太阳能热水器倾角与热效率的关系

提高太阳能热水器热效率的优化模型
黄兰香 凌康林 李灿明
1 韶关学院2001级数学与应用数学(1)班 广东韶关 512005
2 韶关学院2002级数学与应用数学班 广东韶关 512005
3 韶关学院2002级生物技术(1)班 广东韶关 512005
[摘要]:本文针对如何提高我国太阳能热水器热效率这一实际问题,采用定量和定性相结合的分析方法,通过分析热水器倾角的取值以及热水器受热面朝向对热水器热效率的影响,得到热水器倾角较好的取值范围在之间,且当太阳直射点在南北回归线之间移动时,的最优值为,其中为当地的地理纬度,为太阳直射点的纬度,取值在夏半年取正值,在冬半年取负值.最后,对韶关地区太阳能热水器的使用情况进行具体分析,得到热水器倾角及其受热面朝南时,热水器太阳有效辐射量最大为.
关键词:太阳能;热水器;热效率;倾角
1问题的提出
随着社会的发展,太阳能作为一种天然无污染能源,无疑具有很大的利用价值.目前,很多国家都在试验和探索太阳能的利用.太阳能热水器已得到普及,我国大部分地区位于中纬度,各地区每年太阳辐射量是相当大的.然而,怎样才能更好的利用太阳能,提高太阳能热水器的热效率呢 在一年中的春分,秋分,夏至,冬至这四天中应取值为多少时才能使热水器的热效率尽可能的大呢
2 基本假设
2.1假设地球为均匀的球体.
2.2因我国大部分地区位于中纬度,故只考虑纬度在之间的北半球地区.
2.3假设太阳能为平行光,太阳辐射强度不随时间变化,且不考虑大气对太阳辐射的削弱作用.
2.4太阳能热水器的集热效果由垂直射到受热面上的太阳辐射能量决定,不考虑热水器本身的内在技术问题,只考虑热水器倾角及其方位问题.
3 符号约定
:太阳能热水器受热面面积.
:热水器倾角,即热水器受热面与水平面的夹角.
:太阳辐射强度,即单位面积的表面上,在单位时间内获得的太阳辐射能量.
:太阳光线对于地平面的交角,即太阳在当地的仰角.
:当地的地理纬度.
:太阳直射点的纬度.
:太阳能热水器热效率.
4 模型的建立与求解
此问题要求通过确定热水器倾角以及热水器的方位,