太陽能熱水器傾角最優(yōu)設(shè)計

班級：測繪工程姓名：楊旭學(xué)號：太陽能熱水器的傾角最優(yōu)設(shè)計太陽能作為一種潔凈、免費的能源而廣受人們的喜愛，發(fā)展遠景令人樂觀，太陽能熱水器更是進入了千家萬戶。但是因為花費者所在地方緯度和四時天氣特色的不一樣，常常會出現(xiàn)夏季熱水用不完，冬季熱水又不夠用的實質(zhì)問題，為認(rèn)識決這個問題，本文引入最優(yōu)設(shè)計理論，議論南京地域太陽能熱水器的傾角α、方向角β與熱效率之間的關(guān)系，找出一年中春分、秋分、夏至、冬至這四天中傾角α、方向角β的最優(yōu)值，并計算得出最正確角度設(shè)計。1）傾角、方向角與熱效率的關(guān)系熱水器的受熱面與太陽光芒入射的方向垂直時，熱水器與水平面的夾角是此時熱水器的最優(yōu)受熱傾角。因為太陽東升西落，各地域地理緯度的差別和四時的交替都會改變太陽光的入射角度，使得熱水器的最優(yōu)受熱傾角處在不停的變化過程中，這就決定了地球上的不一樣經(jīng)緯度的地方在同一時刻的熱水器的最優(yōu)受熱傾角是不一樣的。因為人們此刻還不行能做到時刻調(diào)整熱水器的受熱傾角，所以只取正午太陽直射大地時刻的熱水器的最優(yōu)傾角作為該地該天的熱水器的最優(yōu)傾角，即忽視了不一樣經(jīng)度對熱水器的最優(yōu)傾角的影響。以下列圖1，設(shè)某地的緯度θ，i天太陽的直射點的緯度為δ，該地方i天的正午太陽高度角（即太陽與用戶所在地的連線和水平面的夾角）為H：H=90°-|θ-δ|則該地i天的熱水器受熱面與水平角夾角α=90°-H=|θ-δ|；此中當(dāng)?shù)鼐暥扰c太陽直射點的緯度在同一半球時δ取正當(dāng)，在異半球時δ取負(fù)值。圖1：熱水器傾角設(shè)計圖查資料的的緯度位于北緯39°10，有此可知南京地域在春分、秋分、夏至、冬至這四天中α的最優(yōu)值分別是：春分：α=39°10′-0°=39°10′夏至：α=39°10′-23°26′=12°44′秋分：α=39°10′-0°=39°10′冬至：α=39°10′+23°26′=62°36′2）傾角最優(yōu)設(shè)計花費者常常會出現(xiàn)這樣的問題：夏季熱水用不完，冬季熱水不夠用。這說明夏季熱水器的熱功能過大，而冬季的則較小。經(jīng)過調(diào)整太陽能熱水器的傾角來改變其熱效率，使冬夏都有充分的熱水。設(shè)將水加熱Q所需的熱量與太陽強度q，熱水器的受熱面積s，熱水器利用太陽能的效率η，太陽高度角H，熱水器受熱面的傾角α?xí)r間t之間的關(guān)系式切合正弦函數(shù)，即Q=qsηtsin（H+α）考慮用戶在夏季熱水夠用的狀況下調(diào)理熱水器角度也能使得冬季熱水夠用，不如設(shè)該用戶的熱水器在夏季的最大吸熱量為Qmax：η（0）Qmax=qstsinH0+此中H0表示夏季的太陽高度角，0表示夏季某用戶的熱水器的最優(yōu)傾角，那么用這些熱量加熱的水量，就是該用戶在夏季所能使用的最大熱水量，是用不完的。所以假定，該用戶實質(zhì)使用的熱水量所汲取的熱量為Q0，明顯Q0＜Qmax。若該用戶冬季的用水量和夏季的用水量是相等的，則有η（+1）Qmax=qstsinH1此中H1表示冬季的太陽高度角，1表示能知足冬季用水量的熱水器與水平面的夾角，只需代入有關(guān)實質(zhì)數(shù)據(jù)就不難解出1的值。關(guān)于南京地域來說，夏季太陽輻射能量相對多，熱水器的傾角可變化的范圍廣一些，由此能夠做以下調(diào)理：在保證夏季水夠用的狀況下，盡量照料冬季，詳細如圖2所示：此中a角是夏季太陽光芒與熱水器受熱面的夾角，b角是冬季太陽光芒與熱水器受熱面的夾角，α是熱水器受熱面的傾角。只需a角不小b0（能知足冬季用水量的太陽光芒與熱水器受熱面的夾角），便能夠適合的增大b角，以增加冬季熱水器的吸熱量，設(shè)

b角增大了

b，由此獲得

α的變化范圍為（a1，d1+

b）。以南京地域一家一天的用水量155L為例計算。經(jīng)過查問，南京的太陽輻射強度為170w/m2，某用戶的熱水器的積熱面積為1.8m2，工作效率為0.52，按每日日照7h，經(jīng)過計算得出夏季該用戶能使用的最大熱水量為190.94L，所汲取的熱量為3.20786×10J，而該用戶夠?qū)嵸|(zhì)使用的熱水量為155L，其所汲取的熱量為2.6×10J，則冬季該用戶的熱水器的傾角為：44°10′，夏季該用戶的熱水器的傾角為33°10′。由以上剖析可得，該用戶在這個用水量下，他的熱水器