крепятся жестко (это является наиболее простым, дешевым и распространенным способом), то берут средний угол установки 50-55.

Результаты расчета солнечной радиации на наклонную поверхность по вышеизложенной методике приведены в табл. 1.3 и на рис. 1.4. Значения E и Ep взяты из работы [9] для широты ? = 50.

 

Таблица 1.3

МесяцЕр, Вт/м2Е, Вт/м2RnREн, Вт/м2Март1472840,990,89318Апрель1384000,60,71566Май1494820,440,59822Июнь1735750,410,561024Июль1875280,510,65815Август1464580,740,8574Сентябрь1223540,880,9394Октябрь821950,590,72273

Рис. 1.4 - Диаграмма поступления солнечного излучения в весенне-

осенний период

 

Средняя мощность потока солнечной радиации для этих месяцев равна:

 

EНср=598,25 Вт/м2. (1.22)

 

1.3 Определение коэффициента вхождения прямой солнечной

радиации в СТК

 

Солнечные лучи, падающие на коллектор, не доходят полностью до рабочей поверхности, так как слой пыли и грязи препятствует проникновению части солнечных лучей, а стекло, которое служит защитой СТК, частично отражает и поглощает солнечную энергию. Поэтому вводят понятие общего коэффициента вхождения прямой солнечной радиации в коллектор:

(1.23)

Тогда средняя мощность потока солнечной радиации для всех месяцев периода весна-лето-осень составит:

EНср=598,250,68=406,8 Вт/м.2 (1.24)

 

1.4 Определение площади СТК

 

В первую очередь подсчитаем среднюю продолжительность светового дня в период весна-лето-осень. Для этого возьмем длительность светлого времени суток в средний день среднего месяца по каждому сезону (данные можно взять в любом астрологическом календаре):

-15 апреля день длится 14 часов;

-15 июля - 17 часов;

15 октября - 10 часов.

Тогда средняя продолжительность светового дня составит:

. (1.25)

Учитывая среднемесячное поступление солнечной энергии на наклонную площадку, можно рассчитать количество энергии, поступающее на 1 м2 наклонной площадки за день:

 

. (1.26)

 

Требуемая площадь СТК определяется следующим образом:

. (1.27)

 

Выбирая в качестве модулей СТК спроектированный гелиоколлектор размером 1600х1250 мм, определяем их количество для обеспечения необходимого водопотребления:

 

(1.28)

 

Из удобства размещения коллекторов в три ряда окончательно принимаем количество модулей - 27 шт.

 

1.5 Определение установок СТК

 

На рис. 1.6 представлены схемы подвода и отвода жидкого теплоносителя в СТК, абсорбер которого выполнен из