духа 0° С. Безветрие. Рассчитайте потери тепла через стекла; а) предполагая (ошибочно), что единственным термическим сопротивлением тепловому потоку является теплопроводность стекла, и б) учитывая также (правильно) термичес­кое сопротивление температурных пограничных слоев у поверхностей стекла.

Указание: в первом приближении можно положить (1/2) (Т\ + Г2).

Потом проверьте справедливость этого предположения.

Решения

3. Ra/Ra* = 0, 1,48; 3,8, 16 Nu,Kcn=l, 1,5; 2,1; 3,3

4. 26 кДж/ч при 8 = 0,10, 7\=373 К (см. табл. 3.4).

5. а) 5,7 Вт/(м²*К); б) 25 Вт/(м²-К); в) 44 Вт/(м²*К). Погрешность — около 50%.

6. /inOJIH ⁼⁼ ^вынужд

-}-/Jcbo6 = 4,8; 13,7; 43,2 Вт(м²*К), использовать табл. 3.1

и 3.2.

3. а) 10 кВт, ~б) /\, = 0,032 м²-К/Вт с обеих сторон, R_!4 = 0,029 К/Вт, Рн = 0,7 кВт.

Глава 4 солнечное излучение 4.1. Введение

Наибольшая плотность потока солнечного излучения, прихо­дящего на Землю, составляет примерно 1 кВт/м² в диапазоне длин волн 0,3—2,5 мкм. Это излучение называется коротковол­новым и включает видимый спектр. Для населенных районов в зависимости от места, времени суток и погоды потоки солнеч­ной энергии, достигающие Земли, меняются от 3 до 30 МДж/м² в день. Солнечное излучение характеризуется энергией фотонов в максимуме распределения порядка 2 эВ, определенной по температуре поверхности Солнца около 6000 К. Это — энергети­ческий поток от доступного источника гораздо более высокой температуры, чем у традиционных технических источников. Тепловая энергия его может быть использована с помощью стандартных технических устройств (например, паровых турбин)

и, что более важно, методами, разработанными на основе фото­химических и фотофизических взаимодействий.

Потоки энергии излучения, связывающие атмосферу с поверх­ностью Земли, тоже порядка 1 кВт/м², но они перекрывают другой спектральный диапазон — от 5 до 25 мкм, называемый длинноволновым, с максимумом около 10 мкм. По спектру ко­ротко- и длинноволновое излучения расположены друг от друга достаточно далеко и могут быть легко различимы.

Основная цель этой главы — показать, можно ли использо­вать энергию солнечного излучения в качестве энергии, подво­

73

димой к солнечному устройству, ориентированному определенным образом в определенном месте и в определенное время. Во- первых, обсудим, на какое количество солнечной энергии вне атмосферы Земли можно рассчитывать (§ 4.2). Далее рассмот- рим зависимость количества подходящей к солнечному устрой- ству энергии от геометрических факторов, таких как географи- ческая широта (§ 4.4, 4.5), и от атмосферных факторов, таких как поглощение парами воды (§ 4.6). В двух последних параг- рафах кратко обсуждается вопрос об измерениях солнечной энергии, а также более сложный вопрос о возможности исполь- зования других метеорологических данных для оценки этой энергии.

2. Космическое солнечное излучение

Вследствие реакций ядерного синтеза в активном ядре Солн- ца достигаются температуры до 10⁷ К; спектральное распреде- ление потока излучения из ядра неравномерно. Это излучение поглощается внешними неактивными слоями, нагретыми до Г = 5800 К, в результате чего спектральное распределение сол- нечного излучения становится относительно непрерывным.

На рис. 4.1 показано спектральное распределение лучистой энергии на среднем расстоянии от Солнца до Земли, не иска- женное влиянием атмосферы. Видно, что это распределение по форме, длине волны в максимуме и полной энергии излучения подобно распределению интенсивности излучения абсолютно черного тела при температуре 5800 К (ср. с рис. 3.12). Площадь под этой кривой равна солнечной постоянной Go =1353 Вт/м², которая представляет собой плотность потока излучения, падаю- щего на площадку, перпендикулярную этому потоку и располо- женную над атмосферой на расстоянии 1,496 XIО⁸ км от Солнца (среднее расстояние от Земли до Солнца).

На самом деле плотность потока излучения, достигающего верхней границы атмосферы, отличается от солнечной постоян- ной вследствие флуктуаций потока солнечной энергии менее чем на ±1,5% и вследствие предсказуемых изменений расстояния

Земля — Солнце, вызванных слабой эллиптичностью земной орбиты,— на ±4% в течение года.

Солнечный спектр можно разделить на три основные об- ласти:

1. ультрафиолетовое излу- чение (А,<0,4 мкм) —9% ин- тенсивности;

Рис. 4.1. Спектральное распределение солнечного излучения вне атмосферы

74

м~²-мкм“*