Как рассчитать солнечную радиацию

Солнечная радиация: справочники и расчёты

Расчётные значения солнечной радиации (СР) принимаются по справочникам, компьютерным базам данных (БД), а также расчётным путем. Представлены результаты анализа российских справочных БД. Приведена методика расчётного определения значений СР.

Справочники и базы данных солнечной радиации

В России расчётные значения суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации принимаются по справочникам [1, 2]. Нормы проектирования гелиоустановок [3] предписывают принимать расчётные значения солнечной радиации по климатическому справочнику 1966 года издания [1]. Известна также редакция данного справочника 1990 года издания [2]. Справочники содержат информацию по часовым, месячным и годовым значениям прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации, продолжительности солнечного сияния для всех регионов России со сроками наблюдения от пяти до 30 лет. Недостатками этих справочников являются трудность пользования (ограниченный тираж, табличная форма представления), необходимость дополнения информацией с 1990 года, малое число пунктов наблюдения для отдельных регионов страны, отсутствие ряда характеристик для проектирования гелиоустановок.

Компьютерные базы данных, разработанные европейскими и американскими специалистами, имеют более удобную для пользователя форму предоставления информации. Они различаются: по источникам получения информации (наземные и спутниковые наблюдения); по срокам обработки данных (от одного до 30 лет); представлением характеристик солнечной радиации (получасовые, часовые, месячные, годовые значения); возможностями пространственной интерполяции. Одна из первых баз данных была приведена в Европейском атласе солнечной радиации (ESRA) со значениями среднемесячной суммарной и рассеянной радиации с 1966 года для 340 пунктов наблюдения в Европе и Северной Африке.

Новое издание Европейского атласа 2000 года, помимо книжной формы, представлено также компакт-диском, в котором увеличен интервал измерений до 1990 года, количество пунктов наблюдения — до 586, дополнительно приведены значения температур и давлений атмосферного воздуха.

Современной базой данных в Европе и Северной Африке является S@tel-Liht, которая основана на спутниковых измерениях за 1996-2000 годы. В ней приводятся получасовые значения суммарной и рассеянной солнечной радиации, имеется возможность пространственной интерполяции данных с 250 тыс. пунктов наблюдения. Достоинством этой базы, например, является возможность получения необходимой информации по электронной почте.

Однако в статье [4] отмечаются значительные отклонения для некоторых пунктов от данных наземных станций. Среди всемирных баз данных солнечной радиации классической является продукт Meteonorm 4.0 (также на компакт-диске) швейцарской организации Meteonorm, который основан на данных более 2400 пунктов наблюдения, что является малопредставительным для столь масштабной программы. В тоже время она является наиболее полной по производимым измерениям (суммарная, прямая и рассеянная солнечная радиация, температура, давление, скорость ветра, влажность атмосферного воздуха) и позволяет выполнять пространственную интерполяцию представленных данных.

Современная всемирная база данных NASA SSE (NASA Surface meteorology and Solar Energy) охватывает всю территорию России. Функционирует с 1983 года и производит математическое моделирование с учётом особенностей климатических зон и ландшафтных данных земного шара, альбедо поверхности, состояния облачности и других факторов земных ячеек 1 × 1°.

Недостатками всех указанных компьютерных баз являются: отсутствие исчерпывающих комментариев по их использованию, малое число российских пунктов наблюдений и недостоверность значений интенсивности солнечной радиации с малыми сроками наблюдений.

При работе с вышеуказанными справочниками и банками данных необходимо учитывать условия их применимости, интегральную повторяемость или обеспеченность. В базах данных (табл. 1) имеются периоды наблюдений от четырёх до 30 лет. В справочнике по климату [1] для городов России приведены месячные данные суммарной солнечной радиации как за пять-семь лет, так и за 30 лет. Среди специалистов по климатологии нет единого мнения о сроке наблюдений с достаточной степенью обеспеченности. Так, З. И. Пивоварова [5] считает, что увеличение этого срока приводит к повышению степени достоверности.

В то же время М. В. Заварина в монографии [6] указывает, что увеличение периода наблюдений не всегда приводит к уточнению полученных данных. Для многих населённых пунктов данные солнечной радиации в справочниках отсутствуют и необходимо интерполировать их значения. Измерение значений солнечной радиации и обработка их производится по специальным методикам, например, [7].

Европейские и мировые характеристики компьютерных баз солнечной радиации представлены в табл. 1 по данным [4] и сайту NASA SSE [8].

Расчётное определение значений интенсивности солнечной радиации

Расчётный способ определения значений солнечной радиации основан на векторном подходе. На рис. 1 приведена упрощённая схема для определения интенсивности прямой и рассеянной радиации на горизонтальную поверхность.

Суммарная интенсивность солнечной радиации определяется по формуле:

где I_s — суммарная интенсивность солнечной радиации; I_п — интенсивность прямой солнечной радиации; α — угол между направлением на Солнце и горизонтальной поверхностью; I_p — интенсивность рассеянной солнечной радиации. На рис. 1 приведены следующие обозначения: z — зенитный угол между направлением в зенит и направлением на Солнце; α — высота Солнца над горизонтом, угол между направлением на Солнце и горизонтальной поверхности; α_s — азимут Солнца, угол между горизонтальной проекцией солнечного луча и линией на юг (в северном полушарии).

При наличии данных измерений только суммарной солнечной радиации и продолжительности солнечного сияния для определения значений прямой и рассеянной составляющих используют формулу Ангстрема:

где Q и Q_o — суммарная интенсивность и интенсивность при безоблачном небе (прямая радиация) месячной солнечной радиации; a — коэффициент, характеризующий долю солнечной радиации, прошедшей через сплошную облачность, а b — то же, задержанной сплошной облачностью, то есть:

причём ss — фактическая месячная продолжительность солнечного сияния для данной местности; ss_o — астрономическая месячная продолжительность солнечного сияния для данной местности.

В соответствии с нормами проектирования ВСН 52-86 «Установки солнечного горячего водоснабжения» [3] интенсивность суммарной солнечной радиации для любого пространственного положения плоскости измерения определяется по формуле:

где I_s — интенсивность суммарной солнечной радиации в плоскости измерения; I_п — интенсивность прямой солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность; I_p — интенсивность рассеянной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность; P_s и P_d — коэффициенты положения плоскости измерения для прямой и рассеянной радиации, соответственно.

Коэффициент положения плоскости измерения для рассеянной радиации определяется по формуле:

где b` — угол наклона плоскости измерения к горизонту. Коэффициент P_s определяется по табл. 1 (Приложение 3).

Для проектирования гелиоустановок применяется несколько методов представления значений суммарной солнечной радиации [9]:

1. Средние сутки на основе усреднённых значений солнечной радиации за каждый час. При этом в течение средних суток значения изменяются от часа к часу, а в течение месяца все сутки равны.

2. Среднемесячные значения солнечной радиации. При этом все суточные и часовые значения радиации принимаются одинаковыми.

3. Среднесуточные значения, когда для каждых суток месяца вычисляется среднее значение, которое используется для всех часов данных суток.

4. «Типичный год», составленный из данных солнечной радиации каждого часа всех дней месяца.

Способ представления данных солнечной радиации «средние сутки» применяется при расчётах режимов работы гелиоустановок в течение суток. Среднемесячные значения солнечной радиации приводятся в справочниках [1, 2] и на их основе производятся расчёты при проектировании гелиоустановок согласно нормам [3]. Типичный год включает в себя также ежечасную информацию о температуре воздуха, его влажности, скорости, направлении ветра и применяется, как правило, при исследовании режимов работы сложных гелиоустановок.

М. Д. Рабиновичем [9] установлено, что наиболее полную информацию обеспечивает «типичный год», а остальные способы на 10-15 % менее точны. Авторами работ [10, 11] доказано, что для достижения заданной точности (до 10 %) при определении технических и экономических показателей работы гелиоустановок целесообразно использовать усреднённую за определённый период интенсивность солнечной радиации. Отмечается, что эффективность гелиоустановок не зависит от распределения радиации в течении дня, важна её общая сумма.

В Атласе ресурсов солнечной энергии на территории Российской Федерации [12] представлены результаты исследований с сопоставлением спутниковых баз данных и материалов наземных станций наблюдения.

В работах [13,14] установлено, что каждый из указанных методов имеет достоинства и недостатки. Так, данные по климатологическим справочникам [1, 2] не обновлялись последние 20 лет. Они имеют малую плотность наблюдений. Для южного региона страны — Краснодарского края (площадь 76 тыс. км 2 ) — в справочниках значения суммарной солнечной радиации приведены только для Краснодара и Сочи. Для северного региона — Якутии (площадью более чем в 40 раз большей, 3083,523 км 2 ) — значения солнечной радиации имеются также только для двух населённых пунктов (Якутск и Оленек).

Анализ методов обработки многолетних рядов наблюдений солнечной радиации показал, что для получения достоверных значений необходима обработка не менее чем десятилетних измерений. При этом для получения расчётных значений при продолжительности наблюдений более десяти лет достаточно использовать среднеарифметические значения, а при менее продолжительном периоде (до десяти лет) следует применять дифференциальную функцию распределения. С учётом изложенного метод обработки многолетних наблюдений следует применять для уточнения данных климатологических справочников [1, 2].

Для всех регионов России определение значений прямой, рассеянной и суммарной радиации возможно с использованием компьютерной программы спутниковых измерений NASA SSE.

На рис. 2 представлен алгоритм определения достоверных значений суммарной солнечной радиации. При этом каждый их трёх методов имеет свои ограничения применения и они дополняют друг друга. На основании этого алгоритма автором исследованы и определены достоверные значения суммарной солнечной радиации на примере двух наиболее характерных регионов России (Краснодарский край и Якутия), имеющие близкие значения годовой суммарной солнечной радиации. При этом Краснодарский край является южным регионом страны с 40 станциями наземного наблюдения, а в Якутии только 13 метеостанций. Для Краснодарского края в дополнении к справочным данным [1, 2] выполнена обработка многолетних (десять лет и более) рядом наблюдения солнечной радиации. В этих условиях актуален вопрос о предпочтительности применения только результатов по компьютерной программе NASA SSE.

Источник

Справка

Доступно с лицензией Spatial Analyst.

Инструменты анализа солнечного излучения вычисляют инсоляцию по ландшафту или для определенных местоположений, основанных на методах из алгоритма полусферической видимости, разработанных Rich et al. (Rich 1990, Rich et al. 1994) и позднейшая доработка Fu and Rich (2000, 2002).

Общее количество излучения, вычисляемого для определенного местоположения или области, дается как глобальное излучение. Вычисление прямого, рассеянного и глобального излучения повторяются для каждого местоположения объекта или каждого местоположения на входной топографической поверхности, что приводит к построению карт инсоляции для всей географической области.

Уравнения солнечного излучения

Вычисление глобального излучения

Глобальное излучение ( Global _tot) вычисляется как сумма прямого ( Dir _tot) и рассеянного ( Dif _tot) излучения всех секторов солнечного освещения и воздушного пространства, соответственно.

Прямое солнечное излучение

Относительная оптическая длина — m(θ) — определяется по зениту солнца и высотой над уровнем моря. Для углов зенита меньше 80°, ее можно вычислить с помощью следующего уравнения:

Влияние ориентации поверхности учитывается путем умножения на косинус угла падения. Угол падения ( AngInSky _. ) между пересеченной поверхностью и данным сектором воздушного пространства, где центроид в углу зенита и углу азимута вычисляется с помощью следующего уравнения:

Обратите внимание, что для угла зенита больше 80°, важно преломление.

Вычисление рассеянного излучения

Для каждого сектора воздушного пространства вычисляется рассеянное излучение в его центроида ( Dif ), интегрированное в временном интервале, и корректированное по gap fraction и углу падения с помощью следующего уравнения:

Глобальное нормальное излучение ( R _glb) можно вычислить, суммируя прямое излучение из каждого сектора (включая секторы с препятствиями) без коррекции угла падения, затем корректируя долю прямого излучения, которое равняется 1-P _dif:

Для универсальной модели рассеянного воздушного пространства, Вес (Weight) _. вычисляется так:

Для стандартной модели пасмурного неба, Ве (Weight) _. вычисляется так:

Общее рассеянное солнечное излучение для местоположения ( Dif _tot) вычисляется как сумма рассеянного солнечного излучения ( Dif ) из всех секторов воздушного пространства:

Литература

Fu, P. 2000. A Geometric Solar Radiation Model with Applications in Landscape Ecology. Ph.D. Thesis, Department of Geography, University of Kansas, Lawrence, Kansas, USA.

Fu, P., and P. M. Rich. 2002. «A Geometric Solar Radiation Model with Applications in Agriculture and Forestry.» Computers and Electronics in Agriculture 37:25–35.

Источник

§ 21. Солнечная радиация

Что такое солнечная радиация. Как меняется солнечная радиация по сезонам года.

Что такое солнечная радиация?

Солнечная радиация, — источник и двигатель всех процессов на Земле, в том числе климатообразующих. Солнечная радиация включает все виды солнечного излучения — световое, тепловое, ультрафиолетовое. Она измеряется в килокалориях на 1 см 2 (ккал/см 2 ) или в мегаджоулях на 1 м 2 (МДж/м 2 ) в год.

Прямая радиация поступает на поверхность Земли в ясный солнечный день. В облачную погоду значительная часть солнечных лучей, проходя через атмосферу и сталкиваясь с молекулами газа и пара, беспорядочно изменяет направление движения и углы падения на земную поверхность, т. е. рассеивается. Рассеянная радиация создаёт сплошную освещённость в дневное время даже там, куда не проникают прямые лучи солнца, например под пологом леса. Вместе прямая и рассеянная радиация составляют суммарную солнечную радиацию.

Суммарная солнечная радиация — общее количество солнечной энергии, достигшей поверхности Земли.

Не вся суммарная радиация поглощается земной поверхностью, часть её отражается. Количество отражённой радиации зависит от характера подстилающей поверхности. Наибольшую отражательную способность имеет снег (70—90%), наименьшую — влажный чернозём (5%). Поскольку поглощённая радиация меньше, чем суммарная, возникает разница (баланс).

Радиационный баланс, в отличие от суммарной солнечной радиации, поступление которой на земную поверхность зависит только от широты места, изменяется от места к месту иначе. На карте (рис. 36) видно, что при примерно одинаковой суммарной радиации (на одной широте) в Якутии радиационный баланс меньше, чем в тайге Европейского Севера. В Якутии зимой почти всегда ясная и сухая погода, земная поверхность быстро отдаёт тепло, выхолаживается, и от неё охлаждается воздух.

Радиационный баланс — разница между поступлением суммарной солнечной радиации и её потерями на отражение и тепловое излучение.

Радиационный баланс определяет распределение температур в почве и нижних слоях тропосферы, интенсивность испарения и таяния снега. Радиационный баланс в России в среднем за год положительный, по зимой он повсеместно отрицательный, а летом положительный.

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ — ЭТО ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦЕМ ТЕПЛА И СВЕТА. ДЛЯ КЛИМАТА ОСОБОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИМЕЕТ РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС.

Как меняется солнечная радиация по сезонам года?

На экваторе и в тропиках высота Солнца над горизонтом по сезонам года меняется незначительно (часто говорят, что там не бывает зимы, или выделяют только два сезона: сухой и влажный). Чем выше широта места, тем больше различий между летом и зимой. Максимальны эти различия на полюсе, где зимой солнце вообще не светит. А в умеренном поясе выделяются четыре времени года.

Летом на севере солнце поднимается не так высоко, как на юге, зато продолжительность дня там больше. Поэтому летом в высоких широтах поступление солнечной радиации больше, чем даже на экваторе! Например, в целом за июль суммарная солнечная радиация на земном шаре максимальна на Северном полюсе, где она почти на 40% больше, чем на экваторе (правда, на Северном полюсе большая её часть отражается снегом), и на 20% больше, чем на параллели 60° с. ш.

С приближением холодов всё резко меняется. В сентябре па параллели 60° с. ш. суммарная радиация уже вдвое меньше, чем на экваторе, а в декабре — почти в 20 раз меньше! (На Северном полюсе с 24 сентября её поступление уже равно нулю.) Для наших широт характерны огромные колебания в поступлении солнечной радиации по сезонам года (летом — почти как на экваторе, зимой — в десятки раз меньше, а за полярным кругом — почти ничего). Поэтому значимость короткого лета (когда наша территория получает основную часть солнечной радиации) в России, в отличие от других стран, особенно велика. За эго время нужно не только сделать все основные работы в сельском хозяйстве, но и подготовиться к суровой зиме.

Источник

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ: ДАННЫЕ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТ

Подход к количественному описанию солнечной погоды и при­хода радиации при расчете систем отопления является трудной задачей. Испытывается сравнительный недостаток в надежных метеорологических данных, но основная трудность связана с боль­шим количеством переменных факторов, которые влияют на ре­жим поступления радиации в месте размещения коллектора. Некоторые факторы поддаются непосредственной количествен­ной оценке, однако большинство факторов должно рассматри­ваться в статистическом плане на основе долгосрочных средних величин наблюдений.

Наиболее надежные и пригодные для непосредственного ис­пользования статистические данные в США по солнечной радиа­ции предоставляет Бюро погоды, г. Ашвилл, штат Северная Каро­лина. На этой станции измерения проводились в кал/см2 (на го­ризонтальную поверхность за данный период времени). 1 кал/см2 (лэнгли) (4,19 Дж/см2) эквивалентен 3,69 БТЕ на фут2. Эти данные являются мерой всей радиации, прямой и диффузной солнечной радиации. Так как поверхность, регистрирующая сол­нечную радиацию, горизонтальна, то размещенные на ней изме­рительные приборы четко фиксируют влияние высоты Солн­ца. Таким образом, радиация той же плотности зимой будет ре­гистрироваться как меньшая по сравнению с летом, потому что

Рис 6 11 Прохождение солнечной ра­диации через земную атмосферу С уве­личением широты угол падения солнеч­ных лучей относительно поверхности Земли уменьшается, поэтому солнечным лучам приходится покрывать большое расстояние, проходя через атмосферу, и они распределяются по большей площа­ди, когда достигают поверхности Земли [321

/ — внешняя границь атмосфери

при меньшей высоте Солнца зи­мой угол падения на горизонталь­ную поверхность меньше В ре­зультате увеличивается отраже­ние и уменьшается полезная плотность радиационного потока. Для пересчета этих данных по отношению к наклонным поверх­ностям необходимо пользоваться тригонометрическими преобра­зованиями

Имеющими менее непосредственное отношение к солнечной энергии, но не менее полезными являются данные наблюдений по продолжительности солнечного сияния и облачности службой Бюро погоды. Солнечные периоды регистрируются как «часы сияния» и «процент возможного сияния». На диаграмме записи отмечается число часов, в течение которых режим поступления солнечной радиации благоприятен, чтобы «отбросить значитель­ную тень». Затем это число сравнивается с общим количеством часов от восхода до захода, чтобы получить процент ожидаемого полезного числа часов солнечного сияния. Облачностью выража­ется относительная часть небосвода, закрытого облаками. Она дается в десятых долях закрытого неба — от 0,0 до 1,0. Эта оцен­ка основывается на субъективных наблюдениях атмосферных условий человеком, но их точность, по-видимому, находится в приемлемых пределах

Качество или интенсивность солнечной радиации, падающей на поверхность, зависит от многих факторов. При движении Зем­ли по орбите расстояние ее от Солнца меняется: в январе Земля ближе к Солнцу, а в июле — дальше Реальная радиация, пада­ющая па внешнюю границу земной атмосферы, таким образом, наиболее интенсивна в январе Однако в то же время изменяется и склонение Солнца. Солнце движется по небу на север между мартом и сентябрем, в то время как с сентября по март оно на­ходится ближе к югу. Это значит, что в северном полушарии зимой Солнце находится ниже над горизонтом. В связи с этим солнечные лучи должны покрыть большее расстояние, проходя через атмосферу, и к тому же они имеют меньшую энергетиче­скую плотность на 1 м2 горизонтальной поверхности (рис 6.11). Благодаря этому достигается сбалансированность интенсивности излучения в течение года.

Другие факторы связаны с изменением интенсивности ради­ации по временам года и день ото дня Вообще прозрачность ат­мосферы зимой выше, так как в воздухе меньше пыли, цветочной пыльцы и дымки, чем летом Отражение радиации от окружаю­щей среды также непостоянно: отражательная способность снега зимой значительно выше, чем травы летом. Географическое ме­стоположение также может характеризоваться различной про­зрачностью атмосферы и величиной отражения па большой вы­соте воздух чище, чем у поверхности земли, особенно вблизи промышленных предприятий, дом на пляже получает больше от­раженного света, чем коттедж в лесу. Влияние этих факторов трудно предсказать иначе, как в самом общем виде, но и игно­рировать их нельзя

Факторы, влияющие на количество поступающей радиации, также носят переменный характер. Очевидным фактором явля­ется облачность, которая меняется не только день ото дня, но час от часу. Данные Бюро погоды по продолжительности солнеч­ного сияния и облачности необходимы при определении влияния облаков на режим поступления солнечной радиации в долговре­менном плане. Большинство опубликованных данных по облач­ности являются ежедневными или даже ежемесячными средними величинами, по которым трудно судить с достаточной надежно­стью о времени появления облаков в течение дня Поскольку са­ма по себе радиация существенно меняется на протяжении дня, то недостаток метеоданных по дневному изменению облачности может внести значительную ошибку в предсказание режима по­ступления радиации

Другим фактором, который необходимо учитывать при оценке интенсивности излучения, является отношение диффузной ради­ации к прямой. Прямая солнечная радиация представляет ту часть суммарной радиации, которая отбрасывает тень. Диффуз­ная составляющая является результатом рассеяния света моле­кулами воздуха, пылью, облаками, озоном, водяными парами и т. п. Это рассеяние делает небо голубым в ясные дни и серым в присутствии дымки. Диффузная радиация довольно равномерно распределяется по небосводу Измерить диффузное излучение трудно, и мало что известно о его плотности и изменчивости, хотя эта радиация может составлять 10—100% суммарной падающей радиации.

Два общепринятых метода использования таких меняющихся в широких пределах переменных, как облачность и прозрачность атмосферы, заключаются либо в привлечении статистически вы­численных коэффициентов, либо в использовании данных по ра­диации, падающей на заданную поверхность за несколько лет. Полученные таким образом данные отразят все переменные, за исключением доли диффузной радиации, так как в измерениях Бюро погоды не делается различий между прямым и диффузным излучением. Однако такое различение важно потому, что на no­

верхности данной ориентации угол падения прямой радиации оп­ределяет, какую часть ее можно полезно уловить. (Солнечное из­лучение, перпендикулярное поверхности, почти полностью по­глощается, в то время как излучение под небольшим углом в зна­чительной степени отражается.) С другой стороны, диффузная радиация рассматривается как равномерно распределенная по небосводу; меняется только ее интенсивность в зависимости от атмосферных условий. В настоящее время статистический под­ход является деннственным имеющимся методом для выделения доли диффузной составляющей солнечной радиации.

На практике статистические методы широко применяются для работы с другими переменными, поскольку данные по радиа­ции, зарегистрированные Бюро погоды, отражают условия толь­ко вблизи 80 метеорологических станций по всей стране. Если определенный объект не находится достаточно близко к одной из этих станций, то имеющиеся метеоданные для этого объекта не­применимы. (Большие изменения плотности потока солнечной радиации могут иметь место на довольно коротких расстояниях, поэтому интерполяцию между регистрирующими станциями нельзя считать обоснованной). Таким образом, статистические методы обеспечивают наилучшие предсказания радиации в боль­шинстве случаев, но прогнозируемые величины являются лишь приблизительными.

Реальные зарегистрированные данные по радиации часто ха­рактеризуются неточностью и пробелами в записях. Это глав­ным образом объясняется тем, что измерительные приборы труд­но градуировать, к тому же со временем они теряют свою чувст­вительность. Стекло в старых приборах неоднородно прозрачно* для всех длин волн, причем приборы теряют точность под дейст­вием температуры наружного воздуха. Данные самописцев затем анализировались вручную, при этом вносился элемент субъек­тивной ошибки. Большинство этих проблем сейчас решается при помощи более совершенных приборов и автоматических регист­рирующих устройств, однако переоборудование метеорологиче­ских станций осуществляется медленно. Ошибки и неточности в записях могут достигать 20%. По этой причине Бюро погоды в 1972 г. временно прекратило публикование радиационных сво*- док. Данные регистрируются на станциях все еще действующими приборами, однако вся система измерений радиации была изме­нена. Новшества помогли создать более широкую и точную сеть станций для сбора основной информации по солнечной энергии.

Вообще данные приводятся в виде таблиц, графиков или наци­ональных карт. Карты дают возможность охватить относитель­ные влияния в различных пунктах страны, а для многих мест они представляют единственный способ нахождения искомого значе­ния. Однако, как правило, на них не следует в полной мере по­лагаться, если не имеется дополнительных данных. Многие мест­ные факторы могут оказывать превалирующее влияние, поэтому

требуется большая осторожность и здравый смысл при использо­вании интерполированных данных из национальных карт.

В дополнение к данным, публикуемым Бюро погоды, сущест­вуют два вида данных, публикуемых Американским обществом инженеров по отоплению, холодильной технике и кондициониро­ванию воздуха: о суммарном приходе солнечною излучения (СПСИ) и об инсоляции в ясные дни. Следует отметить, что эти данные имеют ряд серьезных ограничений. Они были разрабо­таны для определения максимального притока тепловой энергии солнечного излучения через окна при установлении параметров систем кондиционирования воздуха. При этом были сделаны ряд допущений:

2) эти данные приведены только для типичных безоблачных условий на 21-е число данного месяца.

В расчетах для определения СПСИ принимаются во внима­ние высота и азимут Солнца, прямая и рассеянная атмосферная радиация и средняя отражающая способность грунта. Эти вели­чины даются для повехностей вертикальных стен различной ори­ентации и для горизонтальных поверхностей. Для определения тепловых нагрузок установок кондиционирования воздуха дан­ные по СПСИ являются незаменимыми, однако они малоприме­нимы к наклонным поверхностям и почти совершенно непримени­мы к долгосрочным прогнозам притока солнечного тепла. Кроме того, соображения, касающиеся стекла двойной прочности, не­приемлемы для большинства коллекторов. Применимость стекла обсуждается в разделе «Поступление солнечного тепла через ок­на». Приняв эти ограничения, Американское общество инжене­ров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха разработало новые данные по инсоляции для наклон­ных, обращенных на юг поверхностей, вроде тех, которые исполь­зуются для улавливания солнечной энергии. Характер этих дан­ных аналогичен (по часам на 21-е число каждого месяца) СПСИ, но ориентация поверхности отличается Для шпрот 24°, 32°, 40°, 48°, 56° и 64° величины даны для наклонов, равных широте, ши­роте ±10°, широте 4-20° и для вертикальной поверхности Эти таблицы воспроизводятся наряду с примерами их применения.

Пример. Определите наиболее благоприятный угол наклона плоского солнечного коллектора, находящегося в Атланте, шт. Джорджия (32° с. ш.). Угол наклона выбирается таким образом, чтобы добиться максимальной инсоляции поверхности в следую­щие периоды: за год, за отопительный сезон, за охладительный сезон. Порядок действий следующий:

1. Отопительный сезон в Атланте длится с октября по апрель; кондиционирования — с мая по сентябрь.

2. Обратившись к таблице для 32° с. ш., сложим ежедневные общие значения при угле наклона 22° для месяцев с октября по апрель. В сумме (концу каждого часа) получается 164-103 кДж/ /м2-ч. Выполним ту же операцию для углов 32°, 42°, 52° и 90°. Эти общие величины, соответственно, составляют 172-103, 174-103, 172-103 и 120-103 кДж/м2-ч.

3. Сравнение суммарных величин показывает, что наклон в 42° или широта +10° обеспечивает наилучшие условия для улав­ливания тепла солнечного излучения.

4. Для сезона кондиционирования делается аналогичный на­

106-103 кДж/м2-ч для 52° и 37-103 кДж/м2-ч для 90°.

Сравнение суммарных величин показывает, что наклон в 22° или широта —10° наиболее благоприятны для охлаждения.

7. Сравнение суммарных величин показывает, что наклон в 32° или широта лучше всего подходит для круглогодичной ра­боты.

Эти выводы весьма полезны для проектировщика, однако более внимательный анализ цифр выявляет дополнительные фак­ты. Например, наклон в 42° считается наилучшим для отопления, но в то же время суммарные величины для 32 и 52° только на 2% отличаются от суммарной величины для 42°. Поэтому другие проектные соображения (план здания, конструктивный каркас, высотные ограничения и т. д.) могут быть учтены в процессе при­нятия решения, не оказывая серьезного влияния на конечную эффективность системы в зависимости от наклона.

Данные по приходу солнечной радиации за ясный день явля­ются исключительно ценными при проведении анализа, однако следует помнить об его ограничениях. Например, не учитывается отражательная способность грунта. В вышеприведенном примере отопительного сезона суммарная величина для наклона 90° на 30% меньше максимальной величины для 42°. На самом деле ве­личина инсоляции на вертикальной поверхности только на 10— 20% меньше оптимальной во время отопительного сезона благо­даря влиянию отражения грунта. Это особенно справедливо для высоких широт Другим ограничением является условие средне­го ясного дня Во многих местах атмосфера более прозрачна (например, на больших высотах, в пустынях), в других — менее (в промышленных районах, запыленных местностях и т. д.). Кро­ме того, эти данные не учитывают условий переменной облачно­сти, которые приобретают большое значение при долгосрочном прогнозировании Таким образом, при пользовании подобными полезными таблицами нужно всегда проявлять осторожность и здравый смысл.

На рис. 6.12 представлена номограмма, дающая общую ин­формацию о поступлении солнечной радиации. Сначала про­водится метод определения часа захода Солнца для любого пун­кта и времени года. В следующем примере иллюстрируется ис­пользование диаграммы. Определим время захода Солнца 20 мая в Лиссабоне, Португалия (39° с. ш.). График склонений показы­вает, что 20 мая склонение составляет 20°. Соединив линейкой точку 39° с. ш. и точку склонения 20°, получим время захода. 20 января, когда склонение также составляет 20°, время захода Солнца будет 16 ч 52 м. Эти часы даны по местному солнечному времени.

На следующем графике (рис. 6.13) представлены доли суточ­ной солнечной радиации, облучению которой подверглась гори­зонтальная поверхность в период между определенными часами. Чтобы воспользоваться этим графиком, необходимо знать сред­нюю дневную солнечную радиацию и продолжительность дня (найденную из предыдущей номограммы). Для наклонных по­верхностей, обращенных на юг (обращенных на север в южном полушарии), необходимо определить «истинную продолжитель­ность» дня. Это можно получить путем вычитания угла наклона из действительной широты, чтобы получить кажущуюся широту. Затем эта величина вводится в первую номограмму как широта. Этот метод для наклонных поверхностей справедлив только тог­да, когда угол наклона существенно не превышает широты. Этой

номограммой можно пользоваться следующим образом. Какова будет доля суточной солнечной радиации, падающей на горизон­тальную поверхность между 9 ч утра и 3 ч дня 20 мая в Лиссабо­не? Из предыдущего примера мы знаем, что Солнце заходит в 19 ч 08 м; таким образом, день длится с 5 ч утра до 7 ч вечера. Вертикальная линия, проведенная от точки «с 9 до 3» до кривой «с 5 ч до 19 ч», соответствует 0,67, т. е. доле радиации, получен­ной за этот период. Интересно отметить из этого графика, что 90% суточной радиации (любого ясного дня) поступает в сред­ние две четверти дня. Изучая этот график, можно получить мно­го полезной информации такого рода.

Помимо имеющихся прямых данных, дополнительную инфор­мацию можно извлечь, применив общие способы производства действий с этими данными. Они главным образом основаны на статистическом учете долговременных средних условий. Подроб­ности этих расчетов, не включенные в эту книгу, содержатся в статье Ю. Г. Ли и Р. К. Джордана «Условия поступления солнеч­ной энергии на плоские солнечные коллекторы», опубликован­ной Американским обществом инженеров по отоплению, холо­дильной технике и кондиционированию воздуха в книге «Тех­ника использования солнечной энергии в низкотемпературных процессах». Выделение диффузной составляющей из всей радиа­ции не может быть сделано достаточно точно. Метод, рекоменду­емый Ли и Джорданом, основан на отношении среднесуточной полной радиации на горизонтальной поверхности (измеренной на данной метеорологической станции) к внеземной среднесуточ­ной радиации, падающей на горизонтальную поверхность. Эти данные (обычно называемые процентом внеземного излучения,

или % ВЗИ), хотя и непуб­ликуемые вместе со сводка­ми по радиации, можно получить в Национальном центре регистрации метеоро­логических данных. Данные по 80 метеорологическим станциям также вошли в приложение к статье Ли и Джордана. Это отношение или коэффициент в соче­тании с простым графиком

Рис. С 13 Доля суточной солнеч­ной радиации, которая поступает между определенными часами [401

продолжительность дня / — с 8 ч да 16 ч, 2 — с 7 ч до 17 ч, 3 — с 6 до 18 ч; 4 — с 5 до 19 ч; 5 — с 4 ч до 20 ч

дает зависимость между диффузной и полной радиацией в тече­ние дня (рис. 6.14).

Например, графиком можно воспользоваться для определе­ния части суточной радиации, которая является диффузной, при % БЗИ, равном 50, и суточной суммарной радиации 15 330 кДж/м2. На графике 50% соответствуют отношению диф­фузной радиации к суммарной как 0,38. Количество диффузной радиации в сутки составляет 15 330-0,38 = 5825 кДж/м2. Тогда прямая составляющая радиации будет равна 15330 — 5825 = = 9505 кДж/м2. Многие расчеты требуют знания зависимостей между почасовым и суточным приходом радиации, падающей на горизонтальную поверхность. Эта информация необходима как для определения суммарной радиации, так и для оценки ее двух

Рис. 6.14 Соотноше­ние между диффуз­ной и суммарной ра­диацией [22]

составляющих. На графике, взятом из статьи Ли и Джордана (рис. 6.15), показаны зависимости между часовыми и суточными суммами радиации для суммарной и диффузной радиации — за период времени с восхода до захода (найденный из выше­приведенной номограммы). Пользуясь рис. 6.15, найдем ко­личество диффузной и прямой радиации, падающей на горизонтальную поверхность в 10 ч 30 м при 12-часо­вом дне, если суммарная за сутки радиация составляет 15 330 кДж/м2, а % ВЗИ равен 50. Из вышеприведенного приме­ра суточная диффузная радиация составляет 5825 кДж/(м2-сут). От солнечного полдня время 10 ч 30 м отделено полутора часами. Кривая диффузной радиации для этого часа пересекает 12-часо­вую (вертикальную) линию в точке, соответствующей 0,120, т. е. в точке отношения между почасовой и суточной радиацией. Та­ким образом, диффузная составляющая равна 5825X0,12 = = 700 кДж/(м2-ч). Аналогично кривая суммарной радиации ука­зывает на отношение 0,128. Отсюда приход суммарной радиации за час равен 15 330X0,128=1964 кДж/(м2-ч). Тогда прямая со­ставляющая радиации будет 1964 — 700=1264 кДж/(ч-м2) = = 355 Вт/м2.

Для того чтобы получить соотношение величин прямой ради­ации, падающей на поверхность данной ориентации и на гори­зонтальную поверхность, можно применить два тригонометриче­ских преобразования: одно для почасового расчета для любой поверхности, а другое для суточного облучения поверхностей, обращенных на юг. Графический пример этого соотношения дан на рис. 6.16. Графическое представление дано по месяцам для указанных наклонов и применительно к соответствующей средне­месячной радиации. Во многих случаях радиация, падающая на наклонную поверхность, была значительно больше радиации, па­дающей на горизонтальную поверхность. Например, в ноябре бо­лее чем в два раза больше прямой радиации попадает на поверх­ность с величиной наклона поверхности, составляющей градус широты +20°, чем на горизонтальную поверхность. Следует под­черкнуть, что диффузная составляющая радиации и любая энер­гия, отраженная от окружающих поверхностей, рассматриваются в другом ракурсе. Тригонометрические преобразования можно применять лишь применительно к прямой составляющей ради­ации.

Переводной коэффициент Rd для суточной прямой радиации, падающей на обращенные на юг поверхности (обращенные на север в южном полушарии), зависит от широты (L), наклона (р) и часового угла захода Солнца (со) как для горизонтальных, так и для наклонных поверхностей. Этот угол в свою очередь зависит от широты (L), наклона (|3) и склонения (б). Для горизонталь­ной поверхности часовой угол захода Солнца равен:

Энергия

Выбираем актуальный способ проведения энергосистемы

При наличии опыта, человеку, обустраивающему электропроводку и простого грщ самостоятельно, доступны только два пути: открытый и закрытый. Скрытый способ рассчитан на замуровывание в стены, гипсокартон, потолок пол и внутренние пустоты …

УДЕЛЬНАЯ ТЕПЛОЕМКОСТЬ И ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОАККУМУЛИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Удельная теплоемкость. Тепловая емкость или удельная теплоемкость ма­териала представляет собой количество тепла, которое добавлено или отнято у единицы веса материала, чтобы изменить его температуру на один градус. Все удельные теплоемкости …

СТЕПЕНЬ ЧЕРНОТЫ И ПОГЛОЩАТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ

Тепло распространяется или переносится от одной точки материала к дру­гой или между телами тремя способами. Два из них — теплопроводность и конвекция — используются всеми традиционными системами отопления. Тре­тий способ …

Продажа шагающий экскаватор 20/90

Цена договорная
Используются в горнодобывающей промышленности при добыче полезных ископаемых (уголь, сланцы, руды черных и
цветных металлов, золото, сырье для химической промышленности, огнеупоров и др.) открытым способом. Их назначение – вскрышные работы с укладкой породы в выработанное пространство или на борт карьера. Экскаваторы способны
перемещать горную массу на большие расстояния. При разработке пород повышенной прочности требуется частичное или
сплошное рыхление взрыванием.
Вместимость ковша, м3 20
Длина стрелы, м 90
Угол наклона стрелы, град 32
Концевая нагрузка (max.) тс 63
Продолжительность рабочего цикла (грунт первой категории), с 60
Высота выгрузки, м 38,5
Глубина копания, м 42,5
Радиус выгрузки, м 83
Просвет под задней частью платформы, м 1,61
Диаметр опорной базы, м 14,5
Удельное давление на грунт при работе и передвижении, МПа 0,105/0,24
Размеры башмака (длина и ширина), м 13 х 2,5
Рабочая масса, т 1690
Мощность механизма подъема, кВт 2х1120
Мощность механизма поворота, кВт 4х250
Мощность механизма тяги, кВт 2х1120
Мощность механизма хода, кВт 2х400
Мощность сетевого двигателя, кВ 2х1600
Напряжение питающей сети, кВ 6
Более детальную информацию можете получить по телефону (063)0416788

Источник