太阳能热水器倾角最优设计

班级：测绘工程姓名：杨旭学号：太阳能热水器的倾角最优设计太阳能作为一种洁净、免费的能源而广受人们的喜爱，发展远景令人乐观，太阳能热水器更是进入了千家万户。但是因为花费者所在地方纬度和四时天气特色的不一样，常常会出现夏季热水用不完，冬季热水又不够用的实质问题，为认识决这个问题，本文引入最优设计理论，议论南京地域太阳能热水器的倾角α、方向角β与热效率之间的关系，找出一年中春分、秋分、夏至、冬至这四天中倾角α、方向角β的最优值，并计算得出最正确角度设计。1）倾角、方向角与热效率的关系热水器的受热面与太阳光芒入射的方向垂直时，热水器与水平面的夹角是此时热水器的最优受热倾角。因为太阳东升西落，各地域地理纬度的差别和四时的交替都会改变太阳光的入射角度，使得热水器的最优受热倾角处在不停的变化过程中，这就决定了地球上的不一样经纬度的地方在同一时刻的热水器的最优受热倾角是不一样的。因为人们此刻还不行能做到时刻调整热水器的受热倾角，所以只取正午太阳直射大地时刻的热水器的最优倾角作为该地该天的热水器的最优倾角，即忽视了不一样经度对热水器的最优倾角的影响。以下列图1，设某地的纬度θ，i天太阳的直射点的纬度为δ，该地方i天的正午太阳高度角（即太阳与用户所在地的连线和水平面的夹角）为H：H=90°-|θ-δ|则该地i天的热水器受热面与水平角夹角α=90°-H=|θ-δ|；此中当地纬度与太阳直射点的纬度在同一半球时δ取正当，在异半球时δ取负值。图1：热水器倾角设计图查资料的的纬度位于北纬39°10，有此可知南京地域在春分、秋分、夏至、冬至这四天中α的最优值分别是：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）倾角最优设计花费者常常会出现这样的问题：夏季热水用不完，冬季热水不够用。这说明夏季热水器的热功能过大，而冬季的则较小。经过调整太阳能热水器的倾角来改变其热效率，使冬夏都有充分的热水。设将水加热Q所需的热量与太阳强度q，热水器的受热面积s，热水器利用太阳能的效率η，太阳高度角H，热水器受热面的倾角α时间t之间的关系式切合正弦函数，即Q=qsηtsin（H+α）考虑用户在夏季热水够用的状况下调理热水器角度也能使得冬季热水够用，不如设该用户的热水器在夏季的最大吸热量为Qmax：η（0）Qmax=qstsinH0+此中H0表示夏季的太阳高度角，0表示夏季某用户的热水器的最优倾角，那么用这些热量加热的水量，就是该用户在夏季所能使用的最大热水量，是用不完的。所以假定，该用户实质使用的热水量所汲取的热量为Q0，明显Q0＜Qmax。若该用户冬季的用水量和夏季的用水量是相等的，则有η（+1）Qmax=qstsinH1此中H1表示冬季的太阳高度角，1表示能知足冬季用水量的热水器与水平面的夹角，只需代入有关实质数据就不难解出1的值。关于南京地域来说，夏季太阳辐射能量相对多，热水器的倾角可变化的范围广一些，由此能够做以下调理：在保证夏季水够用的状况下，尽量照料冬季，详细如图2所示：此中a角是夏季太阳光芒与热水器受热面的夹角，b角是冬季太阳光芒与热水器受热面的夹角，α是热水器受热面的倾角。只需a角不小b0（能知足冬季用水量的太阳光芒与热水器受热面的夹角），便能够适合的增大b角，以增加冬季热水器的吸热量，设

b角增大了

b，由此获得

α的变化范围为（a1，d1+

b）。以南京地域一家一天的用水量155L为例计算。经过查问，南京的太阳辐射强度为170w/m2，某用户的热水器的积热面积为1.8m2，工作效率为0.52，按每日日照7h，经过计算得出夏季该用户能使用的最大热水量为190.94L，所汲取的热量为3.20786×10J，而该用户够实质使用的热水量为155L，其所汲取的热量为2.6×10J，则冬季该用户的热水器的倾角为：44°10′，夏季该用户的热水器的倾角为33°10′。由以上剖析可得，该用户在这个用水量下，他的热水器