Основные публикации по солнечной энергии

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Международная система единиц СИ [24]

Единицы системы СИ

Основные единицы (единица измерения, обозначение, наименование) метр м длина

килограмм кг масса

секунда с время

Кельвин К термодинамическая температура

Производные единицы

Все остальные единицы являются производными основных и дополни­тельных единиц. Некоторые производные единицы имеют специальные наименования.

Кратные и дольные единицы

Рекомендуются следующие приставки:

тера Т 1012

гига Г 109

мега М Юб

TOC o "1-5" h z кило к 103

милли м 10—3

микро мк 10~6

нано н 10"9

пико п 10“12

фемто ф 10"15

атто а 10“18

Следует ограничить использование следующих приставок:

гекто г 10*

дека да 10

деци д 10"1

санти с Ю"2

Некоторые соотношения между единицами Точные значения коэффициентов перевода отмечены звездочкой Длина м, м/с 1 фут = 0,3048* м 1 дюйм = 25,4* мм 1 миля = 1,609344* км 1 фут/мин = 0,00508* м/с 1 миля/ч = 0,44704* м/с 1_км/ч = 0,277778 м/с Площадь м2

1 кв. фут = 0,09290304* м2

1 кв. дюйм = 0,00064516* м2

1 кв. миля я 2,58999 км2

Объем м3, м3/ кг, м3/с (1 л = 10“3 м3)

1 куб. фут = 28,3168 л 1 англ. галлон = 4,54609 л 1 амер. галлон - 3,78544 л 1 куб. фут/фунт = 0,062428 м3/ кг 1 куб. фут/мин= 0,471947 л/с 1 англ. галлон/мин = 0,0757682 л/с 1 амер. галлон/мин = 0,0630907 л/с

1 (куб. фут/мин)/кв. фут = 5,08000 л/(с*м2) (употребляется в рас­четах кондиционеров)

Сила ньютон, Н (1 Н s 1 кг* м/с2), Н/м, паскаль Па (1 Па = 1 Н/м5 1 фунт-сила = 4,44822 Н 1 кГ = 9,80665* Н 1 фунт-сила/ фут = 14,5939 Н/ м 1 дин/ см = 1 мН/м (милли Н/ м)

1 бар = 105 Па

1 фунт-сила/кв. дюйм =6,89476 кПа 1 мм вод. ст. = 9,80665* Па 1 дюйм вод. ст. = 249,089 Па 1 мм рт. ст. = 133,322 Па 1 ат = 1 кГ/см2 = 98,0665* кПа 1 атм = 101,325* кПа

Энергия джоуль, Дж (1 Дж = ] Н* м = 1 Вт - с), Дж/кг, Дж/(кг-град)

1 кВт * ч = 3,6* МДж 1 ВТЕ = 1,05506 кДж 1 терм = 105,506 МДж 1 ккал = 4,1868* кДж 1 БТЕ/фунт = 2,326* кДж/кг 1 БТЕ/ (фунт • °F) = 4,1868* кДж/(кг • град)

Мощность ватт, Вт (1 Вт = 1 Дж/с = 1 Н- м/с), Вт/м2, Вт/(м2-град), Вт/ (мтрад)

1 БТЕ/ч = 0,293071 Вт 1 ккал/ч = 1,163* Вт 1 л. с. = 0,745700 кВт 1 Вт/кв. фут - 10,763 Вт/м2 1 БТЕ/(ч* кв. фут • °F) = 5,67826 Вт/(м2- град)

1 БТЕ/(ч* фут. °F) = 1,73073 Вт/ (м - град)

1 БТЕ/(ч*кв. фут (°Г/дюйм)) = 0,144288 Вт/(м^град)

Вязкость Па* с [ 1 Па* с = 1 Н* с/м2 = 1 кг/(м - с)]

1 сПз (сантипуаз) = 10““ Па* с 1 (фунт-сила • ч)/кв. фут = 0,172369 МПа - с

Масса кг, кг/м3, кг/с, кг/(м2 • с)

1 фунт = 0,45359237* кг

1 унция = 28,3495 г

1 фунт/ куб. фут = 16,0185 кг/ м3

1 г/см3 = 103 кг/м3

1 фунт/ч = 0,00012599 кг/ с

1 фунт/(ч • кв. фут) = 0,0013562 кг/(м2 • с)

Плоский угол 2ттрад = 360* град Кинематическая вязкость м2/с 1 сантистокс = 10~б м2/с 1 кв. фут/ч = 25,8064 • Ю~б м2/с

Некоторые свойства веществ в единицах системы СИ Плотность кг/м3

МО

Сталь 785U

TOC o "1-5" h z Алюминий 2675

Стекло стандартное 2515

Бетон строитальный типовой 2400

Вода при 4°С 1000

Лед при -16С 918

Гипсовая штукатурка, сухая при 23°С 881

Дуб, влажность 14% 770

Сосна, влажность 15% 570

Картон сосноный фибровый при 24°С 256

Асбоцемент листовой при 30°С 150

Доска пробковая сухая при 18°С 144

Эбонит тянутый при 10°С 64

Минеральная вата, плитьуїри — 2°С 32

Вспененный полиуретан, твердый 24

Полистирол пористый при 10°С 16

Воздух при р0 и 20°С 1,204

Теплопроводность Вт/ (м • град)

Медь 385

Алюминий 211

Стал. 47,6

Лед при— 1°С 2,26

Бетон строительный типовой 1,73

Стекло стандартное 1,05

Вода при 20°С 0,596

Асбоцемент листовой при 30°С 0,319

Гипсовая штукатурка, сухая при 23°С 0,170

Дуб, влажность 14% 0,160

Сосна, влажность 15% 0,138

Картон сосновый фибровый при 24°С 0,0519

Доска пробковая сухая при 18°С 0,0418

Минеральная вата, плитыупри —2°С 0,0346

Полистирол пористый при 10°С 0,0346

Эбонит тянутый при 10°С 0,0303

TOC o "1-5" h z Воздух при р0 и 20°С 0,026

Вспененный полиуретан, твердый 0,0245

Теплоемкость кДж/(кг * град’

Вода при 20°С и р0 4,19

Лед, от-21 °С до-1 °С 2,10

Водяной пар (с р) при 100°С и р0 1,95

Воздух (с ) при 20°С и Р0 1,012

Бетон при 18°С 0,837

Теплота испарения кДж/кг

Вода при 20°С 2454,0

Вода при 100°С 2257,0

R12 при 0°С, насыщ. 151,5

R22 при 0°С, насыщ. 205,4

R11 при 0°С, насыщ. 188,9

R500 при 0°С, насыш. 183,0

R717 при 0°С, насыщ. 1263,3

Вязкость Па * с

Вода при 20°С и Ро 1010,0 - 10“*

Воздух при 20° С и р0 ’ 10-6

Диффузия, шнематческая вязкость м2/с

Воздух при 20°С и р0 14,95 • 10”6

Вода при 20°С и р0 1,01 • 10“6

Коэффициент температуропроводности м2/с

Воздух при 20°С и р0 21,2 •

Вода при 20°С и р0 0,142 * 10~б

Коэффициент диффузии м2/с

Водяной пар в воздухе при 20°С и р0 26,1 * 10“*®

Поверхностное натяжение Н/м

Вода - воздух при 20°С и р0 0,0728

Предел прочности на растяжение МПа

Малоуглеродистая сталь -450

Некоторые дополнительные сведения

Нормальные условия (NTP):

Г0 = 273,15 К = 0°С р0 = 101,325 кПа

Ускорение силы тяжести g0

g0 = 9,80665 м/с

относительно Земли таковы, что интенсивность солнечного излуче­ния за пределами атмосферы Земли почти постоянна. Солнечной по­стоянной lsc называется энергия излучения Солнца, падающего в еди­ницу времени на единицу площади поверхности, перпендикулярной по­току излучения в космическом пространстве на среднем расстоянии Земли от Солнца.

До недавнего времени определение солнечной постоянной прихо­дилось производить на основе измерений солнечного излучения на поверхности Земли после прохождения им атмосферы и, следовательно, после частичного поглощения и рассеяния компонентами атмосферы. Экстраполяция результатов наземных измерений, которые производи­лись в высокогорной местности, должна была основываться на оцен­ках пропускательной способности атмосферы в различных частях солнечного спектра. Первые исследования были проведены Абботом и др. из Смитсонианского института. Результаты этих исследований и более поздних измерений с помощью ракет были обобщены Джонсо­ном [2]; солнечная постоянная 1322 Вт/ м2, определенная Абботом, была исправлена Джонсоном, который предложил значение 1395 Вт/м2.

Позднее с помощью сверхвысотной авиации, аэростатов и кос­мических аппаратов удалось непосредственно измерить интенсив­ность солнечного излучения за пределами большей части или всей атмосферы Земли. Эти измерения были проанализированы и суммиро­ваны и затем было предложено новое стандартное значение солнеч­ной постоянной, равное 1353 Вт/м2 (1940 кал/(см2 - мин),

428 БТЕ/(фут2 • ч), или 4871 кДж/(м2 ■ ч)! [5].

И - плотность потока солнечного излучения (кД^/м2) для часа, истекающего к указанному моменту времени; Т - температура, °С; '

V - скорость ветра, м/с (см* фиг* 10*2.2).

1 (7.4.7)

К + Я-А + + Rf.

Пример 7.4.1. Рассчитать коэффициент потерь в окружающую среду через одностекольное покрытие при следующих условиях:

Расстояние между пластиной и стеклом 2,5 см

Фиг. 7.12.1. Варианты конструкций коллекторов и значения их эф­фективности.

а) V, - U, + Ub, F' - 1/(WUL/M)+ (WVL/Cb) + tV/(D+(W-D)Fj), F = [Л m(W — D)/2]Arn(V-D)/2), m3 - VL/k6;

б) V, = Vt + Ub, F< - 1/((WVL/M)+ 1/(D/VU 1/[(Щ/СЬ) +

+ (V/(V _ D)F))),

F определяемся пах же, кап ка фиг. 7.12.1,а;

в) U, - V, 4 Ub, f - 1A(WVl/M) 4{9/(D + (W - D)Fj}.

F определяется так же, как ка фп. 7.12.1,а;

*)UL'.Ut + VbAl + Щ + Ub)hjh, A2 + Й, Л, + hrh2)) 1,

F' - 1/11 + [hrUt/(hJil *h2Vl +h2hr4h, AS/]I,

Ar => alT* + T‘)(T, + TJA(l/^,)*(l/42)-l];

d) VL-V,+ Ub, F' = i/17 + fi/іДА, +l/[(l/h2)+ (l/hr)]>);

e) F^F' ка фиг. 7.12.1,д,

F'-^l + [(1 - F')/((F'/Fp) + (Wh,/f, h2FF))),

Fp — эффективность ребра (пластины), Ff - эффективность ребра (ребро);

ж) Vb => С, + Ub, llt относится к площади проекции, F' определяет­ся так же, как на фиг. 7.12.1, д, но ht заменяется на h,/sin (m/2);

з) см. работу ЦІ);

и) см. работу [Я;

к) VL~V,+Vb, F' - ЇМ + (UL/hj),

формулы справедливы только когда теплообмен между входной и вы­ходной трубами с жидкостью пренебрежимо мал.

2 Хеадли и Хеггс [7] считают, что возникновение внутренних градиентов температур можно объяснить уменьшением hv,

достаточно малой, чтобы hvAb. xJ(mCp)c < 1.

1 — полная нагрузка по отоплению t охлаждению и горячему водоснаб­жению; 2 - доля полной нагрузки, обеспечиваемая за счет солнечной энергии.

_1 I I L,

№» At. Сент. Оюп Ноябрь Де* Л* он. Мыт Ала Май Июнь Мят Ат Стт От. Нля& Ас*. №9 I960 I960

Фиг. 14.3.2. Суммарные количества энергии, полученной и рассеянной теплоносителем за месяц работы системы отопления и охлаждения здания Туксонской лаборатории [6].

1 — теплообмен за счет коллектора; 2 — теплообмен за счет потолоч­ных панелей; 3 — нагрев воды за счет теплового насоса; 4 — нагрев воды за счет циркуляционного насоса; 5 - теплопередача через стен­ки бака; 6 — обратимость теплового аккумулятора; 7 — погрешности месячного теплового баланса.

Информация, получаемая Блиссом, касалась составляющих энер­гетического баланса, в том числе потребляемой электрической энер­гии; энергии, получаемой и рассеиваемой через коллектор-радиатор; энергии, переданной в помещение или отведенной из него, и других составляющих. Такие энергетические балансы за каждый месяц ра­боты системы представлены на фиг. 14.3.2. Согласно результатам эксплуатации данного здания, среднемесячное значение энергии из­лучения, испускаемого за ночь коллектором, в период работы систе­мы в режиме охлаждения в лучшем случае составляет ~ 4 ' Ю3 кДж/м2 Блисс отмечает, что при работе системы охлаждения за счет теплообмена излучением через радиационные панели влажность

свойств веществ является отредактированным материалом, любезно

предоставленным отделом инженеров-механиков Австралийской

научно-технической организации по промышленным и исследователь­

ским работам (CSIRO).

[1] Эта температура соответствует полной энергии, которая посту­пает от Солнца за пределами атмосферы [51.

[2] Согласно теории рассеяния Рэлея, излучение, соответствую - » коротким длинам волн, рассеивается сильнее всего, следователь - »Диффузное излучение приходится на область более коротких длин

[3] Склонение также легко определить по номограммам, подоб­ным представленной на фиг. 3.4.2.

[4] Один из методов статистической обработки данных по солнечной радиации при определении эффективности коллектора рассматрива­ется в гл. 7.

[5]Фиг. 3.3.1 — 3.3.4 заимствованы из работы Джонга [1], который в свою очередь переснял эти карты из работ [11, 12]. Джонгом собра­ны карты и данные по солнечной радиации из многих источников.

[6] Отметим, что применяемое здесь обозначение Н соответствует прямой составляющей суммарной солнечной радиации, для которой вводится угловая поправка.

[7]б(еС2ЛГ_ 1(

Чтобы найти энергию излучения в каком-либо интервале длин волн, достаточно проинтегрировать уравнение (4.6.1) по этому интер­валу. Энергия интегрального излучения в пределах от нуля до неко-

[8]Для солнечных коллекторов весьма характерны числа Грасго­

фа, меньшие 2-105.

[10] Закон Кирхгофа в действительности применим к каждой компо­сте поляризации, а не к сумме двух компонент, как подразумевает - ^Уравнении (5.2.5). Однако расхождение это невелико, и в боль - '‘тве случаев им пренебрег ают.

[11] Для углов менее -40° пропускательную способность систе­мы покрытий можно определить путем подстановки в (6.1.6) средне­арифметической отражательной способности, вычисленной по урав­нению (6.1.1).

[12] См. задачу 6.4.

[13] Заметим, что при более строгом подходе поглощательную спо­собность а поглощающей пластины относительно отраженного излу­чения следует оценивать для условий диффузного излучения. Возни­кающая при этом ошибка мала.

[14] Строго говоря, прямая и рассеянная составляющие излучения должны рассматриваться по отдельности. Величина (та) для прямого излучения определяется по действительному углу падения, а для рас­сеянного может быть принята равной соответствующей величине для прямого излучения при угле падения 60°. В большей части данной гла­вы HR используется для обозначения суммы Нь Rb и HdRd>

[15] Значения температуры окружающей среды, влияющей на потери от нижней и верхней поверхностей коллектора, могут быть не одинаковыми.

Степень черноты пластины 0,95

[17] Путем точного расчета в примере 7.4.1 было получено значе­ние l)t, равное 7,1 Вт/(м2 - град).

[18]---

Фиг. 7.5.1. Размеры листа и трубы.

[19] Рассматриваемый идеализированный случай имеет место, ког­да наряду с условиями, перечисленными в примечании редактора в разд. 7.5, удовлетворяется одно из условий: С е» или G -* <*>. — Прим. ред.

[20] В числе Вио h представляет собой обычный коэффициент теп­лоотдачи с единицы площади; А связано с hv из уравнения (9.4.1) со­отношением (A/v)h =h. где (Аур) — площадь поверхности насадки в единице объема.

[21] Для стабильности расчета необходимо выбирать величину йх

[22] Базовые затраты включают в себя затраты на дополнительный источник энергии и трубопроводы, общие как для обычного, так и для солнечного вариантов отопления.

[23] — энергия для системы отопления; 2 — энергия для генератора воз­душного кондиционера; 3 — дополнительный источник отопительной системы; 4 — горячее водоснабжение; 5 — горячее водоснабжение за счет солнечной энергии.

[24] Эта таблица коэффициентов преобразования, постоянных и