太阳能工程中的运用

银川地区太阳辐射及其在太阳能工程中的运用

1 前言

人们在设计一座太阳能热利用装置时, 需要先 进行性能预测: 该太阳能系统预计投资多少, 建成多 大采光面积的系统, 可提供多少热水供人洗浴, 可产 生多少热风供农作物烘干, 可直接获得多少热能, 保

2. 1 地球外太阳辐射

太阳是一个表面温度约 6000K 的炽热球体, 距

地球平均距离约为 1. 5@10 km 。对于工程计算, 可

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以把地球大气层外的太阳辐射强度看作定值。太阳 常数Isc, 是指平均日地距离处, 地球大气层外垂直 于太阳辐射的表面上, 单位面积时间内所接受到的

证多大面积的温室、太阳房的需求,, 。太阳能系

太阳辐射能。通过卫星观测等现代化的手段, 各国

统得到的有效能量是集热器吸收表面上的太阳辐射 通量与净采光面积和系统效率的乘积。所以在诸多 影响太阳能系统性能的因素中, 该装置安装地点和 预计使用季节的太阳辐射数据, 是非常重要的因素。

科学家对于太阳常数的测量进行了大量的研究和观 测。Fiohlich 等人 1981 年建议将太阳常数值定为

1367? 7w/m (WRR) , 并获得世界气象组织仪器和观

测方法委员会第八次会议通过 。应用太阳常数和 几何条件, 可以通过计算或查表得出银川大气层外 的太阳辐射量H 0。表 1为银川地球大气层外日辐

本文结合实际应用的例子, 叙述了如何根据当地气 象观测数据, 经过工程处理, 得到太阳能热利用工程

设计所需的基础数据。 射量的月平均值。详细计算参照参考文献 。

2 太阳辐射数据

表1 银川地球大气层外日辐射量月平均值

(MJ/m , 日) 2

9 30. 5

10 23. 3

11 17. 4

12 14. 7

月份 H 0

1 16. 2

2 21. 4

3 28. 1

4

5 6 7 8

35. 1

39. 8

41. 7

40. 7 36. 8

2. 2 气象观测数据

银川的地理位置为北纬38b29. , 东经106b13, 海

据见表2。表2为银川逐月水平面太阳总辐射月平

均日射值HŠ的近十年平均值。

2

拔1112m 。银川气象台的水平面太阳总辐射观测数

[ 2]

(MJ/m , 日)

站名: 银川 表 2

银川水平面上太阳总辐射(1991年-2000年) 逐月平均值

月份 1 H

9. 6

2 3 4 5 6 7 8 9

12. 6

10 13. 4

11

12

15. 7

20. 0 23. 2 23. 2 22. 2 20. 0

16. 9 10. 1 [1] [3]8. 5

X 收稿日期:2002-01-07

H t = RHŠ

(1)

R= (1- HŠd /H) R b + HŠd /H (1+ cosS) / 2+ Q(1- cosS) /2 (2) 等式中 H ) 水平面上日总辐射量的月平均值;

R ) 倾斜面上日总辐射量的月平均值与水

平面上日总辐射量的月平均值的比值;

H d ) 日散射辐射量月平均值;

R b ) 倾斜面上与水平面上日直射辐射量月

图1 银川总辐射月平均分布图

根据表1和表2的数据所做的辐射分布曲线见 图1。从图1可以看出太阳辐射经过大气层后的衰

平均值的比值;

S ) 集热器表面与水平面之间的夹角;

Q) 地面反射系数;

等式(2) 中, 第一项是直射辐射成分, 第二项是

减程度。

2. 3 日射量工程处理

对于象太阳能热水器和太阳能空气集热器这样

的热利用装置, 为了获得全年最大日射量, 集热器采

天空散射辐射成分, 第三项是地面反射到集热器的 辐射成分。研究表明, 散射辐射占总辐射的百分数 H d /H 是K t 的函数, t 是月平均大气晴朗指数:

光表面应面向赤道(北半球面南) 与水平面倾斜, 其

倾角S 应近似和当地纬度 5 相等。如果该系统需 要在冬季提供最大热量, 比如用于冬季采暖的太阳 能系统, 为了在冬季获得最大太阳辐射, 集热器倾角

水平面日总辐射月平均值 K t = 大气层外日总辐射月平均值

根据表1与表2中的数值可以计算得出银川逐

应为 5+ 10b, 而集中负荷在夏天的系统, 倾角应采

月的K t 值, 然后可以参照参考文献 中的R 表, 查 表插值求得对应R, 从而计算出倾斜面上太阳辐射

用5-10b [1] 。

根据气象观测数据我们得到了水平面上的太阳

逐月数据。采用以上方法可以大大简化计算, 但值

辐射数据, 但计算太阳能集热器的性能, 需要倾斜面

得注意的是, 上述方法中, 假设地面反射系数为0. 2, 当地面有雪覆盖时, 该计算R 值偏低, 但对于太

上的辐射值, 倾斜表面上日辐射量的月平均值可以

阳能工程计算, 该方法的准确程度可以满足要求。

表示为:

表3 R - Ht 值表

月份 H H 0 K t R H t R

1 9. 6 16. 2 0. 59 1. 55 14. 9 1. 77 17. 0

2 12. 6

(5= 38. 5b) 3 15. 7

4 20. 0 35. 1 0. 57 1. 06 21. 2 1. 03 20. 6

5

6

23. 2 41. 7 0. 56 S= 5-15b 0. 94 21. 8 S= 5 0. 89 20. 7 7 22. 2 40. 7 0. 55 0. 96 21. 3 0. 92 20. 4

8 20. 0

9 16. 9 30. 5 0. 55 1. 13 19. 1 1. 13 19. 1

10 13. 4 23. 3 0. 58

[3]

11 12 8. 5 14. 7 0. 58 1. 61 13. 7 1. 84 15. 6

23. 2 39. 8 0. 58

10. 1 17. 4 0. 58 1. 49 15. 1 1. 66 16. 8

21. 4

28. 1

36. 8

0. 59 1. 37 17. 3

0. 56 1. 18 18. 5

0. 54 1. 02 20. 4

0. 98

1. 30

22. 7 0. 91

17. 5 1. 38

1. 49 18. 8

1. 21 18. 9

1. 00 20. 0

H t 21. 1 18. 5

R H t

1. 90 18. 2

1. 53 19. 3

1. 20 18. 8

0. 97 19. 4

0. 83

0. 82 19. 0

0. 86 19. 1

0. 96 19. 2

1. 11 18. 8

1. 40

1. 75 17. 7

1. 97 16. 7

19. 2 18. 8

从表 3 中可直接查到集热器倾角为 23. 5b, 38. 5b; 53. 5b 时, 银川地区集热器倾斜面上的太阳辐

阳能系统的有效得热= 集热器表面单位面积上的太 阳辐射通量#集热器净采光面积#太阳能系统效率, 即Q u = Ht#A#G,就可以得到太阳能系统的预计获能 估算值。 ( 下转第69页)

射数据。对于其他角度, 可采取插值法求出。知道 了集热器表面单位面积上的太阳辐射数值, 根据太

同工酶研究. 河北农业大学学报, 1991, 14(1): 55~ 60

23 周楠, 毋亚梅等. 松纵切坑梢小蠹酯酶同工酶研究. 云南林业科 技, 2000, (4): 49-53

25 Piedrahita O et al Electrophoreric ideficition the larvae of Diabrotica

S ociety of America , 1986, 79(2): 364-368

24 J. Romero Severson, D. B. Hogg, PC, Kingsley Age and sex- dependent

barheri and D. v irgif aravirgifara (Coleoptera: Chrysomelidae) . Ann , Entomol SOC Am , 1985, 72(4) : 537-540

Hypera postica (Coleoptera:Curlionidae) , Annals of the Entomological

isozyme expression in a Wisconsin population of adult alfalfa weevils, 26 李鹤, 施宗伟, 沈左锐. 三种瘤背豆象甲幼虫酯酶同工酶的比较

研究. 昆虫知识, 2001, 38(1) : 62-64

应用实例 1: 银川市医院门诊楼地下室升温排

据, 可以计算得到太阳能热利用工程设计所需的太

湿工程。根据热湿负荷计算冬季需要热能负荷最 大, 采用宁夏新技术应用研究所研制的点播式太阳

阳辐射数据。

2) 本文介绍了适合太阳能供热设计的太阳辐射

能空气集热器, 平均效率G= 50%, 倾角S= 48. 5b, 净

2 采光面积= 108m , 根据冬季太阳辐射计算数据, 预 日, 1986年太阳能系统安装 计提供热能1. 0#103MJ/

简便计算方法, 采用本文中的计算表格, 可以大大简

化设计计算。经实践验证, 本方法可以满足太阳能

工程设计需要。

应用实例 2: 区政府浴室太阳能热水系统。采 用铜铝复合式太阳能热水器方阵, 净采光面积=

2 150m , 遵照用户要求, 兼顾春、夏、秋三季使用, 集热

参 考 文 献

1 J. A. Duffie, W. A. Beckman. 太阳能-热能转换过程. 葛新石等译. 北 京: 科学出版社, 1980, 8

器倾角选用 38b 角度。1988 年夏季完工后现场检

2 喜文华等. 太阳能实用工程技术. 兰州: 兰州大学出版社, 2001, 9:

31

3 W. A. Beckman et al. 太阳能供热设计. 岑幻霞译. 北京: 建筑工业

测, 7月22日-8月31日, 集热器倾斜面上平均太阳 2

日总辐射实测值 20. 8MJ/m #日, 系统平均日效率 60%。

出版社, 1982, 10

4 彭启英, 吴澜尔. 太阳能空气集热器在地下建筑升温降湿中的应

用. Solar Engineering 1987 V ol. 2: 634- 637

3 结论

1) 根据银川气象台水平面上太阳总辐射观测数