IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

  1. Алгоритм расчета солнечной радиации, поступающей на произвольно ориентированную в пространстве поверхность

 

Существует подход, который позволяет динамично определять количество солнечной радиации, которая поступает на произвольно ориентированную в пространстве поверхность в любой момент времени для нужного региона. Эта методика основывается на понятии солнечной константы - количества тепла, которое поступает от Солнца на Землю. Эта величина равна 1362 Вт/м². При расчетах нужно учитывать, что приблизительно 30-35% этой энергии отражается назад в космос. Поток прямой солнечной радиации, попадающий на поверхность под углом, будет определен

где θ - приведенный угол падения солнечных лучей на поверхность инсоляции, рад., причем:

       cos θ = sin h·cos α + sin α·(cos ψ_z·tan L·sin h + sin ψ_z·cos δ·sin τ) ,                         

где α - угол наклона плоскости солнечного коллектора к горизонту, град.; L - географическая широта местности, где размещен гелиоколлектор, град.; ψ_z - азимут поверхности солнечного коллектора, град. (то есть угол между нормалью к плоскости солнечного коллектора и направлением на юг, что позволяет рассчитывать теплопоступления на поверхности, которые не строго ориентированы на юг); τ - временной угол, град., определяемый по формуле

где t - солнечное время для данной местности, ч.; δ - склонение Солнца, град.:

где N - порядковый номер дня года (начиная с 1, что соответствует 1-му январю); h - угол, который определяет высоту Солнца над горизонтом в данный момент времени, град.

К_am - коэффициент, который учитывает поправку на воздушную массу, которую необходимо пройти лучу:

Формула (1) позволяет рассчитать лишь величину потока прямой солнечной радиации, направленную на произвольную поверхность, но каждый солнечный коллектор воспринимает также действие рассеянной солнечной радиации. Расчет этой составной части энергии, поступающей на солнечный коллектор - процесс достаточно сложный. Однако с достаточной точностью для произвольно размещенной поверхности эту величину можно аппроксимировать эмпирической зависимостью:

Общий поток энергии, который передается солнечной радиацией на произвольно ориентированную в пространстве наклонную поверхность на широте L, равен:

 S = S_пр + S_расс.  

2. Структурные схемы функций, входящих в состав программы

4. Пример работы программы

 

Открывается файл «Project1.exe». В левой части окна в разделе Исходные данные заносится информация в соотвтствии со всплывающими подсказками. Существует также пояснение Обоб азимуте поверхности солнечного коллектора, которое доступно при нажатии на кнопку «Подсказка», находящуюся справа от поля для ввода соответствующего значения (рис. 1). После введения всех исходных данных необходимо нажать кнопку «Расчет» (рис. 2).

В правой части рабочего окна появятся расчетные данные, информация о которых также доступна в виде всплывающих подсказок (рис. 3).

Если необходимо провести новый расчет, необходимо выбрать в главном меню пункт Расчет-> Новый (рис. 4). Все поля исходных и расчетных данных будут очищены (рис.5).

Кроме того, если у пользователя возникают вопросы об эксплуатации программы, в любой момент можно обратиться к пункту главного меню Помощь, в результате чего в виде сообщения появится подробная инструкция по эксплуатации (рис. 6).

Если при вводе информации пользователь ошибочно ввел строковые или символьные значения вместо числовых, программа не произведет расчет, а сообщит пользователю об ошибке (рис. 7).

Выводы

Программа для ПК «Расчет солнечной радиации, поступающей на произвольно ориентированную в пространстве поверхность» предназначена для расчёта параметров, необходимых для оценки величин потока прямой, косвенной и суммарной солнечной радиации, попадающей на поверхность солнечного коллектора под углом,  при градостроительном проектировании микрорайонов (кварталов) и архитектурно-строительном проектировании жилых и общественных зданий.

Результатами расчёта являются:

- величина потока прямой солнечной радиации, попадающей на поверхность под углом;

- величина потока рассеянной солнечной радиации, попадающей на поверхность под углом, рассчитанная по эмпирической зависимости;

- величина склонения солнца в указанной местности;

- приведенный угол падения солнечных лучей  на поверхность инсоляции;

- общий поток энергии, который передается солнечной радиацией на произвольно ориентированную в пространстве наклонную поверхность на заданной широте. 

Результаты расчётов по предлагаемой программе могут служить основой для проектирования новых и реконструкции существующих микрорайонов и кварталов, проектирования вновь строящихся и реконструируемых объектов жилищно-гражданского назначения с использованием систем солнечного теплоснабжения.

Код для цитирования: Скопировать