Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные методы получения и-обработки-акгинометрической информации; картографическое представление ресурсов солнечной энергии на территории Россииской Федерации 10
1.1. Базы данных как источники актинометрической информации для проектирования солнечных установок 15:
1.2. Базаклиматологических данных NASA: методы получения и представления данных 21
1.3. Методы расчета плотности потока падающей солнечной' радиации на горизонтальную инаклоннуюповерхность, выбор регионов, сходных по климатическим условиям 26
1.4. Сравнение акгинометрических данных NASA с данными наземных измерений. 32
1.5.- Картографическая обработка1аістинометрической информации базы данных NASA для территории России 38
1,6. Анализ картографического материала 41
Выводы по Главе 1- 46
Глава 2. Сравнительный анализ солнечных коллесторов зарубежными отечественных производителей; выбор их типичных теплотехнических характеристик 48
2.1. Развитие рынка солнечных установок для нагрева воды В Мире и России 43і
2.2, Солнечный коллекторы: сравнение технических w стоимостных показателей конструкций зарубежных и отечественных производителей 53
Выводы по Главе2 65
Глава 3. Разработка инженерной методики оценки зффеїстивности солнечных водонагревательных установок и ее использование для анализа работы СВУв различных климатических условиях 67
3.1. Типичная индивидуальная установка 67
3.2. Выбор параметров солнечного коллектора 75
3.3. По зате эффективности гройоты СВУ 78
3.4. Моделирование работы солнечной водонагревательной установки 78
3.4.1. Описание системы моделирования TRNSYS 78
3.4.2. Расчетная схема 79
3.4.3. Методика моделирования СВУ 80
3.5. Результаты моделирования СВУ 82
3.6. Обобщение результатов моделирования. Инженерная методика 85
3.7 Исследование эффективности работы СВУ с вакуумированным солнечным коллектором 94
3.8 Сравнение эффективности использования плоских и вакуумированных солнечных коллекторов для нагрева воды 96
3.9 Анализ эффективности использования СВУ в различных климатических условиях Российской федерации 99
Выводы по главе 3 103
Выводы 105
Литература 107
Приложение 116
- Базаклиматологических данных NASA: методы получения и представления данных
- Картографическая обработка1аістинометрической информации базы данных NASA для территории России
- Солнечный коллекторы: сравнение технических w стоимостных показателей конструкций зарубежных и отечественных производителей
- Моделирование работы солнечной водонагревательной установки
Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях постепенного истощения дешевых запасов ископаемого органического топлива и возникающих угроз антропогенного загрязнения окружающей среды всё более значимой задачей становится создание энергоустановок, работающих на возобновляемых источниках энергии.
Среди таких источников энергии солнечное излучение занимает лидирующее положение. Ресурсы солнечной энергии во много раз превышают существующие энергетические потребности стран и регионов, она повсеместно доступна, является высококачественным источником энергии и может быть преобразована в другие полезные виды энергии (электроэнергия, тепло, холод) с достаточно высокой эффективностью. Имеющие место недостатки солнечного излучения как источника энергии (суточная и сезонная нестабильность, низкая плотность энергетического потока и др.) требуют развития научно обоснованных подходов к разработке эффективных конкурентоспособных солнечных установок, оптимизации площади и конструкций приемников солнечного излучения и аккумуляторов энергии.
Россия существенно отстает от многих стран по масштабам использования солнечных энергетических установок, в том числе по количеству солнечных водонагревательных установок (СВУ), являющихся наиболее подготовленными к широкому практическому применению. Среди важных научно-технических причин такого отставания можно выделить отсутствие надежной информации о поступлении солнечного излучения на поверхность земли для территории России, адаптированной к потребностям гелиоэнергетики, и отсутствие надежных методик оценки эффективности СВУ, позволяющих потребителям и производителям прогнозировать технико-экономические показатели установок в зависимости от климатических условий места их применения.
Исходя из этого, целью работы является развитие научных основ эффективного использования солнечной энергии для производства тепла, в том числе: построение карт распределения ресурсов солнечной энергии по территории России с учетом потребностей гелиоэнергетики, а также создание методики оценки эффективности работы установок солнечного горячего водоснабжения в различных климатических условиях.
В соответствии с целевым направлением работы основными задачами исследования являются:
-
Проведение анализа и оценка погрешности актинометрической информации существующих источников для территории Российской Федерации.
-
Построение карт распределения ресурсов солнечной энергии на горизонтальную и наклонные поверхности за различные периоды года для территории России.
-
Проведение сравнительного анализа солнечных коллекторов, выпускаемых отечественными и зарубежными производителями, с целью обоснованного выбора «типичных» показателей их теплотехнических характеристик.
-
Разработка обобщенной инженерной методики оценки эффективности СВУ на основе обобщения результатов динамического моделирования работы «типичных» СВУ в широком спектре реальных климатических условий.
-
Сравнительный анализ эффективности работы СВУ с различными типами солнечных коллекторов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Впервые для всей территории России на основе обобщения и анализа
погрешности актинометрической информации из существующих источников
построены карты поступления солнечной радиации на горизонтальную и наклонные
поверхности за различные периоды года и подготовлен Атлас распределения
ресурсов солнечной энергии на территории России. При этом обработка массивов
актинометрической информации из климатических баз данных проведена с
использованием современного картографического аппарата с учетом потребностей
гелиотехники.
-
Впервые на основе проведения динамического моделирования работы солнечных водонагревательных установок в широком спектре изменения климатических условий и статистической обработки полученных результатов выявлены универсальные зависимости обобщенных показателей эффективности работы СВУ от удельных средних сумм солнечной радиации и разработана инженерная методика оценки эффективности СВУ в различных климатических условиях.
-
Впервые на основе единого методического подхода выполнен сравнительный анализ эффективности работы СВУ с плоскими и вакуумированными трубчатыми солнечными коллекторами (СК), позволивший объективно оценить целесообразность их применения в СВУ.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Результаты сравнительного анализа различных источников
актинометрических данных и карты распределения среднедневных
поступлений солнечной радиации на горизонтальную и наклонные
поверхности за различные периоды года.
2. Инженерная методика расчета эффективности работы солнечных
водонагревательных установок в широком спектре реальных климатических
условий, разработанная на основе динамического моделирования работы
СВУ при «типичных» значениях характеристик теплотехнического
совершенства солнечных коллекторов 3. Результаты сравнительного анализа эффективности применения плоских и
вакуумированных трубчатых солнечных коллекторов в солнечных
водонагревательнх установках. Практическая значимость работы определяется ее ориентацией на практические задачи освоения наиболее востребованных и конкурентоспособных технологий использования солнечной энергии для горячего водоснабжения. Создание Атласа распределения ресурсов солнечной энергии на территории России является важным результатом, в котором остро нуждаются как разработчики, так и потенциальные пользователи солнечных установок. Атлас также полезен для архитекторов и специалистов в области строительной теплофизики.
Большую практическую значимость имеет инженерная методика оценки эффективности работы СВУ, поскольку обеспечивает потребителей и разработчиков необходимыми исходными данными и достаточно простой для практического использования методикой и аппаратом оценки эффективности использования СВУ.
Выполненный сравнительный анализ эффективности использования плоских и вакуумированных трубчатых солнечных коллекторов для горячего водоснабжения предоставляет потенциальным пользователям СВУ объективную информацию об эффективности практического применения различных типов установок.
Работа выполнялась в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы» по теме: «Создание технологий и оборудования с использованием возобновляемых источников энергии и их комплексное использование в энергетике, сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве» (Государственный контракт с Федеральным агентством по науке и инновациям №41.003.11.2919), а также по теме «Энергоэффективные системы децентрализованного энергоснабжения на основе комбинированного использования возобновляемых ресурсов и традиционных источников энергии» (Государственный контракт с Роснаукой № 02.447.11.5011), по фантам РФФИ 05-08-01469 «Теоретическое и экспериментальное обоснование создания эффективных устройств для преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию из современных теплостойких полимерных материалов», а также по грантам Правительства Москвы 2002, 2003, 2004 и 2005 гг. и в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» по теме «Системный анализ технологий и сфер эффективного энергетического использования возобновляемых источников энергии в регионах России» (Госконтракт №02.516.11.6013).
Работа автора над диссертацией получила также поддержку Фонда содействия молодым учёным в рамках программы «Лучшие аспиранты РАН», за 2006 и 2007 гг.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и полученные результаты докладывались на XX Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Кабардино-Балкария, 2005), IX Международном семинаре «Российские технологии для индустрии. Альтернативные источники энергии и проблемы энергосбережения» (Санкт-Петербург, 2005), Международной конференции «Возобновляемая энергетика. Проблемы и перспективы» (Махачкала, 2005), XXI и XXII Международной конференции «Уравнение состояния вещества» (Кабардино-Балкария, Эльбрус, 2006), Международном форуме «Водородные технологии для производства энергии» (Москва, 2006, 2008), Пятой и Шестой Всероссийской научной молодежной школе "Возобновляемые источники энергии" (Москва, 2006, 2008), IV Международной научно-технической конференции «Возобновляемая и малая энергетика - 2007» в рамках 4 Международного форума «Энергетика и экология». Москва, 2007 г., Конференции «Результаты Фундаментальных исследований в области энергетики и их практическое значение» (Москва, 2008); Международной конференции «Возобновляемая энергетика. Проблемы и перспективы» (Махачкала, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 научных работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и приложения; содержит 106 страниц текста, 51 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 97 наименований и 5 приложений на 57 страницах.
Базаклиматологических данных NASA: методы получения и представления данных
База данных NASA-SSE [NASA Surface meteorology and Solar Energy, 2007\ основана, на многолетних рядах (июль 1983 г. -30.06.2005г.) спутниковых измерений радиационного баланса земной поверхности, проводившихся в рамках программы World Climate Research Program s International Satellite and Cloud Climatology Program (ISCCP). По результатам измерений? с использованием различных моделей распространения солнечного излучения в атмосфере рассчитываются значения месячных сумм солнечной радиации, падающей нагоризонтальнуюповерхность. Учитываются особенности. различных климатических зон земного шара, в том числе характер отражения излучения от земной поверхности (альбедо), состояние облачности, загрязнение атмосферы-аэрозоля ми (Таблица 1.2). Методика этого пересчета разрабатывалась с участием: The DOE National Renewable Energy Laboratory (NREL, США); The World Radiation Data Center (WRDCP Санкт-Петербург, Россия); The Swiss Federal Institute of Technology in Zurich (the Global Energy Budget Archive (GEBA)P Швейцария); Natural Resources Canada (RETScreen database, Канада); The NOAA Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory (CMDL, США). Отработка и апробация методики пересчета осуществлялась с привлечением данных наземных измерений, выполненных для того же временного диапазона, (проект GEOS-4- Goddard Earth Observation System), в том числе, для нескольких российских метеостанций. Наземные метеостанции, актинометрические измерения которых использовались для верификации расчетных моделей, приведены на рис. 1.3 и 1.4. Рассчитанные значения сумм солнечной радиации интерполированы на сетку 1 x1- по всему земному шару, (измерения и. расчет выполнялись для сетки 2,5рх2,5е) База данных доступна через Интернет (http://eoswebarc.nasa.gov/sse/), Актинометрические данные структурированы по возможным потребителям (фотоэлектрические панели и солнечные1 коллеш рыт солнечные кухни, системы- с аккумуляторами энергии- и тепла).
Доступны следующие группы параметров; 1\ Среднемесячные дневные суммы (кВтч/мэ) прямой, рассеянной и суммарной солнечная радиации на горизонтальную и наклонную (широта-15э, широта, широта+159) плоскость; на плоскость, наклоненную под оптимальным (с точки зрения максимума прихода радиации) углом (для. суммарной радиации), а также месячные и годовое значения оптимальных углов наклона. Среднемесячные дневные суммы радиации при ясном; небе. Среднемесячная интенсивность (кВт/м2) суммарной солнечной радиации, падающей.на горизонтальную поверхность в полдень. 2. Среднемесячное число ясных дней. Минимальное- и максимальное отклонения от среднемесячной радиации (%). Среднемесячное значение индекса прозрачности, значение индекса прозрачности приясном небе; количество дней без.Сопнца. 3. Характеристики положения Солнца (солнечная геометрия). 4. Минимальная доступная солнечная радиация в течение различных периодов последовательных дней (1, 3, 7, 14, 21-день) (%), дефицит солнечной радиации по сравнению с ожидаемой в течение различных периодов последовательных дней (1, 3, 7, 14, 21 день) (кВтч/м2). 5. Параметры облачности: среднемесячное количество облаков в течение светового дня (%), частота ясногои облачного неба. 6. Температура: среднемесячнаятемпература воздуха на высоте 10 м над уровнем земли (-С), дневной диапазон изменения температуры, количество дней с прогревом воздуха выше/ниже 18, и QQC, среднемесячная температура поверхности почвы, минимальные/максимальные температуры и амплитуды колебаний температуры почвы, среднемесячные значенияточки-росы. 7. Ветер: среднемесячные значения скорости ветра: на высоте 50 м. над поверхностью земли, (м/с), минимальные и максимальные отклонения- от среднемесячной скорости; ветра; на- высоте 50 м, повторяемость, (процент времени) ветра, имеющего скорость в интервалах (0...2).,.(19...25) м/с, среднемесячное-направление ветра на высоте 50 м; среднемесячные значения скорости ветра- на высоте Ю.м над поверхностью земли (для.условий местности типа «аэропорт»).
Скорость ветра на высоте 50, 100, 150 и 300 м для- разных типовг ПОВерХНОСТИ: 8. Среднемесячные значения относительной и абсолютной влажности, давления воздуха, количество осадков. 9. Вспомогательная информация: Среднемесячные дневные суммы солнечной радиации на верхней границе атмосферы (кВтч/м?), альбедо.земной поверхности.и т.д, Остановимся на-,общих положениях, лежащих в основе:методов построения базы-кпиматологических данных NASA.
Картографическая обработка1аістинометрической информации базы данных NASA для территории России
Использовалась цилиндрическая картографическая проекция, что, с одной стороны, приводит к искажению расстояний и дает, таким образом, качественную картину распределения характеристик, но. является с другой стороны, чрезвычайно удобной для решения прикладных задач солнечной энергетики.
Отличием полученного- картографического материала от «классических» карт, построенных на основе наземных акгинометрических данных, является: более детальный массив данных (сетка данных 1 х15); отображение на;картах сумм солнечнойрадиации, поступающей на различным образом ориентированные поверхности (а не только на горизонтальные и вертикальные); возможность на основе широкого набора актинометрической и метеорологической информации эффективно представлять В картографическом виде не только исходные данные, но и результаты осреднений и других преобразований фактического материала, а также строить карты для отдельных регионов. Всего с использованием базы данных NASA, в рамках работы над Атласом распределения ресурсов солнечной энергии на территории России, с непосредственным участием автора, были построены следующие карты (таблица 1.3) Примеры карт Российской Федерации с распределением среднедневных сумм солнечной радиации на горизонтальной поверхности для различных периодов года (лето, теплое полугодие, весь год) приведены на рис. 1.14—1.16. и в Приложении 1.
На карте годового прихода суммарной СР на горизонтальную поверхность (см. рис. 1.14) видно, что наиболее «солнечными» регионами России с поступлением солнечной радиации более 3,5 кВтч/м2день наряду с Краснодарским краем являются юг Хабаровского края, юг Читинской области и некоторые районы Якутии. Значительная часть территории России, в том числе часть Сибири и даже некоторые северные районы, лежащие эа полярным кругом, характеризуется поступлением солнечной радиации от 3 до Зт5 кВтч/м2день. На всей остальной территории среднегодовые суммы солнечной радиации оказываются, как правило, не менее 2,5-3 кВтч/м2день.
Интересная картина имеет место при рассмотрении сумм солнечной радиации на неподвижные поверхности южной ориентации с оптимальным для каждой географической точки (обеспечивающим максимальный сбор энергии солнечного излучения) углом наклона к горизонту. Видно, что в отличие от сложившихся традиционных представлений наиболее обеспеченными солнечной энергией районами России являются Приморье, Иркутская и Читинская области (4,5-5 кВтч/м2день), Северный Каэказ и значительная территория Сибири (прежде всего Якутия) характеризуются средними суммами солнечной радиации от 4 до 4Т5 кВтч/м2день. Более 60% территории России (вплоть до районов Крайнего Севера) получает энергию солнечной радиации на оптимально ориентированных поверхностях от 3,5 до 4 кВтч/м2день.
Анализ распределения средних за день летних сумм (июнь -август) солнечной радиации на горизонтальной поверхности показывает, что большая часть территории России (вплоть до 65 град, северной широты) характеризуется примерно одинаковыми условиями по поступлению солнечной радиации в летнее время (4,5 - 5 кВтч/м2день).
Если сравнивать потенциал России и- других регионов мира. можно отметить, что самый энергообеспеченный солнечной радиацией район Европы - юг Испании - характеризуется; среднегодовым дневным, поступлением солнечной, радиации. 4 7 кВтч/(м2день), а юг Германии, где сегодня идет активное внедрение солнечных установок;- всего: 3;3 кВтч/(мадень). Таким образом, наиболее солнечные регионы L России по суммам-поступающей солнечной радиации считающиеся благоприятными-для эффективного использования солнечной энергии европейским странам практически, не-уступают, что, несмотря на. то, что Россия характеризуется гораздо- более холодным климатом, убедительно опровергает широко бытующее представление о том, что территория России солнечным и ресурсами бедна:
В целом, распределение падающей солнечной энергии по территории России характеризуется известной хорошо выраженной широтной зональностью, В то же время, можно выделить.ряд районов, которые характеризуются локально высокими величинами потоков солнечного излучения. К ним относятся, в частности; обширный регион в среднем, течении Лены (с центром в Якутске), а также примыкающий к нему, значительный районна крайнем Северо-Востоке страны. Эти регионы имеют изменяющиеся, не всегда хорошо выраженные границы для всех периодов осреднения и при любой ориентации приемной поверхности. Наибольшие суммы падающей солнечной радиации для этих районов отмечаются в.летние месяцы и теплые полгода для поверхностей, ориентированных под оптимальным; углом наклона, а также углами, равными-широте и на 15е меньше. В перечисленных случаях суммы приходящей солнечной. радиации в этих регионах сравнимы с таковыми в южных регионах России (юг Сибири, Дальнего Востока, Поволжья и Северокавказский регион).
Солнечный коллекторы: сравнение технических w стоимостных показателей конструкций зарубежных и отечественных производителей
История разработок и продвижения солнечных нагревательных установок на рынки различных стран насчитывает десятки лет. Производством солнечных коллекторов (СК) и установок занимаются сотни малых и крупных фирм в различных странах мира: Разработаны разнообразные конструкции солнечных коллекторов с плоскими, трубчатыми и концентрирующими приемниками солнечного излучения. Вместе с тем при всем многообразии конструкций и технологий производства сегодня наиболее распространенными являются плоские солнечные коллекторы (рис. 2.4), основные компоненты. которых - тепловоспринимающая панель и светопрозрачное отражение - в своем абсолютном большинстве изготавливаются из металла истекла. Это вполне объяснимо. С точки зрения обеспечения механической прочности, эффективной передачи тепла от нагретой солнечным излучением панели к теплоносителю в трубах металл является лучшим материалом для тепловоспринимающеи панели. Основными тенденциями совершенствования конструкции тепловоспринимающеи панели солнечного коллектора является применение цветных металлов (меди) для повышения коррозионной стойкости и долговечности каналов для прокачки теплоносителя и использование различных оптических селективных покрытий тепловоспринимающеи поверхности с целью повышения поглощательной способности солнечного излучения и снижения радиационных потерь.
Стекло прекрасно пропускает солнечное излучение и непрозрачно для теплового излучения от нагретой панели, что обеспечивает так называемый «парниковый эффект» и ведет к высокой эффективности преобразования энергии солнечного излучения в низкопотенциальное тепло. Основными направлениями улучшения «солнечного» качества стекла являются: снижение содержания окислов железа для повышения его прозрачности; применение различных технологий упрочнения для повышения ударопрочности и снижения хрупкости; использование различных селективных оптических покрытий для «просветления» (снижения коэффициента отражения солнечного излучения) на внешней поверхности и/или теплоотражагощих покрытий на внутренней поверхности стекла. В условиях наличия на внутреннем рынке широкого спектра предложений, в том числе многих зарубежных производителей, важно определить тенденции технического развития и объективно оценить соответствуют ипи не соответствуют выпускаемые в России конструкции солнечных коллекторов мировому техническому уровню. Это можно установить, сравнив их конструктивные и теплотехнические параметры с характеристиками зарубежных аналогов [Сулейманов М.Ж., 2005; Попель О.С., 2006\. Такое сравнение впервые было выполнено более 10 лет тому назад в работе [В. Тарнижевский, И.М. Абуев, 1997\. Аналогичные исследования были проведены нами на основе современных данных Института солнечных технологий (Institut fur Solartechnik, SPF, Швейцария) - крупного европейского сертификационного центра по солнечным установкам rhttp://www.solar9nerqvxhl По данным на начало 2009 г в SPF было испытано 312 солнечных коллектора. Производители испытанных в ЭРГколлечторов представлены в таблице 2.3 Протоколы выполненных в SPF испытаний СК, содержащие характеристики солнечных коллекторов различных производителей и доступные для анализа, были использованы в качестве исходных данных по значениям параметров солнечных коллекторов коллекторов по количеству образцов.
В целом, оба распределения качественно, похожи на результаты [В. Тариижевский, И.М. Абуев, 1997\. Вместе с тем, за. прошедшее десятилетие наметилась тенденция освоения производства солнечных коллекторов большей единичной площади: абсолютное большинство СК сегодня имеют габаритную площадь 2 и более квадратных метра. Начато производство СК с единичной площадью 6. м (второй максимум на гистограмме рис. 2.9) и даже 8 ма. Такие крупногабаритные СК предназначены для монтажа на кровле и могут также применяться как «строительные» элементы, интегрируемые в конструкции зданий (крыш и стен). Максимум гистограммы удельной массы коллекторов за последние годы сдвинулся влево, что соответствует снижению удельной массы, примерно на 5 кг/мг. Сегодня лучшие СК с металлическими тепловоспринмающими панелями и стеклянным прозрачным ограждением имеют удельную массу- 15-20 кг/м2 (максимум распределениям на рис, 2.9). Снижение- удельной массы, очевидно; способствовало увеличению единичной площади СК, Так, СК площадью 6 м2 весит, как правило, 100-150 кг, что не создает серьезных трудностей при. выполнении монтажных работ с помощью несложных вспомогательных средств.
Моделирование работы солнечной водонагревательной установки
Расчетная схема, принятая при моделировании СВУ, соответствует схеме установки, приведенной на рис. 3.1. Информационная диаграмма установки (схема связей между ее элементами) в системе TRNSYS приведена на рис. 3.7.
Помимо упомянутых выше при описании установки элементов: солнечного коллектора (TYPE1 с)г бака-аккумулятора (TYPE4a), циркуляционного насоса (TYPE3b) и блока автоматики (TYPE2b), расчетная схема включает в себя: генератор типичного метеогода (TYPE54a 2), модуль пересчета потока солнечного излучения с горизонтальной на наклонную поверхность (TYPE16h-2), задатчики угла наклона СК к горизонту (TYPE14h) и расхода воды на горячее водоснабжение (TYPE14b), модули обработки результатов моделирования (Equa и Equa2), а также блок интегрирования и вывода результатов моделирования (TYPE28d) и модуль визуализации данных (TYPE65).
Методика моделирования СВУ предусматривает детальный расчет параметров установки в течение каждого из 365 дней «типичного» года [Hall /.; 1978.]. На каждом шаге динамического моделирования установки контролируется температура воды в баке, и фиксируется момент достижения заданных контрольных уровней температуры (время суток и день месяца).
Для того чтобы дать представление о динамике разогрева воды в баке и о том, как моделировалась установка, на рис. 3.8 представлены данные об изменении температуры воды в баке в климатических условиях Москвы для двух дней августа. На рисунке приведены также кривые изменения суммарной солнечной радиации и температуры наружного воздуха, соответствующие данным типичного метеогода. Результаты расчета относятся к типичной СВУ с Первый день является практически ясным, второй - облачным. Температура воздуха в эти дни изменяется в интервале между 18 и 25С. Температура воды в баке в первый день достигает максимума (65С) примерно к 15 часам. При моделировании солнечной водонагревательной установки предполагалось, что по достижении максимальной температуры циркуляция воды через солнечный коллектор прекращается, а поскольку бак-аккумулятор хорошо теплоизолирован, вода в нем до вечера не остывает. Вечером горячая вода сливается, и бак вновь заполняется холодной водой. Во второй день из-за облачности нагрев воды осуществляется медленнее, чем в первый, максимальная температура воды в баке 60С. В пасмурные дни вода в баке-аккумуляторе нагревается еще слабее и в ряде случаев ее температура контрольных значений не достигает.
Итак, анализ показателей эффективности СВУ базируется на динамическом моделировании рассмотренной типовой установки в конкретных климатических условиях с учетом сделанных допущений. В установки, фиксируются достигнутые температуры нагрева воды и затем полученные результаты статистически обрабатываются для различных периодов года.
Используемые в процессе моделирования метеоданные приведены а Приложении 3. Первичными источниками климатической информации служили база климатических данных Международного центра поддержки решений по возобновляемой энергетике (RETScreen, Канада), содержащая необходимую информацию для более 1000 метеостанций по всему миру fwww.retscreen.net/]. а также [Научно-прикладной справочник по климату СССР, Гидрометеоиздат, 1990].
Обработка массива данных, полученного в процессе моделирования (для базового варианта было получено около 5000 результатов расчета), позволила получить зависимости относительного числа дней (доли календарной продолжительности периода), в которые температура воды в баке типичной СВУ превышает контрольные значения, от среднедневной суммы солнечного излучения на горизонтальную поверхность в рассматриваемые периоды времени (рис. 3.9-3.11). , Результаты приведены для типичной СВУ с СК площадью 2 м2 и разных периодов года (июнь-август, апрель-сентябрь и весь год).
