2. Расчет действительного количества поглощенной солнечной радиации

Действительное количество солнечной радиации поступающей на свободно ориентированную поглощающую поверхность солнечного коллектора , Вт/м², определяется по формуле:

, (3.1)

где , , – коэффициент приведенной поглощательной способности прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации.

Коэффициент приведенной поглощательной способности прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации рассчитывается по формуле:

, (3.2)

где – коэффициент пропускательной способности светопрозрачного покрытия; – коэффициент характеризующий отношение поглощения солнечной радиации черным поглощающим покрытием при заданном угле падения солнечной радиации к углу падения 0°; – коэффициент поглощения солнечной радиации черным поглощающим покрытием при угле падения 0°;

Коэффициент пропускательной способности светопрозрачного покрытия рассчитывается по формуле:

, (3.3)

где – коэффициент пропускательной способности, учитывающий только поглощение; – коэффициент пропускательной способности без учета поглощения.

Коэффициент пропускательной способности, учитывающий только поглощение определяется по формуле:

, (3.4)

где – коэффициент ослабления, который в области солнечного спектра принимается постоянным; – толщина светопрозрачного покрытия.

Коэффициент пропускательной способности без учета поглощения определяется по формуле:

, (3.5)

где – количество светопрозрачных покрытий; и – коэффициент пропускательной способности солнечной радиации при углах 0° и 90° соответственно, определяются по формулам:

, (3.6)

, (3.7)

где – угол падения прямой солнечной радиации, °; – угол преломления прямой солнечной радиации, °.

Угол преломления прямой солнечной радиации , °, определяется по формуле:

, (3.8)

где – коэффициент преломления среды (стекло = 1,526).

Коэффициент , характеризует отношение поглощения солнечной радиации черным поглощающим покрытием при заданном угле падения солнечной радиации к углу 0° определяется по формуле:

, (3.9)

где – эффективный угол падения прямой, рассеянной и отраженной солнечной радиации, °.

Эффективный угол падения для рассеянной и отраженной солнечной радиации рассчитывается по формулам:

; (3.10)

, (3.11)

где – угол поглощающей поверхности солнечного коллектора, °.

3. Расчет полного коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора

Полный коэффициент тепловых потерь коллектора составляют потери через верхнее покрытие (остекление коллектора) и потери через нижнюю и боковую поверхности :

Коэффициент тепловых потерь коллектора через верхнее покрытие , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

, (4.1)

где – коэффициент лучистой теплопередачи между абсорбером и остеклением, Вт/м²·°С; – конвективный коэффициент тепловых потерь между абсорбером и остеклением, Вт/м²·°С; – коэффициент лучистой теплопередачи между остеклением и окружающей средой, Вт/м²·°С; – конвективный коэффициент тепловых потерь между остеклением и окружающей средой, Вт/м²·°С.

Коэффициент лучистой теплопередачи между абсорбером и остеклением , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

, (4.2)

где – действительный коэффициент черноты между поверхностями абсорбера и остекления; – постоянная Стефана-Больцмана (5,67·10^–8 Вт/м²·К⁴); – средняя температура поверхности абсорбера, °С; – температура остекления, °С.

Действительный коэффициент черноты между поверхностями абсорбера и остекления определяется по формуле:

, (4.3)

где – степень черноты поверхности абсорбера; – степень черноты остекления.

Конвективный коэффициент тепловых потерь между абсорбером и остеклением , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

, (4.4)

где – число Нуссельта, характеризует соотношение между интенсивностью теплообмена за счёт конвекции и интенсивностью теплообмена за счёт теплопроводности; – удельная теплопроводность воздуха, Вт/м·К; – расстояние между абсорбером и остеклением, м.

Величина числа Нуссельта определяется по формулам:

• при условии (0° ≤ ≤ 75°)

; (4.5)

• при условии (75° ≤ ≤ 90°)

, (4.6)

где – длина абсорбера, м; – число Рэлея, определяет поведение среды под воздействием градиента температуры, определяется по формуле:

, (4.7)

где – число Грасгофа, определяет процесс теплообмена при свободном движении в поле гравитации и является мерой соотношения подъёмной силы, вызванной неравномерным распределением плотности в неоднородном поле температур, и силами межмолекулярного трения; – число Прандтля, учитывает влияние физических свойств теплоносителя на теплоотдачу; – ускорение свободного падения, м/с²; – коэффициент теплового расширения, К^–1; – определяющий линейный размер поверхности теплообмена, м; – разность между температурой поверхности теплообмена и температурой теплоносителя, °С; – коэффициент кинематической вязкости, м²/с; – удельная теплоёмкость среды при постоянном давлении, Дж/кг·К; – плотность среды, кг/м³; – коэффициент теплопроводности среды, Вт/м·К; – температуропроводность среды, м²/с.

Коэффициент лучистой теплопередачи между остеклением и окружающей средой , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

, (4.8)

где – эффективная температура небосвода, °С; – температура наружного воздуха, °С.

Эффективная температура небосвода , °С, учитывает неоднородность температуры и свойство атмосферы излучать в определенных диапазонах длин волн, определяется по формуле:

, (4.9)

где – температура точки россы, °С, определяется по формуле:

, (4.10)

где – относительная влажность в объёмных долях (0 ≤ ≤ 1,0); – давление упругость водяного пара, кПа, определяется по формуле:

, (4.11)

Конвективный коэффициент тепловых потерь между остеклением и окружающей средой , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

, (4.12)

где – конвективный коэффициент тепловых потерь между остеклением и окружающей средой (вынужденная конвекция), Вт/м²·°С; – конвективный коэффициент тепловых потерь между остеклением и окружающей средой (свободная конвекция), Вт/м²·°С.

Конвективный коэффициент тепловых потерь между остеклением и окружающей средой обусловленный вынужденной конвекцией , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

, (4.13)

где – число Рейднольдса, характеризует режим потока среды, определяется по формуле:

, (4.14)

где – скорость ветра, м/с.

Конвективный коэффициент тепловых потерь между остеклением и окружающей средой обусловленный свободной конвекцией , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

. (4.15)

Коэффициент тепловых потерь коллектора через нижнюю поверхность солнечного коллектора , Вт/м²·°С, определяется по формуле:

, (4.16)

где – коэффициент теплопроводности материала нижней поверхности солнечного коллектора, Вт/м·°С; – толщина материала нижней поверхности солнечного коллектора, м.

Коэффициент тепловых потерь коллектора через боковые поверхности солнечного коллектора , определяется по формуле:

, (4.17)

где – коэффициент теплопроводности материала боковой поверхности солнечного коллектора, Вт/м·К; – толщина материала боковой поверхности солнечного коллектора, м; – периметр коллектора, м; – площадь солнечного коллектора, м².