Исходные данные

Количество проживающих в доме людей N_чел = 7

Широта  = 59°38’

Наклон коллектора s =  + 15° = 64°38’

Азимутальный угол коллектора ψ = 0

Характеристики коллектора: F_R ()_n = 0.77

F_R U_C = 5.2 Вт/(м² К)

Расход антифриза через промежуточный теплообменник

m = 0.034 кг/(с∙м²)

Расход воды через промежуточный теплообменник

m = 0.048 кг/(с∙м²)

Теплоёмкость антифриза с_р = 3350 Дж/(кг∙К)

Теплоёмкость воды с_р = 4190 Дж/(кг∙К)

Вместимость бака аккумулятора М = 158 л/(с∙м²)

Эффективность теплообменника нагрузки _L = 0.66

Расход воды через теплообменник нагрузки m = 0.6 л/с

Расход воздуха через теплообменник нагрузки m = 550 л/с

Теплоёмкость воздуха с_р = 1012 Дж/(кг∙К)

Температура горячей воды Т_гор = 60°С

Температура холодной воды Т_хол = 15°С

Произведение наружной поверхности дома на коэффициент потерь (UA)_L = 990 Вт/м²

Коэффициент отражения от поверхности:

летом ρ_g = 0,2

зимой ρ_g = 0,7

весной ρ_g = 0,5

осенью ρ_g = 0,5

Климатические условия местности и средние числа месяца:

Площадь коллектора А_с: а) 20 м²

б) 40 м²

в) 80 м²

Задание

Рассчитать годовую долю тепловой нагрузки, которая может быть покрыта за счёт солнечной энергии.

Решение

Месячная доля тепловой нагрузки, которая может быть покрыта за счёт солнечной энергии:

Коэффициенты, составляющие последнюю формулу:

,

где

Величины, входящие в комплексы:

А_C — площадь коллектора;

F_R —коэффициент отвода тепла;

U_C —коэффициент потерь;

H _t —средний месячный приход суммарной солнечной радиации, падающей на наклонную поверхность;

T₀ —температура окружающей среды;

T₁₀₀ —температура, равная 100 °С;

(Т_вх — температура жидкости на входе);

∆t —число секунд в месяце;

N_мес —число дней в месяце;

L —месячная полная тепловая нагрузка;

_L —эффективность теплообменника нагрузки;

(AU)_L — площадь стен дома, умноженная на коэффициент потерь;

(mc_p)_min — меньшая из двух величин: mc_p по воде и mc_p по воздуху;

M —вместимость бака аккумулятора.

1. Определение среднего месячного прихода суммарной солнечной радиации на наклонную площадку

Среднемесячный коэффициент наклона суммарной солнечной радиации:

где

Коэффициент облачности атмосферы:

г де Н — приходящая среднемесячная суммарная солнечная радиация;

Н₀ — среднемесячная суммарная солнечная радиация за пределами атмосферы;

Коэффициент наклона среднемесячной прямой солнечной радиации:

где

Углы, входящие в формулы:

Ф —широта;

h_s — часовой угол;

s —угол наклона площадки;

δ —склонение Солнца:

где n — порядковый номер дня в году.

Для января:

R_B = 1,925

Окончательно, МДж/м²

2. Определение полной месячной тепловой нагрузки

L = Q_{отопление} + Q_{горячее водоснабжение}

Q_от = (AU)_L ∙ D

Q_гв = N_мес N_чел V_гв ρ с_р (Т_гв - Т_хв)

Величины, входящие в формулы:

D —месячное число градуса дней;

N_чел — количество людей, живущих в доме;

V_гв — объём потребления воды одним человеком;

Т_гв — температура горячей воды;

Т_хв — температура холодной воды.

Для января:

L = (AU)_L ∙ D + N_мес N_чел V_гв ρ с_р (Т_гв - Т_хв) = 630 ∙ 961 ∙ 24 ∙ 3600 + 31x x 7 ∙ 100 ∙ 10^-3 ∙ 1000 ∙ 4180 (60 - 12) = 5,67 ∙ 10¹⁰ Вт

3. Определение отношения .

где (mc_p)_c — в контуре коллектора;

(mc_p)_min — меньшая из двух величин: mc_p по воде и mc_p по антифризу.

Значит,

4. Определение отношения .

Величины , и определяются по графикам в зависимости от соответствующих углов

=31

= 59,68 –0,1388 s + 0,001497 s² = 57,64°

= 90 – 0,5788 s +0,002693 s² = 61,85°.

Теперь,

Окончательно,

4. Определение комплексов z, у и х.

Для января:

Если А_с = 20 м²

Если

А_с = 40 м²

Если

А_с = 80 м²

Если А_с = 30 м²

Если

А_с = 40 м²

Если

А_с = 80 м²

5. Определение месячной доли тепловой нагрузки, которая может быть покрыта за счёт солнечной энергии

При А_с = 20 м² → f = 0,016

При А_с = 40 м² → f = 0,031

При А_с = 80 м² → f = 0,06

Таблица полученных результатов, рассчитанных для остальных месяцев: