Тема 1. Использование солнечной энергии

Задание 1.

Рассчитать гелиоэнергетическую установку (ГЭУ) для получения горячей воды с мая по сентябрь для условий, указанных в варианте задания для конкретного населенного пункта Челябинской области (табл.П 1.1., Приложения 1). Количество человек, использующих горячую воду – n. Конечная температура нагрева воды Т₂, ⁰С. Сделать вывод о целесообразности использования ГЭУ с точки зрения экономии органического топлива.

Методика расчета

1. . Рассчитывается суммарная солнечная радиация в среднем за день данного месяца

а) на горизонтальную поверхность:

, МДж/м², (1.1)

где Н_о, а и в – коэффициенты, S – действительная продолжительность солнечного сияния для заданного района, ч; S_o – возможная продолжительность солнечного сияния, ч .

Значения коэффициентов а, в, S_o для Челябинской области берутся из таблицы П.1.2. Среднее значение S – по табл. П.1.3.

Коэффициент Н_о определяется:

, МДж/м² (1.2)

где Н_э – эталонное (условное) значение суммарной энергии, принимается равным атмосферному (1360 Вт/м² =1,36 кВт/м²).

Учитывая, что 1 кВт =3,6 МДж., для каждого месяца Н_о будет:

Н_о=1,36∙ S∙3,6 МДж/м²

б) на наклонную поверхность:

, МДж/м² (1.3)

где R – отношение среднемесячных дневных приходов суммарной энергии на наклонную и горизонтальную поверхности. Расчет следует проводить для углов наклона, когда ожидается максимум солнечной энергии в рассматриваемые месяцы. Для Челябинской области такими углами являются углы от 10 до 30⁰. Данные для этих углов приведены в табл. П.1.4.

Результаты расчетов свести в табл. 1.1:

Таблица 1.1.

Месяц	май	июнь	июль	август	сентябрь
Угол
10о
15о
20о
25о
30о

2. . Рассчитывается дневная удельная тепло-производительность гелиоустановки в I-том месяце:

, МДж/м², (1.4)

где F_R=0,89 – коэффициент переноса тепла от коллектора к жидкости; τ – коэффициент проникновения солнечной радиации; α – коэффициент поглощения солнечной радиации; (в расчетах принимается τ∙α =0,7); U_L=6 Вт/м²∙⁰К – коэффициент тепловых потерь; Т_о – температура окружающего воздуха (в расчетах принимается среднее значение: в мае, сентябре Т_о=15⁰С, июнь, июль, август 20⁰С); Т_вх – температура на входе в коллектор, которая определяется:

, ⁰К, (1.5)

где – Т_б – температура воды в баке-аккумуляторе к концу дня (принимаем равной конечной температуре нагрева, ⁰К).

Дневная удельная теплопроизводительность рассчитывается для каждого солнечного месяца для углов наклона 10, 15, 20, 25 и 30 градусов, рекомендованных как наиболее оптимальные для Челябинской области.

Результаты расчетов сводятся в табл. 1.2, по данным которой определяется значение дневной выработки за сезон для каждого угла наклона. Угол, при котором значение тепло-производительности будет максимальным, принимается за оптимальный, и дальнейшие расчеты ведутся для этого угла наклона.

Таблица 1.2

Угол наклона, φ, град	Удельная дневная тепло-производительность, , МДж/м2
	май	июнь	июль	август	сентябрь	За сезон
10
15
20
25
30