地表斜面上輻射量的計算

1、第 10 卷第 4 期 云南民族學院學報(自然科學版 Vol . 10 ,NO. 4 2001 年 10 月 October. 2001 Journal of Yunnan University of the Nationalities (Natural Sciences Edition X 地表斜面上輻射量的計算 胥 良 (昆明師范高等?？茖W校學報編輯部 ,昆明 ,650031 摘 要 本文給出了地表斜面上輻射量的計算公式 ,并用實例說明其計算方法 ,計算結果對太陽能裝置朝南傾斜放置的 設計具有指導意義. 關鍵詞 太陽能 ; 地表斜面 ; 輻射量 ; 理論計算 【中圖分類號】O432 【文獻

2、標識碼】B 【文章編號】1005 7188 (2001 04 - 0492 - 02 1 引言 在太陽能利用中 ,為了多獲得能量 ,一般將太陽 能裝置朝南傾斜放置. 若想了解傾斜狀態(tài)下 ,地表的 太陽能量 ,最直接、也是最準確的方法是利用儀器進 行直接測量. 在無法進行直接測量的情況下 ,如果當 地的氣象站有日射觀測項目 ,則可以利用其測得的 水平面上的數(shù)據(jù)進行換算. (注: 氣象站測得的都是 水平面上的數(shù)據(jù) 2 地表斜面上輻射量的計算公式 3 采用 Hay 異質(zhì)分布模型 來處理散射輻射: Rd = Kb Kt Rb + (1 - Kb Kt (1 + cos / 2 (4 式中 Kb 為水平

3、面上直接輻射量和總輻射量的 比值 , Kt 為大氣透明系數(shù). 地面反射引起的散射輻射是同質(zhì)分布的: Rg = (1 + cos / 2 (5 2. 2 地表斜面上輻射量的換算 對于斜面上的輻射來說 ,除了直射外 ,還有天空 中的散射以及地面反射部分. 為了簡化問題 ,我們只 能近似地假定散射和反射特性都是完美的 ,即各向 同性. 實際上 ,問題當然不會這么簡單 ,比如說天空 2. 1 傾斜太陽能集熱器上接收到的太陽輻射能 朝南傾斜放置集熱器在一天所截獲的總太陽輻 射量 Ht 為1 : Ht = Hb + Rb + HdRd + HRg (1 式中 H、Hb 、Hd 分別為水平面上一天的總太陽輻

4、射、 直接輻射和散射輻射;為地表反射率; Rb 、Rd 和 Rg 分別為傾斜面上的直接輻射、散射輻射和地面反射 輻射與水平面上的輻射量之比. Rb 的計算公式如下2 : Rb = cos ( - cossins+ssin ( - sin/ 180 (3 sin/ 180 ?cos cos sin s + ssin ? ? ? 式中 ?為地理緯度 ,為集熱器的傾角 , 為赤 緯角 ,s 和s分別為水平面和傾斜而上的日落時 角. 對于北半球(?> 0 ,太陽能集熱器的放置一般 要照顧冬半年(一般為9 月21 日至次年3 月22 日, < 0 ,故s =s: - 1 ( ( s= s =

5、 cos - tg?tg 3 中影響散射最明顯的云量 ,其分布完全是隨機的 ,當 然不會是均勻的 ,但不做如此假設 ,無法處理這么復 雜的問題. 在各向同性的假定下 ,對于反射輻 射 ,則有: Hg= H(1 - cos / 2 (6 對于散射輻射 ,則有: Hd= Hd (1 + cos / 2 (7 如果在當?shù)氐臍庀笳居兄鄙浜蜕⑸涞臄?shù)據(jù) ,就 可以直接代入上式進行計算 ,但是可提供直射的氣 象站較少. 如果有總輻射和散射數(shù)據(jù) ,則可以將 ( H - Hd 作為水平面上的直射量. 這樣一來 ,斜面上的 總輻射便可以寫成: H= ( H - Hd Rb + Hg+ Hd (8 3 計算實例 實

6、例 1 設位于北緯 45°30的某地 ,6 月 4 日全 天的總輻射日曝輻量為 29. 71MJ / m2 ,散射曝輻量為 4. 73MJ / m2 ,地表反射比= 0. 2 , 求朝南傾斜 50°表 X 收稿日期:2001 - 07 - 13 作者簡介:胥良(1964 ,漢 ,云南人 ,編輯 ,主要研究方向為基礎物理和編輯學. 492 第 4 期 胥 良:地表斜面上輻射量的計算 面上的日曝輻量 ? 解:根據(jù)式(2 ,計算得出 Rb = 0. 77 直射部分: Hb= ( H - Hd Rb = (29. 71 - 4. 73 × 0. 77 = 19. 23MJ

7、 / m2 反射部分: Hg= H(1 - cos / 2 = 29. 71 ×0. 2 × (1 - cos50°/ 2 = 1. 06MJ / m2 散射部分: Hd = Hd ( 1 + cos / 2 = 4. 73 ×( 1 + cos50°/ 2 = 3. 89MJ / m2 斜面上的總輻射: H = Hb + Hg + Hd = 24. 18MJ / m2 實例 2 在昆明地區(qū)冬半年太陽能集熱器的最 4 佳傾角為 38° ,兼顧夏半年的使用一般取 3035°. 在計算中我們?nèi)? 35°,地表反射比=

8、0. 2. 昆明地 區(qū)的地理緯度 ?= 25. 02°,全天的總輻射日曝輻量為 15MJ / m2 ,散射曝輻量為 4. 5MJ / m2 5 ,求朝南傾斜( = 35°表面上的日曝輻量 ? 解:根據(jù)式(2 ,計算得出 Rb = 1. 87 直射部分: Hb= ( H - Hd Rb = (15 - 4. 5 ×1. 87 = 19. 63MJ / m2 反射部分: Hg = H(1 - cos / 2 = 15 ×0. 2 ×(1 - cos35°/ 2 = 0. 27MJ / m2 散射部分: Hd = Hd ( 1 + cos

9、/ 2 = 4. 5 ×( 1 + cos35°/ 2 = 4. 1MJ / m2 斜面上的總輻射: H= Hb+ Hg+ Hd= 24MJ / m2 4 結束語 通過兩個實例對地表斜面上輻射量進行了計 算 ,得出了只要有總輻射和散射數(shù)據(jù)(一般情況下 , 當?shù)氐臍庀笳究梢蕴峁┛傒椛浜蜕⑸鋽?shù)據(jù) ,我們就 可以利用上述推導出的計算公式來計算朝南傾斜表 面上的日曝輻量 ,根據(jù)日曝輻量來確定集熱器放置 的最佳傾角 ,從而獲得最大的太陽能量 ,使太陽能設 備發(fā)揮最大的功效. 其它地區(qū)由于地理緯度、接受到 的太陽輻射能等因素不同 ,因而太陽能集熱器放置 的最佳傾角也不同 ,具體配置情況

10、可通過計算來確 定. 參 考 文 獻 1 W C Dichinson and P N Cheremisinoff (eds. . Solar Energy Technology HandbookM . Marcel Dekker ,Inc. ,Butterworths 2 S A Klein. Calculation of month1y average insolation on titled surfaceJ . Solar Energy ,1977 , (19 :325 3 C C Y Ma and M IqbalJ . Solar Energy ,1983 , (31 :313 4 林

11、文賢. 太陽能集熱器最佳傾角的計算J . 云南能源 ,1988 , (2 :40 5 國家氣象局. 中國太陽能輻射資料(第四分冊 M . 北京:中國氣象出版社 ,1977. 142159 Calculation of Radial Flux of the Bevel on the Earths Surface XU Liang ( Editorial Department of Journal of Kunming J unior Normal College , Yannan Kunming ,650031 Abstract :This paper gives the formulas of calculating radial flux of the bevel on the earths surface ,and ex plains this calculation method by living example ,calculated result h