Тепловая математическая модель солнечного коллектора

К вопросу по инсоляции.
Аэрологические метеостанции ведут непрерывный замер солнечного излучения гелиографом.
Я через знакомых взял эти данные за 2011 год.
Данные приводятся для всех месяцев любого числа и за все 24 часа суток.
Величина излучения дается в пределах 0 .... 1.
0 - сплошная облачность или солнце ниже горизонта.
1.0 - чистое небо.
Подсчитаны и все показатели:
- Сумма за световой день, за декаду, за месяц и т.д.
Примите к сведению, очень полезная информация, есть ли она в интернете не знаю.

 

Да, даже при визуально чистом небе, прозрачность атмосферы меняется. При экспериментах
с СК прозрачность измеряю фотоэлементом. Из нескольких экспериментов выбираю
максимальное значение. Измерения от этого максимума дают значения до -5...-10%.
В основном это в полдень, угол возвышения над горизонтом около 50 градусов.
Солнечную постоянную при максимально прозрачном небе (по фотоэлементу)
и углу возвышения солнца над горизонтом 50 град. принимаю равной 900 Вт/м2.
Эта величина максимально близкая к реальной. Естественно она сильно зависит
и от угла возвышения над горизонтом. Но если замеры излучения во время эксперимента
ведутся с помощью фотоэлемента то проблема снимается.
........................................................................................................
Теперь по мат. моделированию и другим вопросам.
Основная комплексная тема ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ ДОМ.
Солнечные коллекторы, тепловые расчеты дома, ветрогенераторы, математические
модели - это все элементы основной комплексной программы энергоэффективный дом.
И теперь более точно поясню в чем требуется ваша помощь.
С помощью мат. моделей можно вести массу тепловых расчетов с высокой точностью.
Сам процесс расчетов перекладывается на компьютер - он просто исключается.
Но надо понимать тепловые процессы, понимать физический смысл исходных
данных и полученных результатов. Вот здесь и требуется ВАША помощь.
На данный момент у меня есть мат. модель системы - СК + бойлер + трубопроводы.
Эту модель Я писал для себя и пользоваться нею могу только Я.
Ее необходимо доработать, чтобы пользоваться нею мог в идеале каждый.
Начнем в таком порядке.
- Постановка задачи и какие численные эксперименты можно проводить.
- Исходные данные, их перечень, физический смысл и область применения.
- Результаты расчетов их физический смысл и в каком виде лучше,
таблицы, графики и т.д.
Прошу высказывать свои предложения.

 

Спасибо за этот вопр0с. Я долго его ждал.
Начну с исходных данных.
Для решения любой задачи необходимо ввести исходные данные.
Вот минимальный набор для имеющейся мат. модели ССНВ (Системы Солнечного Нагрева Воды).
............................................................................................
f2=1 - площадь СК (Солнечного Коллектора) [м2].
m2=32000 - масса железа СК [Г].
mw2=7000 - масса воды СК [Г].
r=0.85 - коэффициент прозрачности стекла СК.
c=0.9 - степень черноты абсорбера СК.
a=0 - начальный угол облучения СК [Градусов].
ak=360 - конечный угол облучения СК [Градусов].
p=1000 - солнечная постоянная [Вт/м2].
pa=0.9 - прозрачность атмосферы.
t0=20 - температура окружающего воздуха [С].
tn=20 - начальная температура абсорбера СК [С].
tem=30 - начальная температура емкости [С].
mv104=100000 - масса воды в емкости [Г].
mst=20152 - масса железа емкости [Г].
..................................................................................................
viktor-gon прошу Вас обязательно да и остальных тоже.
Просмотрите внимательно исходные данные и если что непонятно спрашивайте.
Потом проведем небольшую игру.
Представим, что мат. модель уже есть в форуме и Вы нею пользуетесь.
Пока роль этой мат. модели буду играть Я.
Вы по набору этих исходных данных сформулируйте Свою задачу и мат. модель
т.е. Я просчитаю ее и выдам результаты. Пока только в цифрах или таблицах
это проще и оперативное.
Таким путем Мы будем быстро находить и устранять ошибки и понимать друг друга.
Жду Ваших задач.

 

Спасибо за вопросы. Мне все понятно, но есть различная трактовка некоторых моментов.
Тепловые процессы рассчитываются во времени с шагом 1 секунда.Полный тепловой расчет
системы производится ежесекундно. Кпд зависит от т-ры в бойлере, температуры окр воздуха,
температуры абсорбера и других параметров.
По площади коллекторов вопросов нет.
А вот дальше у нас расхождение.
Тепловой расчет плоского СК с припаянными трубками очень сложный и здесь выход
один - рекомендовать в каталоге стандартные решения с известными техническими
характеристиками. Поэтому 2,3,4 пункты требуют отдельного разговора.
Данная программа предназначена не для проектирования ССНВ, а для моделирования
в реальном режиме времени самых различных эксплуатационных режимов.
По бойлеру вопросов нет, здесь одни арифметические расчеты.
Графики отбора горячей воды в течение суток необходимо согласовать с народом
и я его обязательно введу в программу.
.....................................................................................
a=0 - начальный угол облучения СК [Градусов].
ak=360 - конечный угол облучения СК [Градусов].
pa=0.9 - прозрачность атмосферы.
t0=20 - температура окружающего воздуха [С].
tn=20 - начальная температура абсорбера СК [С].
tem=30 - начальная температура емкости [С].
mv104=100000 - масса воды в емкости [Г].
mst=20152 - масса железа емкости [Г].
....................................................................
А эти исходные данные нельзя убирать. Они в основном и влияют на эксплуатационные
режимы. Одна температура окружающего воздуха чего стоит. А расчет зимних режимов.
Режимы хранения горячей воды вечером и ночью. Вариантов огромное количество.
Для расчета оптимальных режимов эксплуатации и предназначена мат. модель.

 

На рисунке приведена принципиальная схема простой системы солнечного нагрева воды.
Она состоит из следующих основных элементов:
1 - напорная емкость с холодной водой;
2 - трубопровод подачи холодной воды в емкость с горячей водой;
3 – теплоизолированная ємкость с горячей водой;
4 – теплоизоляция емкости;
5 - плоский абсорбер СК с теплоносителем;
6 - теплоизоляция СК;
7 - наружный корпус СК;
8 - трубопровод подачи холодной води в СК;
9 - трубопровод отвода горячей води из СК в ємкость;
10 - забор горячей води из ємкост для бытовых нужд.
...................................................................................................
Теперь суть проблемы.
Практически все участники форума ведут свои работы в следующей последовательности.
Ставят перед собой цель, например использовать энергию солнца для нагрева воды.
Изготавливают ее и затем проводят практические испытания, чтобы получить
реальные технические характеристики.
Это очень нерациональный, трудоемкий и дорогой путь.
..................................................................................................
Есть другой вариант. Его Я и хочу продемонстрировать Форумчанам.
Первый шаг - выбираем принципиальную схему ССНВ, которую хотим сделать.
На приведенном выше рисунке изображена она. Это очень простая и эффективная система.
Второй шаг - задаем исходные данные для своего варианта.
Третий шаг - вводим свои исходные данные в математическую модель
и в "реальном режиме времени" исследуем любые интересующие нас режимы
работы ССНВ.
Будем считать, что мы выбрали себе вариант с такими исходными данными.
..........................................................................................
f2=1 - площадь СК (Солнечного Коллектора) [м2].
m2=32000 - масса железа СК [Г].
mw2=7000 - масса воды СК [Г].
r=0.85 - коэффициент прозрачности стекла СК.
c=0.9 - степень черноты абсорбера СК.
a=0 - начальный угол облучения СК [Градусов].
ak=360 - конечный угол облучения СК [Градусов].
p=1000 - солнечная постоянная [Вт/м2].
pa=0.9 - прозрачность атмосферы.
t0=20 - температура окружающего воздуха [С].
tn=20 - начальная температура абсорбера СК [С].
tem=30 - начальная температура емкости [С].
mv104=100000 - масса воды в емкости [Г].
mst=20152 - масса железа емкости [Г].
..........................................................................
Исследования начнем с такого варианта.
Система заполнена водой, 12 часов облучается солнцем, затем остальные
12 часов стоит в режиме хранения ночью. Отбор горячей воды не производится.
Смотрим состояние системы через 24 часа к утру следующего дня - это:
- Температура воды в емкости.
- Температура абсорбера СК.

 

--- добавлено: 28 дек 2014 в 22:08 ---
Результаты численного первого "эксперимента" приведены на прилагаемом графике.
Отсчет времени ведется с НУЛЕВОГО УГЛА ОБЛУЧЕНИЯ АБСОРБЕРА.
Через 2 часа абсорбер разогрелся до т-ры выше т-ры бойлера и начался разогрев
самого бойлера. Через 11 часов облучение абсорбера стало слабым (меньше 30 градусов).
Циркуляция прекратилась, абсорбер отключился от бойлера и стал быстро остывать.
Бойлер хорошо изолирован, имеет большую массу воды и остывает медленно.
Через 24 часа температура бойлера 52 С и т-ра абсорбера 22 С.
..................................................................................................................
Во втором эксперименте поменяем начальные т- ры бойлера и абсорбера
соответственно 52 и 22 градуса. Посмотрим до какой максимальной температуры
разогреется абсорбер.
Затем рассмотрим различные варианты отбора горячей воды и будем искать оптимум.
Желательно рассмотреть и Ваши варианты.