6.4.2 Розрахунок густини потоку сонячної радіації за місяцями робочого терміну

Наступна величина, яку необхідно розрахувати - густина потоку сонячної радіації Iа, Вт/м². Для її знаходження потрібно знати величину , розрахунок якої був описаний в попередньому пункті, і число годин сонячного сяяннядля кожного розрахункового місяця. Величина густини потоку сонячної радіації розраховується по формулі:

(6.10)

Де 10⁹ – коефіцієнт переводу Дж у МДж.

Приклад розрахунку представлений в таблиці 6.3.

Таблиця 6.3 Приклад розрахунку I_а .

Параметри місцевості	Місяць року
	квітень	травень	червень	липень	серпень	вересень	жовтень
Сумарна сонячна радіація, МДж/(м2×міс)	616,47	701,87	847,87	867,85	726,37	601,77	413,81
Середньомісячна температура зовнішнього повітря Тз.п., оС	13,5	17,8	21,1	26,6	24,9	19,8	12,9
Тривалість сонячного сяяння, год/міс	202,8	232,1	300,0	366,4	321,1	297,3	233,4
Сумарна сонячна радіація Iа, Вт/м2	844,4	840	785,1	657,9	628,4	562,3	492,5

Відмітимо, що значення у цій таблиці отримані шляхом перемноження результатів розрахунків по формулі (6.1) на кількість днів у даному місяці, дані у другій і третій строках взяті з додатку А.

6.4.3 Розрахунок площі колектора в системі без тн

На цьому етапі можна визначити необхідну площу колекторів звичайної ССТ (без теплового насоса) по наступній формулі [8]:

(6.11)

де I_а – густина потоку сумарної сонячної радіації, Вт/м²;

η_ск – ефективність СК;

- теплова потужність сонячної системи гарячого водопостачання, Вт, яка розраховується по формулі:

=, (6.12)

де - кількість діб у даному місяці;

10⁹ – коефіцієнт переводу ГДж у Дж.

Ефективність СК залежить від температури рідини на його вході T_i і середньомісячної температури зовнішнього повітря Т_з.п., а також від сумарної сонячної радіації I_а і визначається спеціальною номограмою [6], яка зображена на рис. 6.4, або по формулі:

η_ск = F_R (τα)_n – F_RU_L (T_i – T_з.п.)/I_а, (6.13)

При умові, що теплові втрати U_L = const, залежність ККД колектора від параметра (T₁ – T_з.п.)/I_а - лінійна, кутовий коефіцієнт прямої дорівнюється –

F_R U_L, (τα)_n називають оптичним ККД колектора (η_о).

Апроксимація лінії ефективності, наприклад, для односкляних СК з неселективним поглинаючим покриттям, показує, що ефективність можна виразити наступним лінійним рівнянням:

η_ск = 0,75 – 6,8×(T_i – Т_з.п.)/ I_а (6.13а)

Можна сказати, що параметри цього рівняння є паспортними даними колектора, і фірма-виготівник сонячних колекторів зобов'язана провести випробування колекторів і надати покупцю значення цих параметрів. Перший з них – це добуток оптичного ККД колектора і коефіцієнта відведення теплоти від колектора F_R, (в рівнянні 6.13а цей добуток рівний 0,75), що характеризує максимальне вироблення теплоти колектором, коли температура рідини на вході в колектор Т_i рівна температурі зовнішнього повітря Т_а. Другий параметр – це добуток повного коефіцієнту теплових втрат U_L і коефіцієнта відведення теплоти від колектора F_R, (в рівнянні 6.13а – 6,8). Обоє ці параметри дані для кожного варіанту у таблиці 6.2.

Рис. 6.4 Ефективність сонячних колекторів різних типів:

1. вакуумний колектор; 2. двоскляний селективний; 3. двоскляний неселективний; 4. односкляний селективний; 5. односкляний неселективний.

Якщо в контурі геліосистеми є теплообмінник у баці акумуляторі, як це показано на рис. 3.2б, то для врахування його впливу на теплообмін треба помножити η_ск на коефіцієнт 0,97.

Деякі труднощі при розрахунку геліосистем виникають при визначенні температури води на вході у колектор Т_і. Як показала практика, схеми, у яких в колектор безпосередньо надходить холодна водопровідна вода, є неефективними. Прагнення інтенсифікувати теплообмін призвело до виникнення схем з проміжним контуром (рис. 6.2). У такій схемі температура теплоносія на вході у колектор дорівнюється температурі у нижній частині баку-акумулятора. Математична модель для визначення температури баку і результати обчислень наведені у [6]. При заданих у курсовому проекті значеннях Т_х.в. = 15С і Т_г.в. = 50˚С цю температуру можна прийняти рівною 35˚С.

Таким чином, розрахувавши η_ск по рівнянню (6.12), згідно формули (6.11) знаходимо площі колектора для двох найхолоднішим місяців – квітня і жовтня, і вибираємо найбільшу.