Сравнение методик расчета интенсивности солнечной радиации Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

3.Драпего С. П. Еколопчна надiйнiсть територiальних комплексiв: [монографiя] / Свген Драпего. - Харкiв.: Свiт, 2006. - 281 с.

4. Сгоренко П. В. Еколопчна безпека i економiчна надшшсть : [монографiя] / Петро Сгоренко. - Дншропетровськ.: ВСТ, 2004. -189 с.

5. Науменко О. I. 1нтервальш оцшки в економiчних розрахунках: [монографiя] / 1ван Науменко. - Рiвне.: Наукова книга, 2007. - 319 с.

6.Леонов А. И. Основы технической эксплуатации бытовой радиоэлектронной аппаратуры: [монографiя] / Леонов И. А., Дубровский Н. Ф. - М.: Легпромиздат, 2009. -269с.

7. Пашенцев А. И. Оценка эксплуатационной надежности закрытых оросительных систем: [брошура] / Пашенцев А. И. - Симферополь.: КИПКС, 1997. - 39с.

8.Фильчагов Л.П. Проектирование сложных систем: [монография] / Андрей Фильчагов. -К.: Наука,1999. - 285 с.

9.Фесенко В. Р. Проблеми оптимiзащi будiвельних об'екпв: [монографiя] / Володимир Фесенко. - Харюв.: Слобода, 2010. - 139с.

10. Шацько А. Л. Економiчнi питання надшносп: [брошура] / Анатолый Шацько. -Луганськ.: КПМ, 2008. - 41с.

11. Щербаков Л. Т. Система наблюдений за состоянием технических систем: [монография] / Л. Т. Щербаков. - Новосибирск.: Научные достижения, 2009. - 289с.

12.Якименко П. В. Системний тдхщ щодо економiко-екологiчноi безпеки Украши: [монографiя] / Павло Якименко. - Дншропетровськ.: Наукова думка, 2006. - 341с.

УДК 621.311.243:697.329 Перминов И.А.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Получены графики интенсивности солнечной радиации в зависимости от времени

года времени суток угла наклона Р и азимута размещения солнечного

коллектора V, широты местности Ф, рассчитанные аналитическим методом и методом коэффициентов; график отношения интенсивности солнечной радиации рассчитанной по различным методикам.

Интенсивность солнечной радиации, прямая и рассеянная солнечная радиация, альбедо, угол высоты солнцестояния, склонение, азимутальный угол

ВВЕДЕНИЕ

Солнце каждые восемь минут поставляет столько энергии, сколько человечество расходует за один год. Потребность человечества в энергии на 180 лет вперёд может быть обеспечена солнечной энергией, достигающей Земли за один день. Энергия Солнца неистощима, бесплатна и экологичнее любого из доступных человеку видов энергии. Использование солнечного излучения для теплоснабжения связано со значительными капитальными затратами, и чем выше потенциал получаемой энергии, тем больше её стоимость. На уровень капитальных затрат по созданию системы солнечного теплоснабжения оказывает влияние выбранная методика расчета поступления солнечной радиации, также для повышения энергоэффективности солнечной установки необходим наиболее точный расчет. Выбор методики расчета интенсивности солнечной радиации

влияет на эксплуатационным затраты, которые имеют важное значение при технико-экономическом обосновании проектных решений.

ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Целью настоящей работы является сравнение методик расчета интенсивности солнечной радиации по аналитическому методу, предложенному [5,6] и методу коэффициентов приведенного в [1].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕТОДИК РАСЧЕТА ИНТЕНСИВНОСТИ

СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Существует аналитический метод определения интенсивности солнечной радиации предложенный Даффи Дж.А., Бекман У.А. в книге «Тепловые процессы с использованием солнечной энергии»[6] и дополненный пособием «Солнечные установки горячего водоснабжения. Пособие по проектированию» Гершкович В. Ф [5] и метод коэффициентов, приведенный в ДСТУ-Н Б В.2.5-43-2010 Правила устройства систем солнечного теплоснабжения в зданиях жилого и гражданского назначения[1].

РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ МЕТОДОМ

КОЭФФИЦИЕНТОВ

В соответствии с нормативными требованиями [1].

Интенсивность СР, которая поступает на СК любого пространственного положения каждый час светового дня определяют по формуле:

«и*- РаЩ^ + ЕЫГ + 4,(1^+0, (1)

где Ч1палЛ - интенсивность СР за каждый час светового дня, В1/М*;

^А - коэффициент, который учитывает азимут размещения СК (табл. 7.1. [1]).

Если СК ориентирован на ЮГ, то коэффициент ^А = ^

- коэффициент положения СК для прямой СР (табл. 7.2. [1]).

Определяет отношение величин интенсивности прямой СР, которая поступает на

плоскость южной ориентации, расположенную под углом Р к горизонту, к интенсивности прямой СР, которая поступает на горизонтальную поверхность.

тГОЦ

3 - интенсивность прямой СР, которая поступает на горизонтальную поверхность, В^/м* (прилож. Г табл. Г.2. [1] или [2,3,4]);

а - интенсивность рассеянной СР, которая поступает на горизонтальную поверхность, Вт/мг (прилож. Г табл. Г.З. [1] или [2,3,4]);

- коэффициент положения коллектора для рассеянной СР, определяется по

формуле:

(2)

где Р - угол наклона СК к горизонту.

угор тгор

Данные по величинам и для отдельных городов приведены в [2,3,4]. При отсутствии данных можно использовать приблизительные значения часовых сумм прямой и рассеянной СР по карте зонирования Украины и метеоданных приведенных в приложении Г [1].

^к - коэффициент положения коллектора для отраженной СР, определяется по формуле:

а - альбедо (коэффициент отражения) поверхности, на которой размещены коллекторы. При отсутствии данных 0,6 - при наличии снегового покрова и 0,2 - при его отсутствии.

РАСЧЕТ ИНТЕНСИВНОСТИ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ АНАЛИТИЧЕСКИ

В соответствии с методикой [5,6]:

Величина интенсивности солнечной радиации Ч, Вт, падающего на 1м2 наклонной плоскости поверхности солнечного коллектора в каждый час светового дня, при реальных условиях, определяется по формуле:

q - ft "rfr-fl"-SiQ.tt + .bfr-fl Sins + 1С0,д£\

\ с версией сое« + ein qi ein.& 2/ (4)

IT 2

где S и - удельный тепловой поток, Вт/м , прямого и рассеянного солнечного

излучения, падающего на горизонтальную поверхность на широте ф данной местности, эти данные приводятся в климатических справочниках [2,3,4];

I' - угол между рассматриваемой плоскостью и горизонтальной поверхностью (т. е.

наклона плоскости солнечного коллектора к горизонту); i

- склонение, т. е. угловое положение Солнца в солнечный полдень относительно плоскости экватора, зависящее от времени года (положительное значение для северного полушария);

Ф - широта местности (положительная для северного полушария);

- азимутальный угол плоскости, т. е. отклонение нормали к плоскости от местного меридиана (за начало отсчета принимается южное направление, отклонение к востоку считается положительным, к западу - отрицательным);

а - часовой угол, равный нулю в полдень для коллекторов ориентированных на юг,

за час значение часового угла меняется на 15о со знаком плюс (от 12 часов к утру) или минус (от 12 к вечеру), определяется по формуле [5,6]:

, (5)

где - время суток в часах;

Для коллекторов, ориентация которых отличается на азимутальный угол г от направления на юг необходимо добавить к 180° этот угол со своим знаком. Для определения средних за час расчетных параметров к значению часового угла времени начала расчетного часа необходимо добавить 15°/2 = 7,5°, т.е. например, для времени с 11

30

до 12 часов принять среднее значение часового угла в 11 . Учитывая описанное выше, формулу (5) можно записать в виде:

w = 1805 + у - 7,5° (6)

1 V / (7)

где n - порядковый номер дня года в качестве n берется номер среднего расчетного

дня месяца для I - XII месяцев года;

: - коэффициент, учитывающий реальные условия облачности[5];

- коэффициент, учитывающий степень прозрачности атмосферы (для Симферополя % = 1)

Таким образом, интенсивность теплового потока, определяемая формулой (11),

представляет собою функцию времени года времени суток угла наклона Р и азимута

солнечного коллектора У. Зависит от удельного теплового потока, который несет с собой

прямое и рассеянное солнечное излучение, падающее на широте Ф данной местности на горизонтальную плоскость.

Были выполненные расчеты согласно формулам (1) и (4) для города Симферополя для поверхности ориентированной на Юг и построены графики рис.1. и рис.2. зависимости поступления солнечной радиации по месяцам года.

600

О Л

I X г ш Г 1 500

<11 Ч

I г 1-со 400

о и Ч ас

л о ЕГ

1- и О го п га с С" 300

I £ п>

а х =г =Г □ч 200

и та и

£ £ ш

Ш 1- ч го £ 100

I а.

X 0

■30 -45 60 ■90

1 2 3 4 5 б 7 3 9 10 11 12 Месяцы года

2

Рис.1. Интенсивность падающей солнечной радиации на 1м поверхности при разных углах наклона к горизонту. Расчет по методике [1].

■30 •45 60 •90

5 6 7 8 Месяцы года

12

Рис. 2. Интенсивность падающей солнечной радиации на 1м поверхности при разных углах наклона к горизонту. Расчет по методике [5,6].

-зэ

■45 60 ■90

4 5 6 7 3 Месяца года

10 11 12

Рис.3. Процентное соотношение интенсивности солнечной радиации для разных углов наклона, рассчитанные по различным методикам.

Анализируя график отношения суммарного месячного поступления удельного теплового потока на 1 м2, рассчитанного по различным методикам можно увидеть, что для угла наклона 300 процентное соотношение для периода июнь-ноябрь колеблется в пределах 25%, для декабря, января-марта около 45%, для апреля-июня 35%. Для угла наклона 450 соотношение в течение года равно 40%. При угле наклона 600 соотношение суммарного месячного поступления удельного теплового потока 1 м2 возрастает и составляет для разных месяцев в пределах 50%. При угле наклона 900 для летних месяцев процентное соотношение колеблется в пределах от 5% до 20%, для осеннего, весеннего, зимнего периодов - от 25% до 55%.

ВЫВОДЫ

На стадии разработки технико-экономического обоснования проекта системы солнечного теплоснабжения выбор методики расчета поступления интенсивности солнечной радиации имеет важное значение. В результате расчетов были получены графики зависимостей суммарного поступления удельного теплового потока на 1 м2 в течение года, рассчитанные по различным методикам. Расчеты показали - количество поступающего тепла рассчитанного по различным методикам значительно отличается. Приведен график соотношение значений полученных результатов, в процентах. В значениях суммарного месячного поступления удельного теплового потока на 1 м2 рассчитанных аналитическим методом учитываются такие факторы как: прозрачность атмосферы, реальные условия облачности, движение Солнца в течение суток по небесной сфере, которые оказывают значительное влияние на конечные результаты расчета.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ДСТУ-Н Б В.2.5-43-2010 Настанова з улаштування систем сонячного теплопосточання в будинках житлового 1 громадського призначення. Кшв. Мшрегюнбуд Украши, 2010 - с. 45.

2. Справочник по климату СССР. Выпуск 10. Украинская ССР. Гидрометиздат, Л., 1966.

3. СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика, Госстрой СССР, Москва , 1984.г

4. НИИ строительной физики. Руководство по строительной климатологии.- Москва, 1977.

5. Гершкович В. Ф. Солнечные установки горячего водоснабжения. Пособие по

проектированию. Изд. КиевЗНИИЭП, 2006.

6. Даффи Дж.А., Бекман У.А., Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М.: Мир, 1977.

УДК 697.4:621.58 Пуховий 1.1., д.т.н., професор,

Нацюнальний техтчний утверситет «Кигвський полтехтчний Iнститут»

Денисова А.О., д.т.н., професор, Лужанська Г.В., к.т.н., доцент

Одеський нацгональний полтехтчний университет

ТЕМПЕРАТУРН1 ТА ТЕПЛОВ1 ХАРАКТЕРИСТИКИ УТВОРЕННЯ ЛЬОДУ НА СТ1НАХ БУФЕРНО1 ЗОНИ БУД1ВЛ1, ЩО ОПАЛЮеТЬСЯ ТЕПЛОТОЮ КРИСТАЛ1ЗАЦ11 ВОДИ

Розглянута можлив1сть використання льодяног огорож1 буферной зони буд1вл1, що розташована мгж житловою зоною г довкгллям. Отримано ргвняння для визначення температури зовтшньог поверхт ст1ни буферной зони, коли на